При возникновении дискуссии, посвященной покрытиям для пластмасс, сразу появляется очевидный первый вопрос: ради чего? Используя простую окрашенную смолу, можно получить «внедренный в форму цвет», которому не страшны царапины. Он избавляет от необходимости нанесения отделки.

Ответ затрагивает два аспекта. Во-первых, в толстых и крупных пластмассовых деталях может оказаться более экономичным нанести цвет на внешнюю сторону, где он необходим, вместо полного окрашивания всей детали. Во-вторых, в этом случае более качественно производится выравнивание цвета. Очень часто бывает так, что совмещенные металлические и пластмассовые детали неидеально подходят друг другу по цвету, и выцветание пластмассовой части только увеличивает эту разницу.

Этот пластиковый обод для двери стиральной машины/сушки с фронтальной загрузкой покрыт порошковым покрытием в компании Alliance Surface Finishing, вид красной латуни.

При окраске пластмассовых деталей традиционно использовался единственный имеющийся вариант – жидкие покрытия. Использование порошковых покрытий оставалось несбыточной мечтой. Даже несмотря на то, что отрасль производства и нанесения порошковых покрытий на металлы владела проверенными и развивающимися технологиями, очевидные трудности при нанесении порошка на пластмассу ограничивали этот подход.

Эти ограничения начинают, пусть и медленно, ослабевать. В сравнении со всем рынком порошковых покрытий, эта чистая, дешевая технология нанесения покрытий на пластмассовые детали оценивается в один процент рынка. Однако, использование этой методики начинает расширяться вследствие появления новых решений старых проблем. Компании, занимающиеся покрытиями, и поставщики материалов развивают новые способы нанесения порошкового покрытия на пластмассы, и для этого имеется достаточно оснований. Порошковые покрытия обеспечивают ряд преимуществ, включая гибкость дизайна, восстановление и повторное использование материала, а также обладают более высоким общим уровнем экологичности.

При помощи порошковых покрытий можно нанести на деталь устойчивую и внешне привлекательную отделку. Дизайнеры могут делать выбор из широкого ассортимента порошков, которые предлагаются в различных цветах, текстурах и с различным уровнем лоска. К тому же, способность нанести порошковые покрытия как на пластмассы, так и на металлы позволяет получить однородную внешнюю отделку.

Это важно в тех областях, в которых применяются составные подложки, так как позволяет использовать покрытие одинакового цвета и текстуры на пластмассовых и металлических деталях одного устройства.

Эта возможность получить гармоничную однородность цвета, возможно, является самым важным преимуществом, которое можно получить в том случае, если технологии позволят наносить порошковые покрытия на пластмассы, говорит Роберт Ланглуа, Президент и Исполнительный директор компании Alliance Surface Finishing (ASF) со штаб-квартирой в Торонто. Компания является одним из самых успешных игроков на рынке нанесения отделки на пластмассы при помощи порошковых покрытий.

Компания Alliance Surface Finishing может наносить покрытия на пластмассовые детали, используя ряд цветов, в том числе ASF металлик, синий, серебряный и красный.

«В устройствах, например, обычно имеются пластмассовые и металлические поверхности» - говорит он. «На большую часть металлических поверхностей наносятся порошковые покрытия. При нанесении жидкого покрытия на пластмассовые детали очень сложно воспроизвести цвет металлической детали».

Порошковые покрытия также экологичны. В материалах не содержатся опасные вещества, загрязняющие воздух (HAP), и летучие органические соединения (VOC); HAP и VOC оказывают вредное воздействие на здоровье людей и окружающую среду.

Жидкие покрытия, напротив, обычно содержат растворители, высвобождающие как HAP, так и VOC во время операции отделки. Эти эмиссии необходимо перехватывать. К тому же, избыток жидкого средства при распылении создает отходы, которые невозможно использовать повторно. С другой стороны, материал для порошковых покрытий можно восстанавливать и использовать повторно.

Различие между двумя методами наиболее четко проявляется при создании новой отделочной линии. «Отделочные линии для жидкостных покрытий могут быть более, чем в 10 раз дороже, чем стоила бы система на основе порошковых покрытий», - говорит Ричард Питерс, заместитель директора в компании GE Plastics, расположенной в Питсфилде, штат Массачусетс. «Для двух процессов требуется абсолютно разная инфраструктура, поэтому у порошков появляется реальное преимущество перед жидкостями» - говорит он.

Устранение препятствий
Тем не менее, несмотря на эти преимущества, у пластмассы для порошкового покрытия имеются свои уникальные трудности.

 В случае традиционного порошкового покрытия сухие и твердые порошковые материалы с маленькими гранулами прикрепляются и удерживаются при помощи электростатических сил электропроводящей металлической деталью. Более того, после нанесения покрытия, деталь проходит через вулканизационную печь. Жар печи сперва расплавит порошковые покрытия и превратит их в жидкий слой, который равномерно распределяется по поверхности. Затем инициируется химический процесс образования поперечных связей, который отверждает жидкий слой, который становится твердой пленкой.

Пластмассовая ручка для холодильника покрыта порошковым покрытием от Alliance Surface Finishing, покрытие наносится в один слой.

Здесь кроются две проблемы. Традиционные термопласты не проводят электричество и имеют тенденцию деформироваться под воздействием высокой температуры.

Первая проблема решается путем придания пластмассе проводимости, при использовании одиного из двух методов. Один из них заключается во внедрении проводящих наполнителей в материал полимера до проведения операции формования детали.

 Другой представляет собой предварительную обработку формованной детали до нанесения покрытия. Вторая проблема решается посредством использования полимеров, устойчивых к воздействию высокой температуры, даже несмотря на их более высокую стоимость.

При нанесении жидкого отделочного покрытия материалы покрытия отверждаются при температуре около 180 градусов по Фаренгейту, которой недостаточно для использования с порошковыми покрытиями. Эндрю Корзен, менеджер в регионе Северной Америки, компания GE Plastics, говорит, что: «В большинстве случаев порошки отверждаются при температуре 360-380 градусов по Фаренгейту. Немногие из дешевых пластмасс могут противостоять такой температуре и демонстрировать хорошие физические свойства.»

Хотя высокотемпературные пластмассы, такие как нейлон, могут решить проблему деформирования, следует принимать во внимание дополнительные расходы на материалы. Лангуа говорит, что авансовые расходы на материалы повышаются, но они компенсируются снижением расходов, связанных с экологией, а также более высоким качеством отделки.

На производственных участках ASF принадлежащая компании система Alliance Powder System используется для нанесения покрытий на миллионы пластмассовых компонентов в месяц. Изготавливаемые детали применяются при изготовлении приборов, автомобилей и офисной мебели.

Компания ASF, работая со своими стратегическими партнерами – компанией Nordson, поставляющей оборудование для нанесения покрытий, расположеной в Уэстлейке, Огайо; компанией PPG, поставщиком порошковых покрытий с головным офисом в Питтсбурге; и BASF, поставщиком нейлоновых материалов – смогла за два года разработать собственный процесс обработки пластмасс для порошковых покрытий.

Процесс компании ASF не полагается на использование изначально проводящих пластмасс. Вместо этого компания предварительно обрабатывает поверхность подложки, чтобы она могла взаимодействовать со специально созданными порошками. Лангуа говорит, правда не раскрывая подробностей, что процесс аналогичен процедурам, используемым при нанесении на пластмассы покрытия методом химического восстановления.

Он также обращает внимание на разработанные BASF пластмассы, которые обладают устойчивостью к температурам, достигнутым в процессе отверждения. Для отверждения порошков необходима температура до 375 градусов по Фаренгейту. «На этом уровне» - говорит Лангуа: «Стандартная подложка из PC/ABS уже бы растаяла».

Во время разработки процесса Лангуа не хотел «переизобретать» какие-то материалы. Поскольку одной из первых областей применения была автомобильная промышленность, он хотел использовать технологию, проверенную рынком и уже соответствующую автомобильным стандартам.

В ASF используются главным образом нейлоны (6, 66, наполненные минералами и стеклом) благодаря их высоким свойствам устойчивости против высоких температур. Однако, компания занимается нанесением покрытий и на ряд других пластмасс, включая полиэтилентерефталат (PET), PCT, другие конструкционные пластмассы, а также термореактивные пластмассы, например SMC/BMC.

Помимо пластмасс компания также осуществляет нанесение покрытий на алюминий, нержавеющую сталь и другие металлы, а также сплавы, полученные литьем под давлением. В областях, где применяются составные подложки, компания может нанести на всю группу компонентов покрытие одного цвета и текстуры порошка, обеспечивая таким образом равномерную отделку всей сборочной единицы.

Используя порошки компании PPG, ASF может применять более 400 различных цветов, текстур и специальных эффектов. Пол Олейнизчак, Директор по продажам в Северной Америке компании Промышленные порошковые покрытия PPG, говорит, что компания PPG начала работать с Alliance Surface Finishing четыре с половиной года назад. PPG пришлось усовершенствовать свои технологии с тем, чтобы гарантировать их соответствию требованиям ASF в аспектах внешнего вида, гладкости и цвета.

Олейнизчак говорит, что перед компанией возникло несколько препятствий, которые пришлось преодолеть во время разработки порошка для нанесения на пластмассы. «Самой сложной проблемой стало получение внешнего вида, которого можно было бы ожидать от металлической подложки, но получить его на пластмассе» - говорит он. «Особенную сложность представляла борьба с дефектами отделки поверхности, различием изображения и лоском».

Имеющиеся формулы порошков, которые использует ASF, могут обеспечить внешний вид ряда различных материалов, в том числе внешний вид хромированного металла. Получение этого внешнего вида при помощи порошкового покрытия предоставляет огромное преимущество над настоящим хромированным фотошаблоном.

По словам Лангуа, шестивалентный хром, нанесенный гальваническим методом – основной и по-прежнему успешный метод создания хромированного фотошаблона – опасен для окружающей среды. Этот материал включен в список ограниченных к применению согласно Директиве RoHS Европейского Союза. Официальный протокол испытаний (CRT) компании, или программа технологий замены хрома, использует полиамид (PA) и материалы, содержащие полиамид, которые проходят используемый в компании процесс предварительной обработки и нанесения, в результате которого создается нужный внешний вид хрома.

Новый проводящий материал

ASF использует предварительную обработку подложки, чтобы придать пластмассовой детали свойство проводимости, но в то же время другой метод состоит в использовании деталей, формованных вместе с проводящим полимером. Материал приобретает свойство проводимости путем внедрения проводящих наполнителей. Компания GE Plastics, Питсфилд, Массачусетс, является одним из поставщиков таких материалов.

Порошковые покрытия, изготовленные компанией PPG для Alliance Surface Finishing.

GE Plastics разработала специальную смолу, используемую при нанесении порошковых покрытий. Проводящие смолы Noryl GTX представляют собой смесь PA с модифицированным полипропиленовым эфиром (MPPE). Он усиливается комплектами проводящих наполнителей в целях обеспечения электростатической адгезии порошкового покрытия.

Питерс, работающий в GE Plastics, говорит, что полипропиленовый эфир обладает температурой стеклования (Tg), или термостойкостью, на уровне около 415 градусов по Фаренгейту, если добавить его к высокотемпературному полиамиду. Это соединение может выдерживать температуры отверждения, свойственные стандартным системам порошковых покрытий.

При подготовке статьи использованы материалы:
 http://www.specialchem4polymers.com

Академия Конъюнктуры Промышленных Рынков оказывает три вида услуг, связанных с анализом рынков, технологий и проектов в промышленных отраслях - проведение маркетинговых исследований, разработка ТЭО и бизнес-планов инвестиционных проектов.
• Маркетинговые исследования
• Технико-экономическое обоснование
• Бизнес-планирование

Автор:

Любовь Олиферова,
Академия Конъюнктуры Промышленных Рынков
Тел.: (495) 918-13-12, (495) 911-58-70
E-mail: mail@akpr.ru
WWW: www.akpr.ru