Склеить перед порошковой покраской - возможно ли?

Склеить перед порошковой покраской - возможно ли?

Полимерные порошковые покрытия, часто называемые порошковыми красками, уже несколько лет стали одним из наиболее часто используемых типов покрытий. Их механическая прочность, износостойкость и химическая стойкость обеспечивают надежную защиту металла от коррозии. Разнообразие цветов и текстур позволяет порошковым покрытиям решать и декоративную задачу. Эти покрытия широко применяются также ввиду отсутствия в составе небезопасных органических растворителей и возможности повторно использовать порошок, не осевший на деталь – ведь «сушка» происходит только при помещении детали с напыленным порошком в печь при высокой температуре, а при комнатной температуре порошок стабилен.

Однако, использование порошковых покрытий, как правило, осложняет применение клея для соединения окрашенных деталей между собой, или, их соединений с неокрашенными поверхностями. Действительно, для прочного склеивания сталь, алюминий, в том числе анодированный, обычно достаточно слегка зачистить абразивным материалом и обезжирить. В случае металла с порошковым покрытием, такая подготовка чаще всего недостаточна. Разнообразие порошковых покрытий, различающихся химической основой, шероховатостью поверхности, добавками, приводит к тому, что каждое покрытие необходимо испытывать для того, чтобы с уверенностью сказать, что клеевое соединение даст необходимую прочность. Даже переход на покрытие той же марки, но другого цвета может привести к снижению адгезии к окрашенной поверхности и, как результат – к недостаточно прочному и ненадежному соединению. Конечно, эту проблему почти всегда можно решить – после испытаний становится ясно, как обработать поверхность для достижения высокой адгезии. Обработка может включать в себя, кроме абразива, обработку химическими активаторами поверхности и/или нанесение грунта и представляет собой дополнительную, иногда достаточно сложную, операцию. Необходимо сказать, что встречаются, хотя и очень редко, порошковые покрытия, настолько невосприимчивые к клеям, что высокую адгезию к ним получить не удается.

Кроме того, возможность клеевого соединения поверхностей с порошковым покрытием, ограничена адгезией самого покрытия к металлу; особенно это касается высокопрочной, «конструкционной» склейки. Очевидно, что прочность любого соединения определяется самым слабым элементом. Как бы ни был прочен клей, как бы мы не подготовили поверхность, мы не получим прочность выше, чем прочность соединения порошкового покрытия с металлической деталью.

Склейка деталей перед нанесением порошкового покрытия позволяет избежать этих сложностей. Действительно, в таком случае нам нужно обеспечить высокую адгезию не сложной для склейки поверхности порошкового покрытия, а к металлической (обычно стальной или алюминиевой) поверхности, подготовка которой давно и надежно изучена. Также, соединяя детали перед нанесением порошкового покрытия, мы устраняем второе потенциально слабое звено – соединение порошкового покрытия с поверхностью металла.

Склеивать детали перед порошковой покраской, однако, мешает одно – высокая температура при «запекании» порошка на поверхности детали. Обычно температура в печи достигает 200°С (иногда до 220°С), а время нахождения в печи – около 30 минут (иногда до одного часа). Конечно, и температура, и время воздействия могут варьироваться в зависимости от ряда факторов (в первую очередь от типа используемого покрытия). Однако, независимо от деталей процесса, клеевой шов некоторое время находится при температуре 200°С или выше. Важно понимать, время нахождения в печи достаточно длительное, чтобы сам клей подвергался воздействию высокой температуры.

Температурный режим исключает использование большинства клеев перед нанесением порошкового покрытия – соединение или полностью разрушится (например, если использовали цианакрилатные клеи), или прочность его резко упадет в результате потери адгезии, разложения потери упругих и пластических свойств и повышения хрупкости клея.

Теме не менее, решения для надежного склеивания перед порошковой окраской существуют Компания 3M™ предлагает несколько продуктов, способных не только надежно склеить детали самых различных конфигураций, но и пройти через процесс порошкового покрытия без разрушения, без потери прочности, вибростойкости и эластичности.

Акриловые вспененные ленты 3M™ VHB™ способные выдерживать статические и динамические (ударные, вибрационные, ветровые) нагрузки в широком диапазоне температур, широко применяются для сборки и крепления фасадных и облицовочных панелей, рекламных и информационных знаков, корпусов приборов и многих других изделий. Большинство лент этой серии, несмотря на высокую термостойкость, при температурах, превышающих 150°С, начинают разрушаться. Однако, ленты серии VHB™ GPH обладают высочайшей стабильностью при высоких температурах; без потери прочности и типичной для всех лент 3M™ VHB™ эластичности они переносят самые жесткие режимы отверждения порошковых покрытий. Важно отметить, что эти ленты сочетают высокую термостойкость (до 230 °С) с отличной адгезией; это делает их универсальным продуктом и позволяет использовать для соединения как металлов перед нанесением порошковых покрытий, но также для соединения пластиков, стекла, пластиков, окрашенных (в том числе порошковыми красками) деталей. Три ленты VHB™ GPH – 060, 110, 160 – имеют толщину, соответственно, 0,6, 1,1, 1,6 мм. Необходимо помнить, что такие температуры все-таки подвергают клеевой шов очень серьезному испытанию. Если мы хотим отправит склеенное изделие в печь с температурой 200 -230°С, для получения хорошего результата следует соблюдать следующие условия:

• Выбрать ленту достаточной толщины – чтобы лента прилегала к обеим соединяемым поверхностям ее толщина должна превышать зазор между поверхностями в свободном состоянии (без приложенного к ним давления). В общем, при прочих равных условиях предпочтительно взять ленту большей толщины. Как правило, лента толщиной 0,6 мм может быть использована только для соединения очень ровных деталей небольшого размера
• Особое внимание уделить подготовке поверхностей и прижиму (впрочем, это критично при любой склейке). Необходимо провести все три этапа – обезжиривание, абразивную обработку, повторное обезжиривание.
• Перед отправкой в печь выдержать собранное изделие при комнатной температуре не менее часа.
При правильном применении лент 3M™ VHB™ GPH, соединение не пострадает после печи порошковой покраски.

Однако, не во всех соединениях возможно применение ленты. При небольшой площади соединения, высоких нагрузках, в тех случаях, когда клеевой шов представляет собой кривую линию, более правильно использовать не ленты, а жидкие клеи. Могут ли клеи выдержать высокие температуры печи порошковой покраски? Да, могут, но, конечно, не все. Такие высокие температуры лежат намного выше термостойкости крайне популярных цианакрилатных клеев (70-80°С) или полиуретановых герметиков (90-100°С, иногда до 120°С). Большинство двухкомпонентные клеи, даже эпоксидных, при приближении температуры к 200°С разрушаются или теряют прочность, причем необратимые изменения происходят достаточно быстро; получаса при такой температуре, как правило, оказывается более чем достаточно для того, чтобы клея начал разлагаться. Конечно, это не всегда означает полное разрушение, но падение прочности, охрупчивание клея неизбежно, часто происходит также снижение адгезии к поверхности. На рисунке 1 а, б показано поведение одного из двухкомпонентных клеев при высоких температурах. Видно, что при после получаса при 190°С изменения еще минимальны – поверхность клея пожелтела, однако внутри он сохранил серый цвет и других видимых изменений не наблюдается. После нагрева образца до 200°С в течение 30 минут, зафиксировано дальней шее изменение цвета на бурый, вспучивание клея и выделение газа, свидетельствующее о необратимом разложении клевого состава. При разрушении образца весь объем клея оказался пористым (рисунок 2).

Такое поведение клея говорит о том, что после кратковременного нагрева не выше 190°С клей еще, вероятно, работоспособен (конечно, чтобы утверждать это, необходимо провести непосредственные измерения механических свойств, в первую очередь сдвиговой прочности клея); однако, очевидно что после получаса при 200°С клей уже не может выполнять свою задачу так, как перед нагревом. А ведь в этом эксперименте был использован высококачественный клей – но не рассчитанный на нагрев до таких температур. Часто к такому результату приводит нагрев до температур более низких – 140-150°С; тут о порошковой покраске склеенного изделия речь идти, конечно, не может.

Тем не менее, клеи, способные выдержать такие температуры существуют. Хочу обратить внимание на клей 3M™ Scotch-Weld™ DP-8407. Этот двухкомпонентный акриловый клей выдерживает типичные условия в камере покраски. «Выдерживает» в данном случае означает, что его прочность падает не более, чем на 10% от исходной – согласитесь, при исходной сдвиговой прочности, например, на нержавеющей стали, равной 26,7 МПа (более 260 кг/см2) оставшиеся 90% также представляют собой немалую величину.

Кроме высочайшей для органических клеев термостойкости, этот новый продукт компании 3М™ обладает следующими свойствами, делающими его почти универсальным решением задач по склейке:
• Высокая прочность при различных характерах нагрузки – клей очень прочен при сдвиге, отрыве и отслаивании, обладает высокой ударной прочность и вибростойкостью
• Как большинство акриловых клеев, способен надежно соединять плохо подготовленные металлы с остатками масла на поверхности, пластики, поверхности, уже окрашенные порошковой краской.
• Высокая скорость полимеризации – через примерно 25 минут после соединения можно снять фиксацию клеевого шва, а через 30 соединение достигает конструкционной прочности.
Из сказанного выше можно сделать следующий вывод: вы можете склеить изделие и отправить его в порошковую покраску, без риска что клеевое соединение не выдержит высоких температур. Однако, в этом случае следует использовать продукт, специально разработанный для этих условий и испытанный при таких температурах.

В зависимости от требований к технологии склейки и свойствам клеевого шва, возможно применение как вспененных акриловых лент серии 3M™VHB™ GPH, так и высокопрочного двухкомпонентного клея 3M™ Scotch-Weld™ DP-8407.



20