Затвердіння, прискорене на 75%, змушує будь-яке фарбувальне виробництво замислитися над
можливістю встановлення інфрачервоних печей.

Затвердіння ІЧ-випромінюванням добре підходить для порошкових покриттів, а також для однокомпонентних, дво- або трикомпонентних рідких фарб на основі води/розчинників та інших видів покриттів.

Френк Віллелла, керівник лабораторії BGK Infrared Lab і один з найдосвідченіших фахівців у галузі інфрачервоного випромінювання,  вважає,  що  причина,  через  яку  ІЧ-випромінювання так часто використовується для порошкових покриттів, полягає в тому, що це менш ризикований і перевірений метод.

"Коли йдеться про рідкі покриття, потрібно враховувати товщину мокрої плівки та тип розчинника або водної основи, що використовуються в покриттях", - говорить він.

"ІЧ-випромінювання відмінно підходить для більшості рідких покриттів. Випробування ІЧ-випромінювання на рідких покриттях досить складні, вони необхідні для того, щоб зрозуміти, що саме потрібно. З порошками все набагато простіше".

Інфрачервоні печі забезпечують більш швидке та повне затвердіння більшості лакофарбових матеріалів та покриттів. І рідкі покриття не є винятком. Регулювання швидкості дозволяє клієнтам економити час та енергію, при цьому отримуючи підвищену якість.

Інфрачервоне випромінювання застосовується вже багато років, але сучасні електронні засоби регулювання, програмовані логічні контролери (ПЛК), оптичні пірометри та просте програмування для зонування та інтенсивності теплового випромінювання в інфрачервоній області спектру ставлять інфрачервоні печі значно вище за інші печі в певних сферах застосування.

Прискорене затвердіння або сушіння – це типові причини, через які фарбувальні виробництва цікавляться інфрачервоними печами. Іноді їм потрібна підвищена продуктивність, що найчастіше означає підвищену швидкість ліній.

Їх інтерес також може бути обумовлений тим, що клієнт вибрав нове покриття з більш тривалим часом затвердіння, що може стати проблемою при виробництві, але для довговічності покриття це обов'язкова вимога. Або вони просто працюють з покриттям на водній основі, яке повільно випаровується та твердне.

Оператори фарбувальної лінії повинні дати виробу з покриттям час охолонути, оскільки охолодження майже так само важливо, як і затвердіння .

Інфрачервоні печі працюють у два, а то й у 3-4 рази швидше (час затвердіння скорочується на 60-90%), до того ж, їх простіше встановлювати. Додаткова перевага полягає в дуже точному регулюванні температури завдяки тому, що ІЧ-печі дозволяють спрямовувати тепло в певну точку, що дуже важливо.

У процесі остаточної обробки, як правило, використовуються два стандартні типи затвердіння - конвекція та інфрачервоне випромінювання.  Також  застосовуються  ультрафіолетове та індукційне затвердіння, але в рамках цієї статті ми порівнюватимемо лише конвекцію та ІЧ-випромінювання.

Затвердіння рідких або порошкових покриттів на дерев'яних основах

Конвекційні печі: Чому найчастіше використовуються конвекційні печі? Відповідь полягає в тому, що вони безпечні та універсальні. Вони недешеві, але це непогане початкове капіталовкладення. Однак вони дуже повільні порівняно з ІЧ-печами. Хороша конвекційна піч може працювати набагато швидше, якщо в її конструкцію закладені необхідні параметри повітряного потоку та розподілу повітря.

Конвекційна піч з непродуманим повітряним потоком може викликати проблеми, що призводять до неповного затвердіння (гарячі/холодні ділянки) та надто тривалого часу затвердіння.

Коли ми говоримо про безпеку під час затвердіння, ми маємо на увазі, що продукт не повинен перегріватись. Конвекційна піч передає тепло всередину деталі. Цю проблему можна вирішити, але це коштує великих грошей. Конвекція є безпечною, оскільки складно спалити покриття, якщо температура правильно регулюється.

Вироби з товстої або конструкційної сталі та тонких металів затверджуються за різний час залежно від довжини та висоти виробу. При використанні конвективного нагрівання температура повітря в печі встановлюється так, щоб основа досягла температури затвердіння. Тому, якщо температура деталі повинна становити 160 °С , встановлюють піч на 180 °С на 15 хвилин. Незважаючи ні на що (наприклад, якщо зупиниться конвеєр), виріб ніколи не буде гарячішим за 180 °С . Однак при інфрачервоному випромінюванні все інакше. Поки товстіша частина виробу не досягне потрібної температури, він залишається в печі.

Інфрачервоні печі: ІЧ-печі виконують затвердіння, використовуючи короткі, середні та довгі хвилі. Кожна довжина хвилі діятиме на будь-яке покриття, але необхідно визначити час дії, щоб забезпечити повне затвердіння. Підбір найбільш відповідної довжини хвилі ІЧ-випромінювання для певного типу або кольору покриття сприяє підвищенню швидкості та повноти затвердіння. ІЧ-випромінювання має ряд переваг, включаючи можливість підбору форми та розміру випромінювача для кращого нагріву.

Якщо деталі згруповані за розміром, інфрачервоні печі можна розширити або звузити автоматично, щоб випромінювачі розташовувалися ближче до поверхні деталі. Чому це важливо? Якщо випромінювачі знаходяться близько до деталі, заощаджується енергія, оскільки їхню температуру не потрібно підвищувати, коли вузькі деталі проходять через широку піч. ІЧ-печі також простіше зонувати на верхню, середню та нижню секції, при цьому потрібний мінімальний потік повітря або не потрібний взагалі. Інфрачервоні випромінювачі затверджують покриття, впливаючи на них електромагнітною енергією.

Теплова енергія, необхідна для затвердіння, забезпечується під впливом на поверхню деталі ІЧ-випромінювачів протягом певного часу з певної відстані.

ІЧ-печі також мають додаткову перевагу у вигляді надзвичайно точного регулювання температури, оскільки можливість спрямовувати тепло в певну точку дуже важлива.

Це означає, що ніякий бруд або домішки не потрапляють на деталі і не потрібні великі повітродувки. Якщо певне поєднання виробу та фарби погано піддається затвердінню, а ви намагаєтеся досягти результату швидше, то випромінювачі слід встановити на більшу потужність та використовувати рециркуляційне повітря для охолодження поверхні виробу.

Це приблизно те саме, що одночасно тиснути на педаль газу та гальма. У повсякденному керуванні так не роблять, але в перегонах – так. Час - гроші, тому ми беремо участь у гонці з затвердіння фарби.

Вибір потрібного розміру печі
Як приклад ми наведемо конвекційну піч зі швидкістю конвеєрної лінії 3 м за хвилину і часом затвердіння 15 хвилин, що становить 45 метрів конвеєра в будь-якій конфігурації. Якщо додати 10 хвилин на охолодження, то до ходу конвеєра додається ще 30 метрів. При використанні рідких фарб затвердіння, як правило, вимагає більш низької температури і менше часу, ніж для порошкових покриттів.

ІЧ-піч діє набагато швидше, але фактичну економію часу не можна оцінити, поки покриття не буде нанесено на виріб та перевірено. Однак мені траплялися випадки, коли ІЧ-печі не прискорювали сушіння або затвердіння. Час також залежить від типу покриття, конфігурації деталі та швидкості переміщення виробу.

Таким чином, у наведеному вище прикладі швидкість 3 метри на хвилину множиться на дві хвилини впливу ІЧ-випромінювання, плюс чотири хвилини витримки (коли деталь залишається при заданій температурі), що дорівнює повному затвердінню деталей на 18 метрів конвеєра. Якщо для завершення затвердіння потрібно охолодження, то на 15 метрів додається ще п'ять хвилин, що в сумі дає 33 метри порівняно з 75 метрами конвекційної печі, а отже, ІЧ печі скорочують час затвердіння на 56%.

Основна різниця між сучасними та старішими ІЧ-печами полягає в удосконалених засобах контролю. ПЛК стали ефективнішими і дешевшими, а пірометри забезпечують перевірку температури протягом усього циклу затвердіння в печі, а також регулювання температури в замкнутому контурі. Замкнений контур передбачає, що пірометри можуть досліджувати певну область деталі в печі, а потім програма підвищує або знижує температуру всієї деталі або її окремої частини без будь-якого втручання оператора.

Пам'ятайте, що деталь потрібно охолодити, щоб покриття затверділо. Вона також повинна бути досить холодною, щоб її можна брати в руки або упаковувати, щоб деталі не прилипали одна до одної під час зберігання.

Марті Пауелл,
Carlisle Fluid Technologies

Профессиональная покраска” № 6 (116) 2021