Окраска представляет собой процесс нанесения органического покрытия на поверхность профиля. Покрытие должно сопротивляться воздействию солнечного света, влаги, агрессивных сред, изменениям температуры и физическим повреждениям. Ультрафиолетовое облучение вызывает разрушение химических связей в связующем веществе и органических пигментах, приводящее к выцветанию окраски и разложению лакокрасочного покрытия. Присутствие влаги способствует разрушению связующего вещества на поверхности пленки. Влага может также проникать под пленку и вызывать отслоение покрытия и коррозию подложки. Повышенные температуры могут ускорять действие ультрафиолетового облучения и влаги на окрашенную пленку. Значительные колебания температуры могут увеличивать напряжения, ведущие к потере цельности пленки или ее отслоению.

В зависимости от состояния материала в процессе нанесения органические покрытия подразделяют на жидкие и порошковые. Оба процесса обеспечивают получение продукции с покрытием высокого качества и могут применяться для широкого сортамента видов и размеров профилей. И жидкие, и порошковые покрытия имеют широкий диапазон возможностей по качеству и цене. Порошковые покрытия имеют практически такие же эксплуатационные характеристики, что и жидкие из того же материала, однако стоимость их нанесения ниже, чем жидких. К тому же существенным недостатком жидких покрытий является выделение в атмосферу летучих органических веществ. Эти причины обусловили вытеснение жидких покрытий порошковыми практически полностью в Европе и в значительной степени в США.

Жидкие покрытия состоят из трех основных ингредиентов:

1. Смола, являющаяся полимерным материалом, играет роль связующего вещества, образующего пленку на поверхности профиля.

2. Пигменты – придают покрытию цвет и блеск, а также обеспечивают некоторую защиту от коррозии.

3. Растворители – делают смесь компонентов, образующую покрытие, жидкой и позволяют управлять параметрами процесса нанесения.

В некоторые жидкие покрытия добавляют специальные присадки, усиливающие необходимые свойства покрытия во время нанесения (вязкость, способность к образованию пленки) или после высыхания (глянец, непрозрачность, цвет, прочность и твердость). Пигменты и связующие вещества являются твердыми компонентами, которые формируют пленку и обеспечивают требуемые рабочие характеристики. Растворители, как правило, полностью испаряются после нанесения пленки. Растворитель и незначительные количества побочных продуктов химической реакции, протекающей при высыхании, образуют летучие органические соединения.

Порошковые покрытия наносятся электростатическим способом с помощью специальных пистолетов или воронок, образующих воздушную суспензию.

Ингредиентами порошка, служащего для образования покрытия, являются:

связующие вещества – смолы и полимеры – обеспечивают пленкообразующие свойства;

• пигменты – органические и неорганические – обеспечивают цвет покрытия;

• присадки – облегчают образование суспензии и улучшают технологические свойства порошка.

Полимеры, используемые для нанесения покрытия, подразделяются на термопластические и термоотверждающиеся.

К недостаткам термопластиков относят их относительную мягкость и подверженность повреждениям при использовании в виде тонких пленок. Применение специальных связующих может сделать их производство затруднительным и дорогостоящим.

Термоотверждающиеся полимеры хорошо зарекомендовали себя как материал для порошковых покрытий. При использовании в виде покрытий они тверже и более вязки, чем термопластики, экономичны в изготовлении и применении.

Толщина порошкового покрытия составляет порядка 50 мкм, масса – 80 г/м2. Применение порошковых красок позволяет получить разнообразный вид поверхности покрытия: глянцевый, матовый, "шагрень", апельсиновая корка", "антик" и др.

Процесс порошковой окраски включает предварительную подготовку, нанесение порошка на алюминиевые профили и термическое отверждение. Предварительная подготовка необходима для повышения коррозионной стойкости и сопротивления другим неблагоприятным факторам. С этой целью может использоваться анодирование алюминия или нанесение конверсионного покрытия. Конверсионное покрытие хорошо защищает алюминиевую основу, служит прекрасным подслоем для органической окраски и менее дорого по сравнению с анодирование алюминия м.

Предварительная подготовка к порошковой окраске обычно производится путем погружения профилей последовательно в ванны с различными химическими растворами.

Большинство производителей применяют хроматацию как конверсионное покрытие. Предварительная подготовка профилей к окраске включает, как правило, следующие этапы: обезжиривание; промывку; травление; промывку; осветление; промывку (двойная промывка); хроматацию; промывку (двойная промывка); сушку.

Операции обезжиривания, травления, осветления и промывки осуществляются таким же образом, как и при подготовке к анодированию.

Хроматация – наиболее часто применяемый для алюминиевых профилей, подвергаемых порошковой окраске, процесс нанесения конверсионного покрытия. Хроматный слой улучшает адгезию между поверхностью профиля и покрытия и повышает коррозионную стойкость окрашенного профиля. Толстое хроматное покрытие имеет хорошее сопротивление коррозии, но меньшую адгезию по сравнению с более тонким слоем.

Существуют два типа хроматирования: «желтое» и «зеленое».

«Желтое» хроматирование производится в неускоряемых или ускоряемых хроматных ваннах. Неускоряемые хроматные ванны соcтоят, главным образом, из триоксида хрома (или другого источника ионов хрома) и фтористого водорода (или сложных водородофтористых кислот и их солей). Азотная кислота добавляется, чтобы получить нужную величину рН, которая обычно составляет 1,8-2,1. Используются также различные добавки для большей технологичности процесса.

В ускоряемые составы часто добавляется ферроцианид натрия, но могут применяться и другие составы, более предпочтительные с экологической точки зрения.

Хроматный слой состоит из тонкого наружного слоя ферроцианида хрома и более объемного слоя гидратированного оксида хрома. На поверхности между этой пленкой и алюминием присутствуют небольшие количества оксидов и фторидов алюминия.

Хроматные конверсионные покрытия имеют желтый цвет и интенсивность его различается от радужного желтого до темно-золотистого. Оптимальный вес покрытия 0,4 до 1 г/м2.

«Зеленое» хроматирование называется также фосфато-хроматированием. Основные компоненты фосфатохроматных ванн – фосфористая и/или фосфорная кислота, водородофтористая и хромо-вая кислота или другой источник шестивалентного хрома. Величина рН в ванне обычно составляет 1,7-1,9, но иногда ниже. Величина рН устанавливается добавлением фосфористой кислоты и буферного компонента. Температура ванны 25-30 ⁰С.

Один из вариантов состава для фосфатохромирования: NH4H2PO4 – 61,7%, NH4HF2 – 22,9%, K2Cr2O7 – 15,4%; температура обработки – 45-50 ⁰С, время – 1-5 мин.

Фосфатохроматное покрытие состоит из гидратированной формы фосфата хрома с небольшим количеством оксида хрома. Оксид хрома концентрируется вблизи поверхности алюминия, как и при «желтом» хроматировании.

Фосфатохроматное покрытие имеет зеленый цвет. Интенсивность цвета – от яркозеленоголубого до темнозеленого. Вес покрытия от 0,4 до 1,2 г/м2. Покрытие должно быть равномерным, насколько это возможно, иметь прочное сцепление с основой и быть «без порошка». Однако  при визуальном осмотре цвет и однородность может различаться в зависимости от материала и состояния его поверхности.

Сушка перед нанесением покрытия. Перед нанесением порошкового покрытия алюминиевые профили должны быть полностью сухими. Влага на поверхности препятствует нанесению покрытия. Температура поверхности профиля в сушильной печи не должна быть слишком высокой. Максимальная температура сушки для желтого хроматирования – около 65 ⁰С и 80 ⁰С для зеленого хроматирования. Если температура сушки превышает эти пределы, то  конверсионные покрытия могут иметь пониженную коррозионную стойкость.

Недостатки предварительной подготовки и их предотвращение.

Недостатки подготовки перед нанесением порошкового покрытия могут быть причиной видимых дефектов на поверхности профилей.

При недостаточном обезжиривании не будут удаляться жиры и графит с поверхности профиля, что может быть причиной низкой адгезии покрытия. Чтобы предотвратить недостаточное обезжиривание, необходимо применять «правильный» состав химикатов и выдерживать необходимую длительность процесса.

При недостаточном травлении не удаляется стружка от механической обработки профилей. Чтобы избежать недостаточного травления, необходимо применять соответствующие химикаты и выдерживать необходимую длительность процесса.

Алюминиевая стружка на поверхности возникает при плохой обработке профилей после порезки и недостаточном травлении. Чтобы избежать его, необходимо тщательно очищать алюминиевые профили после порезки и проводить травление по соответствующей технологии.

Недостаточная сушка профилей перед окраской приводит к плохой адгезии и дефекту «булавочные уколы» на покрытии после полимеризации. Чтобы избежать этого дефекта, устанавливают «воздушные ножи» или инфракрасные элементы либо удлиняют зону нагрева. Также может применяться снижение скорости конвейера.

Дефекты профилей. Видимые дефекты покрытия могут возникнуть вследствие дефектов профилей, таких как пузыри, риски, задиры, вмятины и пр.  Следы графита на поверхности профиля, возникающие в результате контакта с графитовыми брусками на выходном столе пресса, могут быть причиной недостаточной хроматации и адгезии покрытия. Снижение количества графита на поверхности профиля может быть достигнуто улучшением расположения канала матрицы относительно стола пресса и расположения брусков графита.

Нанесение порошкового покрытия.

Первой стадией процесса электростатического нанесения порошкового покрытия  является флюидизация (псевдоожижение) – процесс, при котором порошок смешивается со сжатым воздухом, что дает возможность подавать его из бункера  в распылительный пистолет . Расход порошка регулируется путем изменения расхода (давления) воздуха, поступающего от источника. Порошок, подаваемый в распылительный пистолет, может заряжаться с помощью устройства коронного либо триботехнического типа. Заряженный порошок движется к заземленному изделию – профилю. Когда частицы порошка приближаются к изделию, возникает электростатическое притяжение между частицами и изделием, вследствие чего порошок оседает на поверхности профиля. Профиль с нанесенным порошковым слоем далее движется через печь полимеризации, где происходит отверждение (полимеризация) материала порошка. Ненапыленный порошок втягивается в фильтры  потоком воздуха, создаваемого вентилятором . Воздух, свободный от порошка, выходит в атмосферу через фильтры окончательной очистки. Первичные фильтры  периодически совершают пульсирующие движения для удаления уловленного ими порошка, который используется повторно.

Зарядное устройство коронного типа  обычно использует отрицательную полярность на электроде, поскольку в этом случае образуется большее количество ионов и меньше склонность к образованию дуги, чем при положительной полярности. Зарядный электрод имеет очень высокий отрицательный потенциал и требует источник питания. Критерии проектирования устройства коронного типа таковы:

• ·         заряд происходит в области с высокой напряженностью поля;
• ·         скорость движения воздушного потока мала;
• ·         порошок хорошо диспергирован;
• ·         геометрия электрода такова, что ионы движутся через порошковый поток, и электрод расположен на прямой линии по отношении к изделию.

Устройства такого типа отличаются надежностью в работе, легкостью монтажа и относительно невысокой стоимостью.

В устройствах триботехнического типа  частицы порошка заряжаются в результате трения при перемещении на высокой скорости – без использования внешнего источника энергии и заряжающего поля – благодаря "эффекту Фарадея". Частицы порошка приобретают внутри пистолета положительный заряд вследствие потери электронов. Благодаря этому отпадает необходимость в направлении потока частиц к областям поверхности, на которые нужно нанести покрытие, и частицы порошка попадают в труднодоступные места поверхности профиля. При использовании триботехнического способа практически отсутствует вероятность образования утолщенного слоя покрытия на острых кромках. На поверхности профиля формируется более ровная и однородная (по сравнению с вариантом использования устройств коронного типа) пленка покрытия. Толщина покрытия, наносимого за один проход, может достигать сотен микрометров. Однако устройства триботехнического типа более чувствительны к химическому и фракционному составу порошка. В качестве порошка обычно используется политетрафторэтилен (PTFE).

Распылительные пистолеты (пульверизаторы) подразделяются на ручные и автоматические. Последние, в свою очередь, могут быть стационарными, перемещающимися и комбинированного типа.

В устройствах триботехнического типа сопла могут иметь различную конструкцию: с отражателем (дефлектором) и плоскую. Сопла с отражателем наиболее широко распространены (около 90% от общего количества) и обеспечивают хорошее распыление порошка.

При нанесении порошковых покрытий необходимо учитывать, что более эффективным путем повышения производительности является увеличение количества пистолетов, а не расхода порошка в каждом пистолете.

Камера напыления должна быть спроектирована таким образом, чтобы скорость прохождения воздуха через все ее отверстия составляла порядка 30 м/с, высота ее была более 1,8 м, температура – более 50?С, а также имелись короткие крюки (до 460 мм). Корпус камеры напыления вокруг распылительных пистолетов должен быть изготовлен из материалов, обладающих низкой проводимостью; пистолеты должны быть заглублены внутрь камеры минимум на 300 мм для того, чтобы порошок притягивался к профилю, а не к корпусу камеры. Температура окружающей среды должна составлять 20-27 ⁰С, относительная влажность  47-55%. Все элементы оборудования должны быть надежно заземлены (величина сопротивления – порядка 1 МОм), поскольку отсутствие заземления приводит не только к потерям порошка, но и к возможности возникновения пожара.

Перед нанесением порошка алюминиевые профили, которые прошли предварительную подготовку окунанием, должны быть перегружены на специальные подвески конвейера линии окраски. Система подвешивания, применяемая на этапе подготовки профилей, не пригодна для применения на окрасочном конвейере.  Алюминиевые профили обычно навешиваются горизонтально, так же, как и при подготовке. Скорость конвейера соотносится с параметрами напыления порошка и условиями полимеризации (длина и температура печи).

На рынке существует много типов камер напыления, но два из них, наиболее часто применяемых, – это камеры с катриджными фильтрами и камеры с циклонами. Камеры с катриджными фильтрами имеют преимущества: высокий уровень улавливания порошка и способность работать с более мелкими порошками. С другой стороны, их практически невозможно чистить, поэтому необходимо иметь отдельную фильтровую систему для каждого цвета.

Кроме описанного выше оборудования в состав установки для нанесения порошкового покрытия входит печь полимеризации. Она представляет собой камеру объемом несколько десятков кубометров с теплоизолированными стенами. В рабочем пространстве печи с помощью вентиляторов циркулирует горячий воздух, нагреваемый в теплообменнике с помощью газовой горелки. Рабочая температура в печи 180-200 ⁰С. Профиль находится в печи в течение 10-15 мин. Минимальные размеры печи камерного типа около 2-2,2 м, длина проходной печи с конвейером – порядка 30 м.

Дефекты, возникающие в результате нарушения технологии нанесения порошкового покрытия, и их предотвращение:

• Несоответствие цвета покрытия из-за недостаточной очистки при смене цветов.
• «Булавочные уколы» появляются в виде точек в покрытии. Их причина – влага, оставшаяся от этапа подготовки, и испаряющаяся в ходе полимеризации.
• Циссинг – неоднородное смачивание поверхности – возникает вследствие плохого обезжиривания. Этот дефект выглядит как области или пятна без покрытия.
• Слишком малая толщина покрытия – цвет может отличаться от стандарта. Дефект может быть вызван неправильной установкой напыляющих пистолетов, слишком низкой концентрацией порошка (давлением) или слишком высокой скоростью конвейера. Недостаточная зарядка частиц порошка и недостаточное заземление также могут быть причиной малой толщины покрытия.
• Слишком большая толщина покрытия – поверхность профиля имеет вид апельсиновой корки. Чтобы избежать появления этого дефекта необходимо уменьшить количество порошка (давление) или количество пистолетов; должна быть отрегулирована установка пистолетов или снижена скорость конвейера. Величина напряжения должна регулироваться в соответствии с  геометрией различных профилей.
•  Грубая, бугристая поверхность покрытия образуется вследствие слишком низкой температуры в печи полимеризации из-за крупных частиц порошка, которые не успевают расплавиться до того, как сформировалась гладкая поверхность. Чтобы устранить этот дефект, необходимо повысить температуру входной зоны печи полимеризации.
• Желтизна – возникает из-за слишком высокой температуры в печи полимеризации, особенно для эпоксидных покрытий. Этот дефект может быть устранен снижением температуры печи или/и увеличением скорости конвейера. Можно также модифицировать цветовой оттенок порошка в голубом направлении. В ходе полимеризации цвет придет к нужному оттенку.
• Недостаточное заземление возникает, если в электрической цепи существует изоляция. Наиболее частая причина – напыление покрытия на крюки. Это покрытие должно быть удалено с помощью их обжига в специальных установках, отбивания молотком или зачистки напильником. Оборудование для нанесения порошка (конвейер) должно иметь специальное заземление.