Порошковые краски для композитных материалов

Достижения в области технологии нанесения порошковых покрытий делают его эффективным средством для обработки поверхностей во все большем числе применений композитных материалов.

Композитные материалы находят все большее применение в различных областях - от аэрокосмической промышленности и автомобилестроения до спортивных товаров и не только. Однако добиться идеальной отделки композитных материалов может быть непросто. Порошковая окраска — процесс отделки, традиционно применяемый для металлов, в настоящее время набирает популярность и для неметаллических подложек.

Порошковое покрытие предполагает нанесение сухого порошка на подложку с помощью электростатического метода нанесения. Затем покрытая деталь отверждается под воздействием тепла, образуя прочное, защитное и эстетически привлекательное покрытие. Этот процесс обладает многочисленными преимуществами, включая однородную отделку, повышенную устойчивость к сколам и царапинам, а также экологические преимущества благодаря отсутствию опасных загрязнителей воздуха (HAP) и летучих органических соединений (ЛОС).

Несмотря на все преимущества порошкового покрытия, есть несколько важных соображений, связанных с его использованием в качестве финишного покрытия для композитов. Одним из основных соображений является термочувствительность подложек. Традиционные процессы нанесения порошковых покрытий требуют отверждения при высоких температурах, обычно 150-200°C. Однако многие композитные материалы могут не выдерживать таких температур без разрушения или деформации.

Для решения этой проблемы были разработаны низкотемпературные порошковые покрытия. Эти покрытия отверждаются при значительно более низких температурах, около 120-150°C, что делает их пригодными для нанесения на чувствительные к температуре поверхности. К дополнительным низкотемпературным решениям относятся порошковые покрытия, в которых для процесса отверждения используется ультрафиолетовое излучение, что позволяет еще меньше подвергать термочувствительные материалы воздействию тепла.

Keyland Polymer

Одной из компаний, стоящих на переднем крае этих инноваций, является Keyland Polymer (Кливленд, штат Огайо, США), известная своими разработками в области порошковых покрытий, отверждаемых УФ-излучением. История компании Keyland тесно связана с ее дочерней компанией DVUV (Кливленд), которая, как сообщается, представила первую в Северной Америке линию порошковых покрытий, отверждаемых ультрафиолетовым излучением.

Первоначально компания DVUV была сосредоточена на нанесении порошковых покрытий на древесноволокнистые плиты средней плотности (МДФ), но быстро осознала потенциал отверждаемых УФ-излучением порошковых покрытий, выходящих за рамки традиционных подложек. Это привело к созданию в 2006 году компании Keyland Polymer, целью которой было совершенствование технологии нанесения порошковых покрытий, отверждаемых УФ-излучением, путем непрерывных исследований и разработок (R&D).

Основной продукт Keyland, UVMax®, стал синонимом высококачественных порошковых покрытий, отверждаемых УФ-излучением. С годами компания расширила свой опыт, включив в него покрытия для металлов, пластмасс и композиционных материалов, включая материалы из углеродного волокна. Такая диверсификация позволила компании Keyland стать лидером в нанесении покрытий на термочувствительные и непроводящие поверхности, с которыми традиционные порошковые покрытия справляются с трудом.

“Порошковое покрытие обеспечивает очень декоративное и функциональное покрытие в один слой, обеспечивая огромную эффективность по сравнению с другими технологиями”, - говорит Эндрю Уолтон, менеджер по развитию бизнеса Keyland Polymer. “Большая часть научно-исследовательских работ, которые мы все еще продолжаем проводить, касается тех непроводящих термочувствительных поверхностей, на которые традиционно нельзя наносить порошковое покрытие, - деталей, которые традиционно покрываются влажной краской.

Мы действительно рады возможности нанесения покрытий на эти материалы, потому что мы можем придать подложкам свойства порошковой краски, с которыми вы традиционно этого сделать не могли, обеспечивая высокую эффективность переноса и очень долговечное покрытие”.

Термостойкость - это процентное соотношение покрытия или краски, которая прилипает к поверхности, по сравнению с количеством использованного материала. Благодаря использованию электростатических распылителей для нанесения материала на подложку порошковое покрытие обладает высокой термостойкостью.

Порошковые УФ-покрытия Keyland Polymer

Порошковые УФ-покрытия Keyland Polymer находят применение в различных отраслях промышленности, включая оборудование для спорта и отдыха, аэрокосмическую промышленность и автомобилестроение. Например, в спортивной индустрии покрытия обеспечивают повышенную прочность и эксплуатационные характеристики таких изделий, как велосипеды, теннисные ракетки и клюшки для гольфа. В аэрокосмическом и автомобильном секторах компания работает над научно-исследовательскими проектами, направленными на изучение возможностей использования своих покрытий для внутренних деталей, а также функциональных покрытий, обладающих особыми эксплуатационными характеристиками.

Уолтон говорит, что собственные производственные мощности компании позволяют подбирать составы смол в соответствии с уникальными потребностями различных областей применения. Такая гибкость позволила компании Keyland разрабатывать покрытия с высокой химической стойкостью, устойчивостью к выцветанию под воздействием ультрафиолетового излучения и другими специализированными свойствами.

Помимо риска деформации или разрушения композитных или пластмассовых деталей, чрезмерное нагревание в процессе отверждения может повлиять на механические свойства композитов, такие как предел прочности при растяжении и эластичность.
Порошковые покрытия УФ-отверждения особенно полезны для нанесения на такие материалы, поскольку они мгновенно отверждаются под воздействием ультрафиолетового излучения, что помогает снизить риск изменения свойств материала. Используя УФ-излучение для отверждения покрытия, можно добиться прочного и высококачественного покрытия без повреждения основы.

Менеджер по маркетингу Keyland Polymer Ребекка Лончак (Rebecca Lonczak) объясняет: “Наш стандартный состав для УФ-отверждения отверждается намного быстрее, чем любое
другое низкотемпературное или традиционное термореактивное порошковое покрытие. Для деталей с более низкими температурными порогами порошковое покрытие УФ-отверждения является идеальным решением”.

Лончак отмечает, что оборудование для нанесения УФ-порошковых покрытий аналогично традиционным порошковым покрытиям, но ключевым отличием является включение фотоинициатора в состав порошка и необходимость использования ультрафиолетового излучения для завершения процесса отверждения.

Нанесение УФ-порошковых покрытий требует особого оборудования и технологических особенностей. “Порошок и система идут рука об руку”, - говорит Уолтон.

Процесс включает в себя два отдельных этапа: плавление и отверждение. Чтобы порошок вытек, его необходимо нагреть, что может быть достигнуто с помощью различных источников тепла, включая конвекцию и инфракрасное излучение. Как только порошок вытечет и достигнет повышенной температуры, его необходимо подвергнуть воздействию ультрафиолетового излучения для отверждения и сшивания.

Компания Keyland Polymer постоянно расширяет границы применения технологии нанесения порошковых УФ-покрытий. Компания активно изучает
способы еще большего снижения температуры отверждения, и в некоторых проектах температура отверждения достигает 100°C. Такие достижения открывают новые возможности для нанесения покрытий на термочувствительные поверхности и помогают расширить область применения УФ-порошковых покрытий.

Поскольку спрос на легкие и высокоэффективные материалы продолжает расти, разработка и усовершенствование процессов нанесения порошковых покрытий на композитные материалы могут сыграть важную роль в продвижении различных областей применения. Уолтон говорит, что такие области применения, как электромобили, накопители энергии и исследования и разработки в аэрокосмической отрасли, особенно в области усовершенствованной аэромобильности (AAM), стимулируют интерес к использованию порошковых покрытий по-новому. “Мы определенно наблюдаем рост запросов на функциональные покрытия, а не на декоративные”.

Порошковое покрытие может многое предложить в качестве варианта отделки, поскольку оно сочетает в себе долговечность, защиту, эстетику и экологические преимущества. Благодаря технологическим достижениям, решающим проблемы термочувствительности подложек и другие проблемы, связанные с использованием материала, порошковое покрытие будет играть все более важную роль в применении композитов.