Порошковые покрытия пластиков: тенденции и инновации

В области нанесения порошковых покрытий на пластики появляются новые технологии. И стремление игроков к их разработке и внедрению вполне обосновано. Нанесение порошкового покрытия дает целый ряд преимуществ, включая гибкость проектирования, возможность регенерации и утилизации для повторного использования материала…

При рассмотрении проблем, связанных с  покрытиями для пластиков, возникает очевидный вопрос. Зачем все это? Просто используя окрашенную смолу, мы можем получить окраску в процессе формования, причем поверхность будет устойчивой к образованию царапин и отпадет необходимость наносить поверхностное покрытие. Здесь возможны два ответа. С одной стороны, при производстве толстых и крупных деталей более экономно наносить окраску только на ту внешнюю часть, на которой она необходима, вместо того, чтобы окрашивать деталь на всю толщину. С другой стороны, это дает возможность более точного подбора цветов. Наверное, все когда-либо сталкивались со сборными деталями из металла и пластмассы, которые недостаточно хорошо соответствовали друг другу по цвету, а со временем пластмасса выцветала, и несоответствие цветов становилось от этого еще более заметным.

Этот ободок пластмассовой рамы для дверцы стирально-сушильной машины передней загрузки имеет порошковое покрытие цвета красный металлик от Alliance Surface Finishing.

Традиционно для тех, кто выбирал для себя нанесения покрытия для окрашивания пластмассовых деталей, существовал только один вариант: жидкие покрытия. Стремление использовать нанесение порошкового покрытия существовало, но всегда было несбыточной мечтой. Даже несмотря на то, что нанесение порошкового покрытия на металлы является хорошо зарекомендовавшей себя технологией, применение этого подхода к обработке пластмасс тормозит очевидность проблем, которые будут при этом возникать.
Эти препятствия постепенно начинают устраняться, хотя и очень медленно. По сравнению с объемами общего рынка порошковых покрытий, использование этой чистой и рентабельной технологии для нанесения покрытия на пластмассовые детали оценивается всего в 1% от общего объема рынка. Но использование данной технологии продолжает расширяться благодаря новым решениям застарелых проблем. Производители покрытий и поставщики материалов разрабатывают новые способы нанесения порошковых покрытий на пластмассу, и у них есть все основания для этого. Нанесение порошкового покрытия дает целый ряд преимуществ, включая гибкость проектирования, возможность регенерации и утилизации для повторного использования материала, а также общие экологические преимущества.
Порошковые покрытия также обеспечивают создание жесткого, долговечного и привлекательного поверхностного покрытия для детали. Конструкторы могут выбирать из широкого диапазона порошковых покрытий, которые производятся с самыми различными цветами, текстурами и степенями глянцевости. Кроме того, возможность нанесения порошкового покрытия и на пластмассовые, и на металлические детали позволяет обеспечивать единообразие поверхностного покрытия. Это важно для применений, где используется множество подложек, поскольку это позволяет создавать соответствие цветов и текстур металлических и пластмассовых деталей, которые используются для изготовления одного и того же устройства.
Alliance Surface Finishing может наносить покрытие на пластмассовые детали, используя целый ряд цветов, включая металлик ASF, синий, серебряный и красный.
По словам Роберта Ланглуа, Президента и Генерального Директора компании Alliance Surface Finishing (ASF) с головным офисом в Торонто, такая способность достигать гармоничного единства цветов является, возможно, самым большим преимуществом, которое можно получить при использовании нанесения порошкового покрытия на пластмассу. Эта компания является одним из самых успешных производителей порошковых покрытий, наносимых на поверхность пластмасс.

Alliance Surface Finishing может наносить покрытие на пластмассовые детали, используя целый ряд цветов, включая металлик ASF, синий, серебряный и красный.

"Например, обычно у устройства есть пластмассовые поверхности и поверхности из металла", - говорит он. - "На большинство металлических поверхностей уже нанесено порошковое покрытие. Если нанести жидкое покрытие на пластмассовые детали, то будет очень трудно точно воспроизвести цвет, в который окрашены металлические детали". Также порошковое покрытие безвредно для окружающей среды. Такие материалы не содержат опасных загрязнителей воздуха (НАР) или летучих органических веществ (VOC); и HAP, и VOC оказывают вредное воздействие на здоровье людей и животных и на окружающую среду. В отличие от них, жидкие покрытия обычно содержат растворители, которые выделяют и НАР, и VOC при нанесении поверхностного покрытия, а такие выбросы должны контролироваться и собираться. Кроме того, жидкие материалы, наносимые напылением, создают отходы, которые не могут утилизироваться для повторного использования. Порошковые же покрытия, напротив, могут быть восстановлены и утилизированы.
Различия между двумя технологиями наиболее очевидны при установке новой линии для нанесения поверхностного покрытия. По словам Ричарда Петерса, руководителя подразделения вспомогательных операций компании GE Plastics, Питтсфилд, Массачусетс, линии, использующие жидкие красители, могут стоить более чем в десять раз больше, чем системы нанесения порошковых покрытий. "Необходимые для реализации этих двух технологий виды инфраструктуры коренным образом отличаются друг от друга", - говорит он.

Решение проблем
Тем не менее, несмотря на эти преимущества, у пластмасс с порошковым покрытием имеются и свои недостатки. При использовании традиционного порошкового покрытия тонко измельченный сухой и твердый порошковый материал притягивается и электростатически удерживается металлической деталью, которая обладает электрической проводимостью. Кроме того, после нанесения деталь направляется в вулканизационную печь. В условиях высокой температуры печи порошковое покрытие сначала плавится, превращаясь в жидкий слой для равномерного распространения по поверхности. Затем оно инициирует процесс химического сшивания, в ходе которого происходит отверждение и придание твердости жидкому слою, который превращается в твердую пленку.

На пластмассовую ручку холодильника наносят порошковое покрытие с помощью исследовательской и опытно-испытательной установки компании Alliance Surface Finishing.

Вот здесь и возникают две проблемы. Традиционные термопластические пластмассы не обладают проводимостью, и, по своей природе, склонны к деформации и короблению под воздействием высокой температуры.
Первую проблему можно решить, если придать пластмассе проводимость, используя один из двух методов. Первый предполагает включение проводящих наполнителей в полимерный материал до формования детали. Другим методом является предварительная обработка формованной детали до нанесения покрытия. Вторую проблему можно решить, используя полимеры с высокой термостойкостью, даже если они и стоят дороже.
В составе жидких поверхностных покрытий материалы покрытия отверждаются при температуре около 82°С, а этого недостаточно для применения с порошковым покрытием. Эндрю Корзен, менеджер по продукции по Северной Америке компании GE Plastics, говорит, что: "в большинстве случаев, порошковые покрытия отверждаются при температуре от 182 до 193°С. Немного найдется рентабельных пластмасс, которые могут выдерживать такие температуры и продолжать обладать хорошими физическими свойствами".
Хотя высокотемпературные пластмассовые материалы, такие как нейлон, могут помочь решить проблему коробления, следует также принимать во внимание дополнительные затраты на материал. Ланглуа говорит, что предоплатные затраты на материал выше, но эти затраты окупаются за счет меньших затрат, связанных с соблюдением экологического законодательства, а также за счет получения более качественного поверхностного покрытия.
На предприятиях ASF, система компании Alliance Powder System используется для нанесения покрытия на миллионы пластмассовых деталей в месяц. Эти детали используются при производстве бытовых приборов, автомобилей, а также мебели для офиса.
Работая в сотрудничестве со своими стратегическими партнерами (Nordson, поставщик оборудования для нанесения покрытий из Вестлейка, Огайо; PPG, поставщик порошковых покрытий из Питтсбурга; и BASF, поставщик нейлоновых материалов), компания ASF смогла разработать технологию нанесения пластмассовых порошковых покрытий в течение двух лет.
Технологии ASF не основаны на использовании от природы проводящих пластмасс. Вместо этого, компания осуществляет предварительную обработку поверхности подложки так, чтобы она воспринимала специально созданные рецептуры покрытий. Не разглашая деталей, Ланглуа сообщает, что процесс аналогичен процедуре, которая используется при нанесении покрытия на пластмассу методом химического восстановления.

Он также сообщает о пластмассовых материалах, разработанных BASF, которые могут выдерживать температуры, которых достигают в процессе отверждения. Для того чтобы добиться отверждения порошков, необходимо, чтобы температура достигала до 190°С. "При таком уровне", - говорит Ланглуа, - "обычная подложка из PC/ABS расплавилась бы".

Разрабатывая технологию, Ланглуа не стремился "заново изобретать" какие-либо материалы. Поскольку одним из первых применений было использование в автомобильной промышленности, он хотел пользоваться технологией, которая уже была опробована на рынке, и уже была признана соответствующей стандартам автомобильной отрасли.
В компании ASF, наиболее широко используемыми материалами являются нейлоны (6, 66, стеклонаполненные и наполненные неорганическим веществом) благодаря их высокой термостойкости. Но в компании используют также нанесение покрытий и на другие пластмассовые материалы, включая полиэтилентерефталат (PET), PCT, и другие конструкционные термопласты, а также термоотверждающиеся материалы, такие как SMC/BMC.
Помимо пластмасс компания также может наносить покрытия на алюминий, нержавеющую сталь и прочие металлы, а также сплавы, полученные литьем под давлением. При работе с применениями, в которых используется множество подложек, компания может наносить покрытие на всю группу компонентов с использованием порошка одного и того же цвета и текстуры для обеспечения получения однородного поверхностного покрытия на всей сборке.
Используя порошковые материалы PPG, компания ASF может использовать более 400 различных цветов, текстур и специальных эффектов. Поль Олейничак, директор по продажам в Северной Америке компании PPG Industrial Powder Coatings, говорит, что PPG начала сотрудничать с Alliance Surface Finishing четыре с половиной года тому назад. PPG должна была усовершенствовать имевшуюся у нее технологию, чтобы обеспечить ее соответствие требованиям, которые компания ASF предъявляет к внешнему виду, гладкости и цвету поверхности.
Олейничак рассказывает, что компании пришлось решить несколько проблем при разработке порошкового материала для нанесения на пластмассу. "Основной проблемой, с которой нам пришлось справиться, было получение внешнего вида, которого люди ожидают от металлической подложки, но так, чтобы это выглядело так, поверх пластмассы". – говорит он. "В частности, проблему представляло преодоление дефектов поверхностного покрытия, привнесение индивидуальности во внешний вид и придание блеска".
Рецептуры порошковых материалов, которые используют в BASF, могут придавать внешний вид разнообразных материалов, включая и металлический, хромированный вид. Получение такого внешнего вида с помощью порошкового покрытия, является очень большим преимуществом по сравнению с настоящим электролитическим хромированием. По словам Ланглуа, нанесение электроосажденного шестивалентного хрома (доминирующий в отрасли и по-прежнему успешный метод электролитического хромирования) связано с экологическими проблемами: этот материал является одним из материалов, использование которых ограничено Директивой для стран Европейского Сообщества RoHS. Технология компании CRT (или программа разработки технологии замены хрома), использует материалы из смеси полиамида (PA) и полиимида, которые подвергаются предварительной обработке и нанесению по технологии компании для создания необходимого хромированного вида.

Новые проводящие материалы
Хотя компания ASF использует предварительную обработку подложки для того, чтобы придать пластмассовой детали проводимость, другим методом является использование деталей, которые формуются из проводящего полимера. Материал делается проводимым за счет включения в его состав проводящих наполнителей. Одним из поставщиков таких материалов является компания GE Plastics, Питтсфилд, Массачусетс.
GE Plastics разработала специальную смолу для применений с порошковым напылением. Ее проводящие смолы Noryl GTX представляют собой смесь PA с модифицированным полифениленэфиром (MPPE). Она армируется набором проводящих наполнителей для обеспечения электростатической адгезии порошкового покрытия. Питерс из компании GE Plastics говорит, что полифениленэфир имеет температуру перехода в стеклообразное состояние, или термостойкость примерно 213°С при добавлении в высокотемпературный полиамид. В сочетаниях с другими материалами этот материал способен выдерживать температуры отверждения стандартных систем порошкового напыления.

http://www.newchemistry.ru