ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Наименование инновационного проекта

«Технология нанесения покрытий методом порошковой окраски в электростатическом поле»

Рекомендуемая область пременения

Широкая область машиностроения.

Назначение, цели и задачи проекта

     Целью данного проекта является разработка экологически чистой безотходной технологии и создание специализированного оборудования для получения высококачественных защитных и защитно-декоративных полимерных покрытий методом порошковой окраски.

     Метод рассчитан на применение порошковой краски любого типа (любой дисперсности и химического состава), включая фторопласты и полиэтилены.

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

Технология нанесения порошковой краски.

Для того чтобы покрыть изделие порошковой краской, необходимо выполнить всего 4 операции:

1.     Окрашиваемое изделие, очищенное и обезжиренное (зачистка, пескоструй, дробеструй, гальваническая мойка) подвешивается (устанавливается) в окрасочной камере.

2.     На изделие с помощью электростатического распылителя наносится заряженная порошковая краска.

3.     Изделие с нанесенной краской помещается в печь для полимеризации , где выдерживается необходимое время (8-30 мин. при температуре 120-210 °С, в зависимости от типа краски).

4.     По окончании полимеризации изделие остужается на воздухе. После остывания изделия покрытие готово.

     Для защиты воздуха в цехе от попадания порошка должен быть создан воздушный поток через окрасочную камеру. Этот поток формируется специальным вентилятором. Для сохранения порошковой краски для вторичного использования между окрасочной камерой и входом вентиляционной системы устанавливается воздушный фильтр - рекуператор, который оборудован пневматической системой очистки и емкостью для порошковой краски, собранной с поверхности фильтра.

Сухая порошковая краска фильтруется в рекуператоре. Периодически краска удаляется из бункера, просеивается, и может быть вторично использована для нанесения.

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

Технологическое оборудование для нанесения порошковых красок в электростатическом поле.

     Минимальный комплект оборудования состоит из трех основных частей: блока управления 1 (см. рис 1), ручного пистолета-распылителя 2 и заборного устройства 3.

Рис.1

     Порошок подается пневматическим способом из транспортной тары или любой открытой емкости 4 через заборное устройство 3 по шлангу 5 к заряжающей головке 6 распылителя. Далее порошок распыляется и переносится на окрашиваемый объект 7 под действием электрического поля. Перенос электрического заряда на порошок производится через ионизированный воздух в области коронного разряда между электродами заряжающей головки и окрашиваемым объектом. Коронный разряд в рабочем промежутке поддерживается источником высокого напряжения, встроенном в распылитель. Низковольтное питание к распылителю поступает по кабелю 9. Сжатый воздух поступает к заборному устройству от блока управления по специальному шлангу 8, с проводом внутри для обеспечения заземления заборного устройства.

1. Блок управления

          Комбинированный блок управления электропитанием распылителя и системой подачи краски вырабатывает напряжение низковольтного питания распылителя, обеспечивает регулирование подачи краски и включение подачи одновременно с подачей высокого напряжения на электроды. В блоке предусмотрены плавные регулировки напряжения питания распылителя и давления воздуха, подводимого к системе подачи краски. Имеется возможность выбора одного из трех режимов работы систем стабилизации заряда и искропредупреждения: режим ускоренного нанесения порошка (для простых форм), стандартный режим и режим нанесения второго слоя краски (исправление брака). Осуществляется индикация величины напряжения на выходе высоковольтного преобразователя распылителя и величины давления воздуха в системе подачи краски. Электропитание блока осуществляется от сети переменного тока 220 В, 50 Гц. Потребляемая мощность 30 Вт. Максимальный расход воздуха 2 м³/час от пневмосети давлением

0.4 - 0.6 МПа.
Габаритные размеры блока 250x210x120 мм.
Масса не более 4.2 кг.

2. Распылитель

       Универсальный ручной распылитель модель 5 имеет встроенный высоковольтный преобразователь и эффективную систему искропредупреждения. Подача краски к распылителю осуществляется по шлангу диаметром 10-11 мм. Скорость окрашивания до 2 м²/мин. Электропитание распылителя низковольтное от 0 до 22 В постоянного тока. Встроенный в рукоятку распылителя высоковольтный преобразователь обеспечивает на заряжающих электродах распылителя напряжение от 0 до 60 кВ отрицательной полярности при токе от 2 до 50 мкА. Преобразователь оснащен системой искропредупреждения и искрозащитой по а.с. N1508395, основанной на стабилизации электрического сопротивления воздушного промежутка между электродами распылителя и заземленным объектом. При этом, независимо от изменения внешних условий и расстояния до окрашиваемого объекта, исключается искровой пробой промежутка и сохраняется эффективность зарядки порошка.
Габаритные размеры распылителя - 300x170x25 мм.
Масса распылителя - менее 400 г.

Технические данные ручных и автоматических электростатических распылителей, для ручной окраски и для использования в автоматизированных линиях.

     Разработанный распылитель обеспечивает высокую эффективность и стабильность зарядки краски, высокую производительность, простоту в эксплуатации и полную искробезопасность за счет использования нескольких изобретений.

3. Система подачи

          Пневматическая система подачи порошковой краски состоит из заборного устройства и комплекта шлангов для подачи воздуха и порошка. Компактное заборное устройство погружается в любую емкость с порошковой краской. Емкостью может служить транспортная тара изготовителя порошковой краски, при этом исключаются выбросы краски в рабочую зону при ее пересыпке. Погруженное в порошок заборное устройство подает краску в виде воздушно - порошковой смеси по шлангу к распылителю. Производительность подачи краски от 1 до 15 кг/час, регулируется изменением давления сжатого воздуха, подводимого к заборному устройству от блока управления в пределах 0.05 - 0.6 МПа. Настройка системы подачи на порошковые краски различной дисперсности и объемной плотности производится ручкой дросселя на головке заборного устройства.
Габаритные размеры заборного устройства - D 100x300 мм.
Масса 600 г.

     Для получения качественных порошковых покрытий разработано специальное технологическое оборудование для организации специализированного участка нанесения покрытий:

1.     Устройства для электростатической зарядки порошка и напыления его на окрашиваемую поверхность, т.е. распылители электростатические;

2.     Блок управления;

3.     Пневматическая система подачи краски;

4.     Камеры окрашивания, в которых производится напыление порошка;

5.     Воздушные фильтры, позволяющие отделить неиспользованную краску от воздуха, удаляемого из камер окрашивания, и собрать эту краску для ее повторного использования;

6.     Печи оплавления и полимеризации порошковой краски;

А также дополнительное оборудование:

• Устройство для просеивания краски перед вторичным использованием (вибросито), система рециркуляции порошковой краски и система осушки порошка;
• Спецоснастка для завешивания изделий в камеры, транспортировки окрашенных изделий и для загрузки их в печи полимеризации;

Транспортные конвейеры и автоматические окрасочные линии для оснащения участков при серийном и массовом производстве.

Рабочий объем камер.

Характеристики окрасочных камер:

5. Рекуператоры

     Рекуператоры - воздушные фильтры, позволяющие отделить неиспользованную краску от воздуха, удаляемого из камер окрашивания, и собрать эту краску для ее повторного использования

Характеристики рекуператоров:

6. Печи полимеризации

     Фирма «КОРСАР» предлагает различные варианты печей полимеризации:

·     конвейерные печи (рис. 2), отличительной особенностью которых является вертикальное перемещение изделий внутри печи: сначала вверх, а затем, после смещения по горизонтали, вниз. Такая компоновка печей существенно снижает их энергоемкость, так как горячий воздух не выходит наружу через открытые проемы снизу: он легче наружного холодного воздуха и удерживается под теплоизоляционным колпаком печи.

·     колпаковые, для окраски тяжеловесных изделий

В комплект поставки входят печь, привод с устройством управления и таймером, система стабилизации температуры с тиристорным регулятором мощности.

Транспортировка печей производится автотранспортом в разобранном виде.

Рис.2  Принцип действия конвейерной печи

Фирма ?Корсар" производит несколько моделей печей:

1.     Однопетлевые с односторонним обслуживанием;                    

2.     С торцевой загрузкой и выгрузкой изделий;

3.     Однопетлевые с двусторонним обслуживанием;

Многопетлевые с двусторонним обслуживанием.

Рис 3  Общий вид конвейерной печи

1.     Однопетлевые печи с односторонним обслуживанием  выпускаются различных марок:

·        "Микро-1000"

·        "Маяк"

·        "Рязань-М"

·        "Калуга"

·        "Флокс-М"

·        "Флокс-3М"

Принцип действия однопетлевых печей представлен на рис. 4

Рис.4

2.Печи с торцевой загрузкой и выгрузкой изделий представлены марками:

·        "Шлем-Т"

·        "Колпино-Т"

·        "Гатчина-Т"

Рис.5

Принцип действия представлен на рис.5

3. Однопетлевые печи с двусторонним обслуживанием выпускаются следующих марок:

·        "МИФ"

·        "Тушино"

·        "Невская"

·        "Мари-М"

·        "Дельта"

Принцип действия этих печей представлен на рис.6

Рис.6

4. Многопетлевые печи с двусторонним обслуживанием выпускаются марки "Пенза" (Рис.7).

Рис.7

Основные технические характеристики конвейерных печей:

А - на условных изделиях из металлического листа толщиной до 1.5 мм, размерами 500 х 250 х 150 мм, при времени полимеризации краски 15 мин.
Б - на условных изделиях из металлического листа толщиной до 1.5 мм, максимально возможных габаритов, при времени полимеризации краски 15 мин.

Печи с загрузкой и выгрузкой изделий с противоположных сторон:

А - на условных изделиях из металлического листа толщиной до 1.5 мм, размерами 500 х 250 х 150 мм, при времени полимеризации краски 15 мин.
Б - на условных изделиях из металлического листа толщиной до 1.5 мм, максимально возможных габаритов, при времени полимеризации краски 15 мин.

* - все печи перевозятся в разобранном виде, в фургоне грузовика;
** - удельная нагрузка на пол не более 400 кг/м²;
*** - в зависимости от веса изделий и устанавливаемого объема удаляемого из печи воздуха;
**** - изделия меньших размеров вешают по нескольку штук на подвеску;
***** - по требованию Заказчика можно увеличить;
****** - уточняется при наличии данных о конфигурации и массогабаритных размерах изделий.

     Применяются для нагревания тяжеловесных изделий. Фирма "Корсар" предлагает модели колпаковых печей:

Модель 1: "Сейф" (Рис.8)

Модель 2: "Лысьва" (Рис.9)

Тупиковые печи полимеризации представлены моделью"Калининград" (Рис.10).

Рис.10

Основные технические характеристики колпаковых и тупиковых печей:

^* - данные предварительные

     Окрасочные участки, цеха серийного и массового производства по желанию заказчика могут быть оснащены:

·     печами полимеризации, позволяющими окрашивать широкую гамму изделий, включая длинномерные;

·     окрасочными камерами, тупиковыми и проходными;

·     окрасочными конвейерами;

·     системами очистки и осушки воздуха;

·     воздушными фильтрами - рекуператорами;

·     пневмопылесосами;

·     виброситами;

·     системами автоматической загрузки и выгрузки изделий из печи;

·     ручными и автоматическими электростатическими распылителями;

·     системами рециркуляции порошковой краски.

     На практике наибольшей популярностью пользуются небольшие и средние производственные участки порошковой окраски, в том числе:

1. Участок порошковой окраски с проходными камерами, с ручным перемещением изделий на тележках по подвесному монорельсу.

2. Механизированный участок порошковой окраски с проходными камерами, с ручным перемещением изделий на тележках по горизонтально замкнутому конвейеру.

3. Полуавтоматическая линия окраски с вертикально замкнутым конвейером, автоматическим перемещением и перевешиванием изделий с окрасочного конвейера на штанговый конвейер вертикальной печи.

Характеристики участков.

     Фирмой «Корсар» также разработаны  полностью укомплектованные автоматические линии, предназначенные для электростатического нанесения и термического формирования порошковых полимерных покрытий (Рис.11). Основной областью их применения является нанесение декоративно-защитных покрытий на металлические изделия бытового и промышленного назначения. Линии могут работать как в режиме автоматического конвейера, так и в режиме ручного нанесения покрытия. В ручном режиме возможна работа с остановками изделия в процессе нанесения покрытия на сложные формы, причем, задержки окрасочного участка конвейера не приводят к передержкам по временитермической обработки благодаря оригинальной конструкции конвейерной системы.

Рис.11

Линии представляют собой комплексы оборудования, сформированные из функциональных модулей, связанных общей транспортной системой. Управление автоматическое, организовано по принципу центрального диспетчера и связанных с ним локальных контроллеров технологических операций, выполняемых конкретным функциональным модулем. Предусмотрен отладочный режим (ручного управления), а также контроль и диагностика аварийных состояний.

Состав линии:

·        Модуль окрасочный (камеры и воздушные фильтры – рекуператоры порошковой краски);

·        Модуль формирования покрытия (печь полимеризации);

·        Модуль электростатического напыления;

·        Модуль автоматической циркуляции порошковой краски;

·        Транспортная система (конвейер);

·        Система управления линией.

     Каждая конкретная линия содержит набор модулей, типоразмеры которых выбираются исходя из требований Заказчика по габаритам, весу и особенностям формы окрашиваемых изделий, требуемой производительности, имеющегося производственного помещения и т.д.

Краткая характеристика модулей.

·        Окрасочный модуль формируется из проходных окрасочных камер требуемого типоразмера;

·        Модуль формирования покрытия представляет собой подходящий по типоразмеру вариант вертикальной конвейерной печи полимеризации, состыкованный с транспортной системой линии с помощью устройства автоматической загрузки и разгрузки;

·        Модуль электростатического напыления представляет собой стойку с несколькими автоматическими распылителями, установленными на ней на шарнирах и ориентированных так, чтобы суммарным факелом заряженного порошка охватить всё окрашиваемое изделие, со всех сторон.

·        Модуль автоматической циркуляции порошковой краски формируется из одного или нескольких рециркуляторов порошковой краски, нескольких эжекторных порошковых насосов (там же), которые служат для автоматического возврата неиспользованной краски из фильтров-рекуператоров в рециркуляторы и комплекта соединительных шлангов. Конкретная конфигурация определяется в каждом случае индивидуально.

·        Транспортная система представляет собой замкнутый подвесной конвейер, образованный двумя транспортерами продольных перемещений и двумя транспортерами поперечных перемещений транспортных тележек с изделиями. Технологические операции выполняются на продольных участках транспортнойсистемы.Транспортеры поперечных перемещений замыкают конвейерную систему, перенося тележки с изделиями между транспортерами продольных перемещений, расположенными на разных высотах, а также выполняют функции буферных накопителей. Длина тележек, длина секций продольного транспортера, ширина поперечного транспортера-накопителя, число его промежуточных позиций, высота подвешивания и пр. определяются при проектировании линии и при ее привязке к конкретному производственному помещению.

·        Система управления состоит из центрального устройства управления и связанных с ним устройств управления функциональными модулями. Конфигурация системы определяется при проектировании линии. Основой аппаратных средств СУ служат промышленные контроллеры европейского производства и программируемые контроллеры нашей собственной разработки. Разработка программного обеспечения выполняется нами. Окончательная его корректировка, с учетом пожеланий Заказчика, производится при пусконаладке линии.

Технические данные на некоторые изготовленные линии.

     Таким образом, фирмой «Корсар» разработан полный комплект технологического оборудования для осуществления процесса порошковой окраски от минимально необходимого набора оборудования до полностью укомплектованной автоматизированной линии для крупносерийного производства.

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

• Экономия на стоимости растворителей, которые в жидких красках играют роль лишь носителей для пленкообразующих веществ;
• Значительное сокращение времени отверждения покрытий вследствие больших скоростей пленкообразования из расплавов и вследствие того, что сушка однослойного порошкового покрытия производится один раз по сравнению с многократной сушкой в случае многослойных обычных покрытий;
• Исключение таких сложных операций, как контроль вязкости и доводка ее до нужной величины (порошковые краски поставляются исключительно в готовом виде), что обеспечивает как экономию, так и большую стабильность качества получаемых покрытий;

Сокращение производственных площадей за счет исключения воздушной подсушки (изделие, покрытое порошковой краской, может помещаться непосредственно в печь без выдержки на воздухе), малостадийной обработки и меньшей потребности в складских помещениях.

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

• Улучшение санитарно-гигиенических условий труда;
• Экономия расхода энергии на нагрев и вентиляцию за счет отсутствия затрат ее на испарение растворителей и удаление из печей;
• Меньшие потери порошковых красок (1-2%) в отличие от жидких лакокрасочных материалов (до 40%);
• Возможность легкого исправления дефектов покрытия перед сушкой, исключение сложной маркировки участков изделия, не подлежащих окраске (порошок легко удаляется кистью или сдувается потоком воздуха);
• Облегченная чистка распылительного оборудования, т.к. удалять порошок значительно проще, чем слои жидкой краски.

Новые потребительские свойства продукции

• Возможность расширения ассортимента связующих за счет использования пленкообразующих, не растворимых в растворителях, например, полиэтилена;
• Возможность получения толстых однослойных покрытий (за счет 100%-ного содержания сухого вещества) вместо более дорогих многослойных в случае жидких красок;
• Повышенные химическая стойкость и физико-механические показатели покрытий вследствие использования пленкообразующих с большим молекулярным весом;
• Меньше усадка и пористость пленки благодаря отсутствию испарения растворителей;
• Отсутствие отрицательного влияния не испарившихся из пленок растворителей на прочностные свойства покрытий;
• Исключение потеков на вертикальных поверхностях и сморщивания покрытий при сушке;
• Улучшенное качество покрытий на углах и краях изделий, благодаря нанесению более толстых слоев краски на эти участки;
• Вследствие большой прочности порошковых покрытий сведение к минимуму повреждений окрашенных изделий при их транспортировке, а следовательно уменьшение затрат на упаковку.

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

Продукция соответствует государственным стандартам.

Стадия и уровень разработки

Освоен серийный выпуск технологического оборудования собственной разработки.

Предлагаемые инвестиции

Сведения отстуствуют

Рынки сбыта

Оборудование для электростатической порошковой окраски поставляется практически во все страны СНГ и в Прибалтику.
Линии и участки порошковой окраски успешно эксплуатируются в Москве, Петербурге, Рязани, Перми, Серпухове, Калуге, Йошкар-Оле, Пензе, Бресте, Смоленске и т.д.

Возможность и эффективность импортозамещения

Предлагаемая в проекте технология не имеет аналогов на мировом рынке аналогичной продукции и услуг.

Возможность выхода на мировой рынок

Срок окупаемости (в месяцах)

Сведения отсутствуют

Дата поступления материала

24.10.2006