ROZSZERZENIE INFORMACJI O MALOWANIU ELEKTROFORETYCZNYM
Niniejsze rozszerzenie dotyczy "krótkiej informacji o malowaniu elektroforetycznym"
Przedstawiam kilka schematycznych rysunków i ich opisy przybliżające "ZAINTERESOWANYM" zagadnienie malowania elektroforetycznego (anaforetycznego i katoforetycznego), gdyż jest to nadal metoda zapewniająca dużą dokładność powłoki, bez zacieków i niedomalowań, głęboką penetrację w szczeliny, szczelność warstwy, zapewnia najlepszą warstwę podkładową pod ewentualne następne powłoki innych farb. Przy minimalnej grubości powłoki farby (najmniejsze zużycie materiału malarskiego), zapewnia maksymalną odporność na korozję.
Rys. nr 1 -- Przedstawia powłokę farby jaka znajdzie się na powierzchni przedmiotu wynurzonego kąpieli roboczej farby w wannie. Będą to: --warstwa farby elektroosadzonej , o zawartości substancji ciekłych (woda, rozpuszczalniki ) ok. 5%, reszta to substancja sucha (żywica, pigment).
Grubość powłoki elektroosadzonej jest zależna od czasu przepływu prądu w czasie procesu malowania, wielkości napięcia prądu oraz właściwości elektroosadzania, charakterystycznego dla określonej farby.
Pośrednio na grubość powłoki wpływają też: stężenie substancji stałej farby, PH i przewodność kąpieli.
-- Oprócz powłoki elektroosadzonej na przedmiocie wynoszona jest warstwa farby o stężeniu substancji stałej jak kąpiel robocza. Warstwa ta nasycona jest pęcherzykami gazu (rodzaj gazu - patrz rys nr. 2)
Ta wyniesiona mechanicznie warstwa zawiera od 10 - 20 % substancji stałej, jest nie efektowna, posiada zacieki spienionej cieczy, w przypadku nie spłukania, po wysuszeniu byłaby miejscami zmatowiona, z zaciekami o bardzo negatywnym wyglądzie. Dlatego jest spłukiwana, o czym poniżej.
Rys. nr 2 -- Przedstawia schematycznie proces malowania elektroforetycznego w zależności od rodzaju metody:
Malowanie anaforetyczne i malowanie katoforetyczne. Oba rodzaje malowania różnią się stosowaną farbą i połączeniem biegunów zasilania prądem stałym. W czasie malowania prąd stały o stabilizowanym napięciu przepływa poprzez : elektrody w wannie - kąpiel farby - przedmiot malowany, wywołując efekty jak na rys.nr. 2.
W malowaniu anaforetycznym : przedmiot malowany jest anodą ( + ), farba jest roztworem alkalicznym
pH = 7,6 - 8,5, stężenie kąpieli roboczej 10 - 12 % substancji stałej, czas malowania 2 - 2,5 min., uzyskiwane grubości powłoki po wysuszeniu 20 - 25 um, odporność antykorozyjna 200 - 250 godzin (test komory solnej).
Pomalowanie trudniej dostępnych przestrzeni wymaga stosowania elektrod pomocniczych, by w tych miejscach istniało pole elektryczne i w malowaniu uzyskać odpowiednią grubość powłoki, zapewniająca wymaganą odporność.
W malowaniu katoforetycznym : przedmiot malowany jest katodą ( -- ), farba jest roztworem kwaśnym
pH = 5,5 - 5,9, stężenie kąpieli roboczej 16 - 20 % substancji stałej, czas malowania 2,5 - 3 min., uzyskiwana powłoka 16 - 20 um, odporność antykorozyjna 700 - 1000 godz. (test jw.). Pomalowanie trudno dostępnych przestrzeni nie wymaga stosowania elektrod pomocniczych (nadwozia samochodów), farba ta zapewnia większą penetrację w szczeliny włoskowate niż w anaforezie (np. pomiędzy zgrzewane blachy).
Zastosowanie właściwego rodzaju malowania, wymaga indywidualnej analizy antykorozyjnych wymagań powłoki.
Ponadto są również specjalne farby tzw. średnio i grubo powłokowe, gdzie uzyskuje się przy wyższych parametrach malowania, grubości powyżej 30 um. dla wymagań wyższej odporności korozyjnej.
Są również farby katoforetyczne - "bezpigmentowe" - dekoracyjne , używane do malowania : galanterii metalowej, armatury łazienkowej, okuć dekoracyjnych, dewocjonalii, uprzednio poniklowanych lub pochromowanych, albo tylko wypolerowanych. Elektroosadza się bardzo cienką warstwę bezbarwną, (transparentową) kilku mikrometrów i barwi się ją po malowaniu przez zanurzenie, w roztworze specjalnego barwnika, przy czym natężenie zabarwienia zależy od czasu zanurzenia. Uzyskuje się dowolne kolory, (wg barwników) najczęściej stosuje się "złotopodobne". Parametry elektroosadzania dla tych farb są niższe niż farb pigmentowanych.
Malowanie w każdym rodzaju farb wymaga zawsze odtłuszczenia przedmiotu. W zależności od wymagań antykorozyjnych ostatecznie nałożonej powłoki, stosuje się dodatkowo: fosforanowanie (żelazowe lub cynkowe lub manganowe) i ewentualnie pasywację (proces przygotowania powierzchni pod malowanie jest oddzielnym tematem).
Rys. nr 3 -- Przedstawia wzajemne zależności: stosowanego napięcia prądu i czasu malowania ,z efektem w postaci grubości powłoki suchej.
Rys. nr 4 Ilustruje w schematyczny sposób stosowanie ultrafiltracji w procesie malowania (anaforeza i katoforeza).
Nawiązując do rys.nr. 1, na pomalowanym przedmiocie wynosimy oprócz powłoki elektroosadzonej również warstwę farby niepożądaną. By uzyskać wymagany efekt malowania (bez wad jak w opisie rys. nr. 1 ), tą niepożądaną powłokę należy spłukać. W powłoce tej znajduje się pewna ilość farby, przy spłukaniu wodą z odpływem do ścieku, farba ta byłaby tracona i zanieczyszczałaby ścieki. (w bardzo małych urządzeniach, gdzie straty te wynoszą kilkanaście [ml.] substancji stałej farby na godz., stosuje się do płukania wodę demineralizowaną z odpływem do ścieku, -- instalowanie ultrafiltracji może być nie opłacalne i udział w ogólnym zanieczyszczeniu ścieku niezauważalny.
W urządzeniach ,gdzie spłukiwałoby się od kilkudziesięciu, czy kilkaset [ml] substancji stałej farby na godz., zastosowanie ultrafiltracji jest opłacalne i ze względów ekologicznych konieczne.
Aby zrealizować odzysk farby, przetłacza się ją z wanny [W] pompą [P1] poprzez moduł ultrafiltracyjny, na powrót do wanny, może być to powiązane z obiegiem mieszania farby w wannie. Moduł ten, jest to blok porowatych membran o kształcie w zależności od typu (producenta).
Farba przepływając pod wymaganym ciśnieniem (dla określonego typu modułu) wzdłuż powierzchni membran z prędkością ok. 3 m/sek. pozbywa się pewnej niewielkiej ilości substancji ciekłej ze swojego składu (woda, rozpuszczalniki oraz kwas, w przypadku farby katoforetycznej), ta wysączona ciecz nazywa się ultrafiltratem.
Ponieważ ultrafiltrat jest substancją składową farby, może być z nią zawsze połączony, dlatego używa się go do spłukania mechanicznie wyniesionej warstwy farby, która wraz z ultrafiltratem odprowadzana jest do kąpieli w wannie, tworząc powtórnie jednolitą substancję.
Aby jak najbardziej efektywnie wykorzystać ultrafiltrat stosuje się płukanie wielostopniowe, rys nr. 4 przykładowo przedstawia system płukania w malowaniu w ruchu ciągłym.
Ultrafiltrat wysączony w module [UF] ścieka do zbiornika ultrafiltratu czystego [ZUC], skąd pompą [P2] dostarczany jest do dysz natrysku w 3-ciej strefie płukania, opłukując przedmiot-zawieszkę [Z], po czym ultrfiltrat ścieka do zbiornika ultrafiltratu krążącego [ZUK], skąd pompą [P3] przetłaczany jest do zestawu kilku gałęzi płuczących w obiegu intensywnego natrysku w strefie 2- giej ( zbiornik - pompa - dysze - zbiornik itd. ), przy czym z tego obiegu, pewna ilość ultrafiltratu jest odprowadzana do płukania w strefie 1-szej. Ilość tego ultrafiltratu dopływająca do strefy 1-szej jest minimalnie mniejsza niż ilość czystego ultrafiltratu dopływająca do płukania w strefie 3-ciej, nadmiar zaś odprowadzany jest do wanny.
Taki zamknięty obieg płukania może wyeliminować prawie zupełnie straty farby. W celu uzyskania dobrego efektu dekoracyjnego powłoki, stosuje się dodatkowe płukanie wodą demineralizowaną, gdyż sam ultrafiltrat może pozostawiać na wysuszonej powłoce smugi, zmatowienia. Decydują tu wymagania wyglądu powłoki.
Niezależnie od systemu linii malowania (systemem ciągłego transportu, czy systemem taktowym), stosuje się kaskadowe płukanie ultrafiltratem w kolejnych strefach.
Rys. nr 5 ---Przedstawia linię technologiczną z operacjami przygotowania powierzchni (np. odtłuszczanie, płukanie, fosforanowanie i płukanie. Ww operacje prowadzone są poprzez natrysk odpowiednimi cieczami, następnie malowanie elektroforetyczne w wannie , zanurzeniowo i płukanie po malowaniu również natryskowo. Poczym suszenie powłoki farby w suszarce.
Przedmioty (zawieszki) podwieszone są na przenośniku o ruchu ciągłym , o prędkości dobranej wg wielkości produkcji , czasy poszczególnych operacji technologicznych określają długość poszczególnych stref i całej linii.
Linię tego typu stosować można tam, gdzie ustalona jest wielkość produkcji i podobne wielkości przedmiotów malowanych oraz stała podziałka zawieszenia. Zastosować można małą ilość elementów automatyki, obsługa tylko przy zawieszaniu i zdejmowaniu przedmiotów. Linia zajmuje stosunkowo dużo miejsca i utrudniona jest zmiana parametrów pracy (np. zwiększenie produkcji , poprzez zwiększenie prędkości ruchu przenośnika, ponieważ ograniczają to długości stref operacji technologicznych) oraz stosunkowo długa wanna, na czas w zanurzeniu 3 min. z dużą ilością farby, która zostaje wyniesiona na przedmiotach w dłuższym czasie niż to ma miejsce w linii taktowej i może się szybciej "starzeć".
Takie linie do malowania katoforetycznego na farbie pigmentowanej pracują miedzy innymi w : "FIAT-Auto-Poland" w Tychach i w Bielsku -- malowanie częsci blaszanych nadwozi i podwozi oraz w " FELGEX" - Dobre Miasto malowanie obręczy kół (felg) maszyn rolniczych ,traktorów ,kombajnów ( patrz zdjęcia - "galeria") Ponadto w "Daewoo" -Lublin- malowanie obręczy kół sam. osobowych i ciężarowych oraz malowanie nadwozi sam dostawczych oraz malowanie części w F-ce kombajnów w Płocku.
Rys. nr 6 --- Przedstawia linię pracującą w ciągłym ruchu przenośnika, do malowania katoforetycznego nadwozi, wszystkie operacje przygotowania powierzchni (odtłuszczanie, fosforanowanie, malowanie oraz związane z nimi płukania) odbywają się w zanurzeniowo z uzupełniającymi płukaniami zraszającymi.
W linii takiej można najbardziej dokładnie przeprowadzić wszystkie operacje na przedmiotach o najbardziej skomplikowanym kształcie (szczególnie nadwozia samochodów) jest gwarancja dokładnej penetracji cieczy technologicznych i skutecznego płukania międzyoperacyjnego.
Wadą jest bardzo długa trasa linii, duży koszt materiału, długi i drogi przenośnik. Zaangażowane są duże ilości cieczy technologicznych w wannach. Linia nadaje się do dużej produkcji samochodów.
Lina takim systemem pracuje w VW-Poznań (Tarpan), malowanie nadwozi sam dostawczych oraz w "FIAT-Auto-Poland" w Tychach sam. osobowych (z transportem kombinowanym). Również w "Daewoo" Warszawa.
malowanie nadwozi sam. i w "Opel"- Gliwice.
Rys. nr 7 -- Przedstawia linię o ruchu taktowym, jest to szereg wanien ustawionych poprzecznie do kierunku transportu zawieszek (w postaci pojedynczych części o ile są duże lub pakietów z wielu części). Zawieszki są przemieszczane do poszczególnych wanien na wymagane czasy operacji przy pomocy wciągników przejezdnych wzdłuż linii wanien. Każdy wciągnik obsługuje kilka wanien, ilość wciągników wynika z obliczonego taktu.
Przy średnich taktach np. -co 6-7 min. (wychodzenia pomalowanej zawieszki) , stosuje się 3-4 wciągniki.
Przy liniach małych lub średnich opłacalne jest stosowanie wciągników sterowanych ręcznie. Przy liniach o większych produkcjach i krótkich taktach opłacalne jest zastosowanie wciągników sterowanych programowo.
Suszenie pakietów może odbywać się alternatywnie: -- poprzez ustawienie lub zawieszenie pomalowanego pakietu na indywidualny przenośnik suszarki poruszający się taktowo wewnątrz suszarki lub -- poprzez skompletowanie kilku pomalowanych pakietów na odpowiednio przystosowanym wózku i wprowadzenie wózka do suszarki komorowej. Koszt wciągników programowanych i suszarki z własnym przenośnikiem zwiększa koszt linii co najmniej dwukrotnie. Linia taktowa zajmuje stosunkowo najmniej miejsca, objętości wanien możliwie minimalne (nie ma groźby starzenia się farby) linia jest produkcyjnie elastyczna, możliwe jest zwiększenie w pewnych granicach przepustowości poprzez skrócenie taktu i dodanie wciągnika.
Możliwe jest zastąpienie wciągników sterowanych ręcznie, wciągnikami programowanymi, czyli wprowadzenie pełnej automatyzacji, przy minimalnych zmianach. Linia w systemie taktowym, nadaje się dla bardzo małej i średniej produkcji. Przykładem krańcowo małych są linie malowania katoforetycznego, farbami bezpigmentowymi, z ręcznym przemieszczaniem zawieszek (w "GALV" - Warszawa - malowanie armatury łazienkowej i biżuterii oraz linia w "F-ce Okuć Okrętowych" - w Reczu -- malowanie armatury , okuć budowlanych).
Linie katoforetyczne średniej wielkości ,malowanie farbami czarnymi , z wciągnikami sterowanymi ręcznie to: Linia w "Z-dzie Produkcyjno-Usługowym" w Kobylnicy k / Słupska -- malowanie części rowerowych i samochodowych. oraz linia w "SOW-POL" - Wielkie Drogi k / Skawiny -- malowanie części zamiennych ,blaszanych nadwozia samochodów Fiat (patrz zdjęcia "galeria").
Rys. nr 8 -- Przedstawia linię malowania katoforetycznego nadwozi w " FSO - Daewoo" w Nysie, pracująca skokowo. Operacje przygotowania powierzchni odbywają się natryskowo w komorach tunelu odgradzanymi rozsuwanymi automatycznie drzwiami, przy czym zamiast przesuwu nadwozia w strefach natrysku, gałęzie natrysku wykonują ruchy oscylacyjne, analogicznie odbywa się płukanie ultrafiltratem i wodą demineralizowaną po malowaniu katoforetycznym.
Nadwozia do malowania w wannie zanurzane są i wynurzane przy pomocy windy ,zapewniającej nadwoziom cykliczne przechyły ( w celu usunięcia powietrza i wylania farby). Suszenie odbywa się również w ruchu skokowym w suszarce. Linia całkowicie zautomatyzowana. -- Widok nadwozia w wannie (patrz zdjęcie "Galeria")
Szkice przedstawiają w sposób uproszczony, charakter poszczególnych systemów linii technologicznych.
Niezależnie od systemu, zespół urządzeń dotyczący malowania elektroforetycznego (tak anaforetycznego jak i katoforetycznego) składa się z podobnych obiegów a mianowicie : -- krążenia farby w wannie i poprzez rurociągi z wymiennikiem ciepła, filtrami farby i dysze mieszające kapiel. (by nie dopuścić do nieodwracalnej sedymentacji farby, która jest nieprzerwanie mieszana). --- obieg ultrafiltracji farby wg opisu jw. --- obieg elektrodializy (z kasetami i membranami jonowymiennymi) do odbioru szkodliwych jonów powstałych w farbie podczas elektroosadzania. --- obieg przemywania uszczelnień pomp farby i ultrafiltratu zanieczyszczonego farbą. ---obiegi wielostopniowego płukania ultrafiltratem i wodą demineralizowaną.
Ponadto ,pracują inne zespoły jak np.: uzupełniania farby , chłodzenie i ewentualnie grzanie farby, odprowadzenia ścieków . Bardzo często, szczególnie w dużych urządzeniach stosuje się oddzielne urządzenia do koagulacji ścieków zanieczyszczonych farbą oraz bardzo często oddzielne urządzenia do obiegowego schładzania wody chłodzącej z kolei farbę (proces elektroosadzania związany jest z wydzielaniem się ciepła)
Konieczne jest również urządzenie do produkcji wody demineralizowanej, na potrzeby : płukania przedmiotów przed malowaniem, (by nie wnieść szkodliwych substancji do farby ) oraz po malowaniu i na potrzeby wymiany cieczy (katolitu w anaforezie lub anolitu w katoforezie) w obiegu elektrodializy, no i na uzupełnienie parowania i wynoszenia na przedmiotach.
Prąd stały do elektroosadzania doprowadzony jest do elektrod w kasetach elektrodializy i do zawieszek ,poprzez zespoły stykowe (w ruchu przenośnika) lub poprzez wczepy posadowienia zawieszki (w urządzeniach taktowych) z zasilacza o regulowanym i stabilizowanym napięciu i ograniczonym jego tętnieniu. Sterowanie (załączanie i wyłączanie) odbywa się z szafy sterowniczej (w zależności od opłacalności danego przypadku, szczególnie w urządzeniach dużych, sterowanie może być zautomatyzowane ,zastosowany sterownik - komputer) Stosuje się również wiele rozwiązań kombinowanych dostosowanych optymalnie.
Ważnym jest właściwy dobór systemu urządzenia dla określonego przypadku, minimalne zużycie wody, a tym samym minimalne ścieki i ich tania obróbka i o ile to uzasadnione zapewnienie możliwości rozbudowy lub modernizacji urządzenia oraz w urządzeniach dużych rozlokowanie ich na wielu poziomach.
Dla zainteresowanych służę dalszym rozszerzeniem tych ramowych informacji teoretycznych i praktycznych uzyskanych w ciągu ok. 30 t-u lat projektowania i uruchamiania urządzeń do malowania elektroforetycznego.
J. Smaczyński