NANOSZENIE POWŁOK
Wiadomości ogólne
Tworzywa można nanosić trwale na powierzchnię innych materiałów otrzymując z nich powłoki ochronne i dekoracyjne. Podczas nanoszenia powłokotwórcze tworzywo wejściowe może być w stanie:
- stałym,
- plastycznym,
- ciekłym.
W każdym jednak przypadku, aby wytworzyć niezbędną adhezję pomiędzy tworzywem a materiałem, na który się je nanosi, co jest podstawowym warunkiem uzyskania użytecznej powłoki, tworzywo musi zostać przeprowadzone w stan ciekły, ewentualnie plastyczny, umożliwiający zwilżanie powierzchni materiału i następnie adsorpcję, a sama warstwa wierzchnia materiału odpowiednio przygotowana. Znanych jest kilka odmian nanoszenia, z których duże znaczenie mają następujące odmiany:
- nanoszenie fluidyzacyjne,
- nanoszenie elektrocieplne,
- nanoszenie (natryskiwanie) płomieniowe,
- nanoszenie polewające,
- nanoszenie natryskowe,
- nanoszenie zanurzeniowe.
Do nanoszenia tworzyw nie zalicza się umownie wytwarzania powłok sposobami malarskimi. Tworzywo wejściowe do nanoszenia w stanie plastycznym lub w stanach plastycznym i ciekłym występuje w postaci pasty, układu dyspersyjnego lub roztworu. W przypadku PVC pasta nosi nazwę plastizolu a w szczególnym przypadku organozolu.
Nanoszenie fluidyzacyjne
Fluidyzacyjne nanoszenie powłoki z tworzywa polega na wytworzeniu zawiesiny sproszkowanego tworzywa w strumieniu gazu płynącego do góry -złoża fluidalnego, i wprowadzeniu do niego przedmiotu uprzednio nagrzanego nieco powyżej temperatury topnienia tworzywa, odczekaniu określonego czasu, wyjęciu przedmiotu ze złoża i często ponownym nagrzaniu go oraz następnie ochłodzeniu. W czasie przebywania przedmiotu w złożu, cząstki tworzywa stykają się z nagrzanym przedmiotem i stapiają, tworząc powłokę związaną adhezyjnie z materiałem przedmiotu. Nanoszenie fluidyzacyjne przeprowadza się we fluidyzatorze. Schemat fluidyzatora: |
||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 - pojemnik, 2 - dno lite, 3 - dno porowate, 4 - zawór, 5 - złoze fluidalne, 6 - przedmiot, na który nanosi się tworzywo | ||||||||||||||||||||||||||
Typowy fluidyzator składa się z pojemnika, w którym znajduje się stosunkowo nieduża ilość tworzywa w postaci proszku z ziarnami o rozmiarach od 50 do 250 µ m, poprzez dno doprowadza się do pojemnika pod małym ciśnieniem gaz. Ciśnienie i ilość gazu regulowane są zaworem (4). Powstaje w ten sposób złoże fluidalne. Jako gaz fluidyzujący stosuje się najczęściej powietrze, w niektórych jednak przypadkach nanoszenia powłok z tworzyw stosunkowo łatwo ulegających utlenianiu można używać azotu lub dwutlenku węgla. Złoże fluidalne powstaje wtedy, gdy siła ciężkości P, proszku tworzywa zrówna się z siłą parcia P, gazu na jego powierzchnię. Siły te wyraża się wzorami:
Proces nanoszenia elektroforetycznego polega na osadzaniu na powierzchni przedmiotu cząstek tworzywa z wodnego układu dyspersyjnego (dyspersji wodnej -hydrozolu), organicznego układu dyspersyjnego (organodyspersji) lub z roztworu koloidalnego pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego, nagrzaniu przedmiotu ze wstępnie naniesioną powłoką poza polem elektrycznym w fazie ciekłej do temperatury nieco wyższej od temperatury topnienia tworzywa i następnie ochłodzeniu przedmiotu z naniesioną ostatecznie powłoką. W polu elektrycznym zachodzi ruch cząstek, czyli elektroforeza, w kierunku anody, co nosi nazwę anaforezy, lub w kierunku katody, co nazywa się kataforezą, w zależności od polarności elektrody -przedmiotu. Na powierzchni elektrody cząstki ulegają koagulacji wskutek kompensacji ładunku elektrycznego -w przypadku wodnego układu dyspersyjnego -jonami pochodzącymi głównie z elektrolizy wody. Osadzona powłoka ma strukturę porowatą i zawiera znaczną ilość fazy ciekłej o ładunku przeciwnym. Pod wpływem prądu faza ciekła zawierająca kationy wędruje w kierunku katody (elektroosmoza), co powoduje, że powłoka ulega osuszeniu (zawiera 5 - 10% fazy ciekłej) i łączy się adhezyjnie z powierzchnią przedmiotu; można przyjąć, że jest uformowana wstępnie. Po wyjęciu przedmiotu z fazy ciekłej powłokę suszy się i zestala w temperaturze zazwyczaj do 190°C w czasie do 30 minut, co powoduje jej uformowanie ostateczne. Nanoszenie elektroforetyczne stosuje się szczególnie do otrzymywania powłok PTFE o grubości do 30 mm z wodnego układu dyspersyjnego polimeru oraz do powłok PVC o grubości do 200 mm z organicznego układu dyspersyjnego.
Cechami charakterystycznymi nanoszenia polewającego są: stan ciekły tworzywa wejściowego do procesu nanoszenia oraz ciągłość samego procesu, związana z nanoszeniem tworzywa na przedmioty o dużych rozmiarach lub na wstęgi. Nanoszenie to dzieli się na swobodne i wymuszone.
|
Nanoszenie zanurzeniowe
Proces nanoszenia zanurzeniowego polega na zanurzeniu przedmiotu w tworzywie będącym w stanie ciekłym lub plastycznym, odczekaniu określonego czasu, wynurzeniu przedmiotu i następnie zestaleniu bądź utwardzeniu tworzywa powłoki. W czasie przebywania przedmiotu w tworzywie przywiera ono adhezyjnie do uprzednio przygotowanej jego powierzchni oraz tworzy powłokę. Nanoszenie zanurzeniowe stosuje się w dużej mierze do wytwarzania powłok na elementach o dużych rozmiarach z PVC w postaci plastizolu. Plastizol PVC odznacza się małą adhezją do wielu materiałów, dlatego najpierw nanosi się między warstwę o dobrej adhezji zarówno do materiału przedmiotu, jak i plastizolu PVC, często również zanurzeniowo. Po wysuszeniu między warstwy przedmiot można przed procesem zanurzenia nagrzać, co przede wszystkim powiększa grubość powłoki formowanej wstępnie. Prędkość zanurzania wynosi 200 -1500 mm /min, wynurzania zaś 100-600 mm/min. Czas przebywania przedmiotu w plastizolu PVC wynosi około 15-60s. Powłoka formowana wstępnie charakteryzowana jest grubością i masą odniesioną do jednostki jej pola powierzchni. Aby otrzymać ostatecznie uformowaną powłokę, należy najpierw przeprowadzić żelowanie plastizolu PVC tworzącego powłokę uformowaną wstępnie. Żelowanie jest procesem fizycznym zachodzącym w układzie polimer PVC - plastyfikator, w temperaturze 180-190°C w czasie 30-60 min, obejmującym solwatacje - stopniowe przenikanie plastyfikatora w głąb cząstek polimeru i ich pęcznienie. Podczas ochładzania następuje ustalenie adhezji i zestalenie jednolitej powłoki.
Formowanie wstępne powłoki odbywa się za pomocą urządzeń składających się z:
- wanny napełnionej plastizolem PVC
- z wężownicy z wodą chłodzącą, gdyż nagrzane przedmioty przenoszą dużo ciepła do plastizolu
- mieszadła ślimakowego do utrzymania jednakowej lepkości plastizolu i do ułatwiania opróżniania wanny
- układu napędowego mieszadła
Duże zastosowanie znalazło nanoszenie zanurzeniowe do wytwarzania powłok na elementach elektronicznych. Traktowane jest ono w przemyśle elektronicznym jako jedna z metod hermetyzacji i odlewania. Specyficzne jest stosowanie nanoszenia zanurzeniowego do uszczelniania odlewów. Tworzywo w takim przypadku musi odznaczać się dostatecznie małą lepkością, aby mogło swobodnie wnikać w pory odlewu. Do uszczelniania zanurzeniowego stosuje się tworzywa, których podstawowym składnikiem są żywice epoksydowe, fenolowe, poliestrowe i silikony. Istota procesu polega na umieszczeniu odlewu w komorze urządzenia do uszczelniania i wypełnieniu komory ciekłym tworzywem, z zastosowaniem podwyższonego ciśnienia (uszczelnienie ciśnieniowe), obniżonego ciśnienia (uszczelnienie próżniowe) i wreszcie najpierw obniżonego ciśnienia i następnie podwyższonego ciśnienia (uszczelnianie próżniowo - ciśnieniowe). W czasie działania tworzywa na odlewie wnika ono w jego pory.