Vytvrzování (polymerizace) práškových polymerních povlaků by měla být prováděna co nejracionálněji, aniž by byla ohrožena kvalita výsledného povlaku (PC), který je stále citlivý na vnější vlivy.
Polymerační reakce polymerní práškové lakování probíhá v závislosti na složení, podle zákonů kinetiky, při určité teplotě a čase v polymerační peci. Při zasychání za horka je třeba celou vrstvu práškové barvy co nejrychleji zahřát na požadovanou teplotu při jejím rovnoměrném rozložení ve vytvrzené vrstvě. Jen za takových podmínek může tavenina práškové barvy dosáhnout minimální viskozity bez zhoršení roztíratelnosti v důsledku probíhající polymerační reakce. Při pomalém zahřívání přes tloušťku vrstvy práškové barvy začíná proces polymerace ještě dříve, než se dostatečně rozprostře po povrchu produktu, což má za následek nerovný vytvrzený povrch. Obvykle je teplota sušení za horka pro práškové barvy 110 – 250 °C a doba výdrže je 5 – 30 minut. Tvar a tloušťka lakovaných výrobků má určitý vliv na proces vytvrzování-polymerace. Doba zdržení v peci se obvykle týká doby, během které produkt zůstává v aktivní zóně polymerační pece. Dělí se na doby ohřevu a výdrže. Teplota sušení za horka a potřebná doba výdrže jsou dány typem práškového nátěrového materiálu a doba ohřevu je dána tloušťkou podkladového materiálu a konstrukčním tvarem topné zóny. Konstantní teplota sušení za horka a regulace teploty během procesu ohřevu zajišťují povlak s rovnoměrným leskem a zabraňují přehřátí práškového polymeru.
Konstrukční typy sušicích komor
Podle druhu náplně se sušičky dělí na komorové a průběžné. Tělesa sušiček se obvykle skládají z dvoustěnných plechových kazet s izolačním materiálem mezi nimi. Jednotlivé kazety k sobě musí ve spojích těsně přiléhat, proto je nezbytná pečlivá instalace s použitím vhodné těsnicí hmoty. Současně je třeba se vyhnout použití silikonových tmelů v oblasti práškového lakování, protože jejich zbytky vedou k tvorbě defektů (kráterů).
Konstrukce sušiček by měla být vždy taková, aby mezi jejich vnějším a vnitřním obložením vznikalo co nejméně „tepelných mostů“. Počínaje určitými délkami a teplotními rozsahy musí být zajištěny speciální spoje, které berou v úvahu roztažnost materiálu a jsou dostatečné pro vyrovnání kolísání délky vnitřního a vnějšího pláště trupu. Kromě toho je nutné zajistit úplnou těsnost všech vzduchových potrubí a vzduchových kanálů. Ventilátory musí být ke skříni připojeny tak, aby se nepřenášely vibrace, které by narušovaly provoz.
Komorové sušárny jsou nejjednodušší konstrukce polymeračních pecí a jsou plněny v dávkovém režimu. Tyto sušičky se používají při nízkém výkonu a/nebo za výrazně se měnících podmínek sušení za horka, například když jsou vyžadovány různé doby sušení pro lakované výrobky různých tloušťek nebo když se používají různé teploty sušení při použití různých práškových nátěrů.
Velkou nevýhodou těchto pecí je nakládání produktů v samostatných dávkách. Když jsou dvířka sušičky otevřena pro nakládání nebo vyjímání, teplota v troubě znatelně klesá a dosažení požadované teploty trvá určitou dobu. Pro optimální polymeraci a dobré roztírání nátěrů po povrchu je však nutné dosáhnout požadované teploty produktu v co nejkratším čase.
Kontinuální sušárny v hromadné výrobě jsou nakládány v průtokovém režimu – kontinuálně nebo periodicky, ve většině případů pomocí transportních jednotek. U tohoto typu sušičky jsou vstupní a výstupní otvory umístěny na opačných stranách. Je možné reverzibilní uspořádání, ve kterém je dopravní systém navržen tak, že výrobky jednou nebo vícekrát změní směr svého pohybu.
Kontinuální sušičky a reverzibilní sušičky jsou nyní vybaveny tzv. A-gatemi, což jsou zóny určené k zamezení tepelných ztrát na vstupních a výstupních otvorech sušičky pomocí vzestupných nebo sestupných sekcí dopravního systému uvnitř sušičky. V tomto případě jsou vstup a výstup umístěny na stejné úrovni, pod spodní částí sušičky. Pokud instalace funguje v dávkovém režimu, může být sušička vybavena posuvnými nebo zvedacími dveřmi, aby se zabránilo tepelným ztrátám. Toto provedení se používá především pro velké velikosti lakovaných výrobků a nižší průchodnost. V tomto případě se plocha, na které je pec umístěna, zvětšuje o množství, které zabírá zvedací sekce dopravníkového systému, která je tím kratší, čím strměji může dopravník stoupat, s ohledem na způsob zavěšení natřených výrobků. Dostatečná vzdálenost mezi dvěma obrobky je 100 mm, minimální je 80 mm.
Při nedostatku výrobních prostor není často možné realizovat návrh zahrnující A-bránu se zcela odpovídající sekcí dopravníkového systému. Kompromisu je v tomto případě dosaženo vytvořením výřezu v koncové stěně pro dopravník a závěs a zespodu vstupují do pece pouze širší lakované výrobky. Ztráty v oblasti užšího výřezu lze snížit instalací ochranných prvků z elastického materiálu.
Žlabové sušárny jsou zařízení, jejichž konstrukce umožňuje svislé plnění shora v periodickém režimu. Nadměrným tepelným ztrátám je zabráněno pomocí výklopných dveří. Žlabové sušičky se často používají v ponorných instalacích s vanami vybavenými mobilními zvedacími a přepravními systémy. Používají se také při přepravě velkorozměrových lakovatelných výrobků podél ponorného zařízení pomocí automatických nakládacích strojů (mobilní zvedací a přepravní systémy). Teplota v peci se udržuje umístěním víka s věšáky, na které se zavěšuje zpracovávaný výrobek, a pokud věšáky nejsou, pomocí odklápěcího nebo pohyblivého víka.
Kombinovaná sušička nebo bloková sušička. Protože produkty jsou obvykle před nanášením práškových nátěrů podrobeny chemické předúpravě, většina aplikačních zařízení vyžaduje kromě polymerační pece také sušící komoru k odstranění vody. Kombinace těchto jednotek umožňuje určité úspory díky přítomnosti společné dělicí stěny pro každou pec a absenci přenosových ztrát vnější stěnou. Kromě toho může být odpadní vzduch z polymerační pece smíchán se vzduchem ze sušicí komory a odtud odváděn ven jako odpadní vzduch. Není tedy potřeba potrubí pro odvádění odpadního vzduchu a je možné rekuperovat energii v souladu s teplotním rozdílem mezi polymerační pecí a sušičkou na odstraňování vody. ve většině případů tvaru U, takže délka korpusu je u blokového sušáku nejčastěji přibližně stejná.
Podle charakteru přenosu tepla se sušení rozlišuje konvekcí nebo různými druhy ozařování. Konvekční nebo cirkulační sušení se provádí pohybem proudu ohřátého vzduchu na produkty a na jejich povrchu dochází k intenzivní výměně tepla. Ohřátý vzduch se ochlazuje a přenáší tepelnou energii na lakovaný výrobek. Současně se zvyšuje teplota produktu a zahřívá se nátěr.
K ohřevu vzduchu v cirkulačních sušičkách lze použít všechny známé zdroje energie. V praxi se nejčastěji používá motorová nafta, zemní plyn, elektřina, oleje, horká voda a pára. Zdroj energie se vybírá na základě ekonomických nebo specifických hledisek závodu a také teploty potřebné pro sušení.
Rozlišuje se přímý a nepřímý ohřev. V nepřímo vyhřívaných sušičkách se energie přenáší do cirkulujícího vzduchu pomocí výměníků tepla. U přímo vyhřívaných zařízení se sušící médium ohřívá přiváděním ohřátých plynů vznikajících při spalování zemního plynu nebo kotlového paliva.
Přímý ohřev je výhodnější z hlediska úspory energie, ale lze jej použít pouze v případech, kdy čistota spalin vylučuje možnost kontaminace lakovaného povrchu, protože jinak dochází ke žloutnutí povlaku nebo vnášení částic sazí v důsledku neúplného může dojít ke spalování. Pokud jsou kladeny zvlášť vysoké požadavky na kvalitu výsledného nátěru, je možné filtrovat jak cirkulační, tak čerstvý vzduch sušárny, aby byl dosud nevytvrzený nátěr spolehlivě chráněn před znečištěním. K cirkulaci horkého vzduchu se používají ventilátory, obvykle radiálního typu. Konvekční sušičky obvykle pracují s rychlostí cirkulace vzduchu 1-2 m/s. V některých případech má i přes vysokou spotřebu energie smysl výrazně zvýšit výkon ventilátorů, které cirkulují vzduch. V praxi se obvykle volí rychlosti do 25 m/s.
Nejdůležitější výhodou cirkulační sušičky je její univerzální použití v široké škále výrobních programů. To vysvětluje jejich vysokou prevalenci. Díly s různými geometrickými parametry a se stejným poměrem hmoty k povrchu dosahují stejné rychlosti ohřevu. Proto výrobky různých velikostí a tvarů, ale stejné tloušťky, lze sušit při stejné teplotě, tzn. zároveň. K vyrovnání teplot dochází i při zpracování dávek velkých výrobků různých tvarů. Navíc se díky stejným teplotním podmínkám snižuje riziko „vypálení“ povlaku na minimum, tzn. poškození v důsledku přehřátí u některých produktů. Vzhledem k malému rozdílu mezi teplotou prostředí a zpracovávaným výrobkem nevedou zpravidla ani poruchy v práci se zastavením dopravníku k výrobním vadám. Je však nutné dbát na soulad teploty a doby výdrže s pokyny výrobců, protože překročení těchto parametrů může vést ke změně barvy. V případě přerušení a dočasného zastavení výroby musí být přijata vhodná opatření ke snížení teploty pece a/nebo odstranění předmětů, které mají být natřeny.
Infračervené sušení využívá další způsob přenosu energie k vytvrzování nátěrů. Intenzita infračerveného záření závisí na rozsahu vlnových délek a teplotě zářiče. Existuje dlouho-, středně-, krátko- a ultrakrátkovlnné záření. Vztah mezi vlnovou délkou a teplotou infračerveného záření je uveden v stůl.
Někdy se místo vlnové délky odhaduje teplota termoradiační stěny. V tomto případě se rozlišují tmavé a světlé zářiče. Takzvané „temné zářiče“ zhruba odpovídají nižšímu rozsahu dlouhých vlnových délek. Tyto zářiče jsou kanálky z černého cínu, ve kterých cirkulují spaliny o teplotě 300 – 400°C a obecně se používají v případech, kdy je k dispozici odpadní teplo vhodné teploty, například v tepelně čištěných sušárnách karoserií odpadního vzduchu. Díky své velké hmotnosti jsou tyto zářiče při regulaci velmi setrvačné. Navíc vzhledem k velké ploše výměníků tepla jsou tepelné ztráty v důsledku konvekce velmi velké, což vede k výraznému ohřevu vzduchu.
Elektrické zářiče se obvykle používají v rozsahu středních, krátkých a ultrakrátkých vln. Poskytují přesnější kontrolu povrchové teploty lakovaných výrobků.
IR paprsky, v závislosti na vlastnostech ozařovaného povrchu, mohou být absorbovány nebo odraženy. Světlé hladké povrchy, jako když jsou vystaveny světelným paprskům, odrážejí více záření ve srovnání s drsnými a tmavými povrchy. Neodražená část záření se přeměňuje na teplo, což vede ke zvýšení teploty výrobků a ohřevu povlakové vrstvy i zevnitř. Výhoda IR sušení spočívá také ve schopnosti přenést velké množství energie ve velmi krátkém časovém úseku. To umožňuje rychle připravit sušičku k práci, rychle nahřát lakované výrobky a také výrazně ušetřit pracovní prostor díky kratší dráze pohybu výrobků během procesu sušení.
Tyto výhody lze plně využít při sušení výrobků s hladkými tenkými stěnami. Výrobky složitějších tvarů a různých tlouštěk mají různé rychlosti ohřevu. Vzhledem k tomu, že při vyšší teplotě emitoru dochází k zahřívání rychleji, může se počítač na určitých místech velmi rychle přehřát. Tomu se lze vyhnout použitím drahých technických řešení, která zahrnují dodatečnou regulaci nebo výrazné zvýšení cirkulace vzduchu, což neguje všechny výhody termoradiačního sušení Nejběžnějším typem jsou středovlnné infračervené zářiče (IRM zářiče). Vyznačují se robustní konstrukcí a dlouhou životností. Jejich nevýhodou je relativně pomalé zahřívání: dosažení plného výkonu trvá asi 2 minuty Krátkovlnné elektrické IR zářiče jsou při regulaci lepší než zářiče IRM, ale mají mnohem kratší životnost. Plynové IR zářiče spojují výhody termoradiačního vytápění s levným chladivem.
Důležitým prvkem konvekčního vytápění jsou vzduchové kanály, protože v termoradiačních sušárnách je vzduch nutně ohříván. Aby se zabránilo přehřátí a dosáhlo se rovnoměrného rozložení tepla, zajišťují termoradiační pece cirkulaci vzduchu uvnitř pece a odvod odpadního vzduchu. Při použití IR a plynových zářičů můžete navíc použít vodní chlazení, abyste předešli přehřátí. U plynových radiátorů je navíc nutné zajistit odvod zplodin hoření pomocí ventilátorů nebo v kombinaci s blízkou sušičkou s cirkulací vzduchu.
Speciální metody vytvrzování. U jiných metod urychleného vytvrzování, jako je sušení UV nebo elektronickým tepelným zářením, záření neslouží k zahřívání, ale jako katalyzátor polymerace filmotvorné látky. Vysokofrekvenční sušení (zahřívání produktů pomocí indukční nebo kapacitní reaktance ve vysokofrekvenčním poli) je také speciální metoda vytvrzování, při které lze k povlakování kovů použít pouze indukční sušení. V některých případech se používá k potahování trubek, drátů a balicích pásek.
Indukční ohřev spočívá v umístění produktu do magnetického pole a jeho ohřevu pomocí vířivých proudů generovaných uvnitř. V důsledku toho se teplo vytváří přímo uvnitř produktu. Sušení povlaku tedy vždy nastává zevnitř ven, a ne zvenku dovnitř, jako u jiných metod.
Indukční ohřev je vhodný pro všechny způsoby sušení, včetně barev obsahujících rozpouštědla. Indukční sušení výrazně zlepšuje přilnavost nátěru. Podle jednoho výrobce je navíc možné poměrně rychlé zahřátí: v některých případech během několika sekund. Je také možné sušit výrobky velkých rozměrů, protože přeměna energie probíhá v závislosti na volbě frekvence pouze na povrchu, tzn. přesně tam, kde je potřeba ohřev Indukční cívka používaná k ohřevu je ve většině případů kruhová nebo lineární induktor zvolená v souladu s obrobkem. Díky vhodné konstrukci indukčních cívek je také možné ohřívat pouze jednotlivé oblasti obrobku.
Podmínkou pro použití indukčního sušení je určitá geometrie výrobků, která přispívá k rovnoměrnému rozložení příchozího proudu, který zajišťuje stejnou teplotu. Ideální pro tento typ sušení jsou trubky, tyče nebo šrouby. V automobilovém průmyslu se tento způsob používá i pro sušení laku na hnacích hřídelích, brzdových kotoučích, spojkových pedálech nebo ložiscích kol.Indukční ohřev lze kombinovat s tradičními způsoby sušení. Například předehřívání může být provedeno indukcí a další vytvrzování konvekcí nebo ozařováním. Tímto způsobem lze velmi rychle dosáhnout teplot těsně pod maximální úroveň, čímž se celý proces sušení výrazně zkrátí.
Mikrovlnné sušení je zcela nová metoda, která zahřívá povlak zevnitř ven. Vysokofrekvenční elektromagnetické vlny pronikají nátěrovým filmem a zahřívají podklad. V tomto případě je tedy zabráněno počátečnímu vytvrzení filmu na povrchu, ke kterému dochází při konvekčním sušení. Vlnové délky používané při mikrovlnném sušení se pohybují od 1 mm do 15 cm.Vytvářejí se v trubici s magnetickým polem (magnetron) s frekvenčním rozsahem 2,45 GHz. Vzhledem k tomu, že mikrovlnné sušení je intenzivní a poskytuje velmi rychlé výsledky, je možné vytvářet kratší instalace než tradiční procesy, a tím snížit celkové náklady na sušení. Je třeba také vzít v úvahu, že taková zařízení vyžadují zvláštní povolení k použití. Termoreakční sušení zahrnuje použití termoreaktorů. Tato metoda je vhodná pro práškové i tekuté laky. Termoreaktory jsou katalytické IR zářiče, které produkují tepelné záření o vlnových délkách v rozsahu IR. Vzhledem k tomu, že emisní spektrum je v oblasti 2-8 mikronů, lze výkon nastavit velmi flexibilně. Těmito systémy je také možné dosáhnout výrazného zkrácení doby sušení a tím i doby zpracování produktů v sušárnách. Úspora energie může být údajně až 50 %.
