Отделка погонажных деталей

Погонажные заготовки и детали, чаще называемые просто погонажем, наиболее востребованы в сфере строительства и производства столярно-строительных изделий. Объем их использования в мебельной промышленности значительно меньше.

Когда-то погонаж, под которым обычно понимается вся совокупность длинномерных прямоугольных и профильных в поперечном сечении фрезерованных, но не раскроенных по длине заготовок-полуфабрикатов из древесины, назывался тягами столярными. Название дано по аналогии с тягами строительными − горизонтальными обломами и мулюрами, формировавшимися на стенах из штукатурного раствора с помощью шаблона определенного профиля, который протягивался вдоль линейки. К тягам (погонажу) обычно относят наличники, карнизы, плинтусы, галтели, поручни, а также профильные заготовки для обшивки стен и кузовов вагонов (вагонку) и т. п.

Почему отделывают погонаж

Раскрой и окончательная подгонка погонажных изделий когда-то производились непосредственно на стройке, по месту, после чего выполнялись их шпатлевание и окрашивание. Такая технология строительства делала предварительную отделку погонажных изделий в промышленных условиях, то есть в процессе их производства, просто бессмысленной: слой краски неминуемо повреждался при транспортировке, последующей обработке полуфабрикатов и монтаже деталей.

Но начиная со второй половины ХХ века в мире стали развиваться технологии строительства с использованием деталей и узлов максимальной заводской готовности: стеновых панелей, элементов лестниц, оконных и дверных блоков, напольных покрытий и т. д. При этом из-за возросших объемов строительства и ремонта зданий запасов высококачественной древесины, используемой для нужд строителей, явно не хватало, и взамен нее стали широко применять древесные (ДСП, ДВП) и синтетические материалы (различные пленки и т. д.).

Еще в 1967 году Райнхард Дюсполь создал первую в мире установку проходного типа для облицовывания профильных в сечении погонажных деталей методом окутывания или укутывания (нем. Ummantelung), в дальнейшем послужившую основой для разработок многочисленных подражателей. Подобное оборудование поначалу предназначалось для облицовывания погонажа натуральным шпоном, а впоследствии было модернизировано и под использование рулонных пленочных материалов. Сегодня готовые облицованные профили широко применяются по всему миру и в строительстве, и в изделиях мебели.

Использование таких установок позволило решить вопрос с производством облицованных шпоном и пленками дешевых профилей из ДСП и ДВП в промышленных масштабах, но не сняло остроты проблемы, касающейся прозрачности и укрывистости отделки их поверхности.

Как отделать профиль

К началу 1960­х годов было известно и использовалось в промышленных масштабах множество способов нанесения лакокрасочных материалов (ЛКМ) на отделываемую поверхность: окунание, облив, налив, вальцовый, протягивание и, конечно же, распыление.

Но ни один их них не соответствовал требованиям, предъявляемым к качеству нанесения и экономии расхода материала.

Так, способ нанесения лакокрасочных материалов (красителей, грунтов, лаков или красок) на профильный погонаж окунанием показал свою неэффективность из-за невозможности получения тонких слоев покрытий, образования капель и неравномерности толщины получаемых пленок. Те же недостатки присущи способу нанесения отделочных материалов на погонаж обливом. Причем в обоих случаях для отделки длинномерного погонажа потребовалось бы увеличение габаритов применяемого оборудования до гигантских размеров.

Способ нанесения лакокрасочных материалов наливом (т. н. плоская завеса) также показал свою несостоятельность: лак или краска попросту не попадают на заглубленные (поднутренные) вертикальные поверхности профиля, а те ЛКМ, которые попадают на вертикальные поверхности деталей, неминуемо сползают вниз.

Оборудование для вальцового нанесения отделочных материалов на профильные поверхности оказалось неэффективным из-за своей сложности и неэкономичности: при его использовании требовалось изготавливать наборы наносящих валов отдельно для каждого отделываемого профиля, а проблема передачи на них наносимого материала с нужным расходом так и не была решена.

Способ нанесения протягиванием профилей через ванну с лакокрасочным материалом к началу 60­х годов ХХ века был хорошо известен. К тому времени он давно и широко применялся на всех карандашных производствах. Но карандаши всегда отделываются по всему периметру поперечного сечения, а погонажные заготовки обычно не требуют отделки хотя бы с одной из своих сторон, и использование этого способа приводило бы к неоправданным потерям отделочного материала. Кроме того, карандаши всегда имеют только выпуклый профиль сечения − круглый, овальный, шестигранный или треугольный. А погонаж может иметь заостренные и вогнутые участки профиля сечения, из-за чего создать конструкцию уплотнения, надежно препятствующего вытеканию отделочного материала из ванны для протягивания, для таких профилей до сих пор не удалось.

Поэтому единственным и оптимальным способом нанесения отделочных материалов на поверхность профильных погонажных заготовок сегодня остается распыление.

Чем и как распыляют

Рис. 2. Установка для нанесения лакокрасочных материалов на
погонажные детали способом распыления

Под распылением понимается процесс образования дисперсии частиц жидкости или твердого тела в среде с иной плотностью − газе (воздухе) или жидкости.

Для нанесения лакокрасочных материалов на различные поверхности этим способом применяются распылители различных систем и конструкций, наиболее важными составляющими которых всегда являются материальная форсунка, устройства для формирования формы факела и система подачи лакокрасочного материала к форсунке. Факел − поток воздушно-лаковой дисперсии, двигающийся по направлению от распылителя, который в зависимости от его устройства и системы имеет в продольном направлении форму конуса и поперечное сечение в виде круга, эллипса, или может становиться почти плоским.

По способу формирования факела и системы подачи лакокрасочного материала различают четыре основных варианта распыления жидких ЛКМ: воздушный, безвоздушный, комбинированный, и распыление в электростатическом поле. Считается, что первый воздушный распылитель был изобретен в России в 1893 году неким Наумом Ровичем, руководившим одной из текстильных мануфактур, принадлежавших Савве Морозову. Изначально это устройство было предназначено для увлажнения полотна ткани перед нанесением на нее красителя.

Первенство в изобретении метода электростатической окраски принадлежит американскому ученому-практику Гаральду Рансбургу, который в 1941 году запатентовал первый электростатический краскораспылитель.

В начале 80­х годов XX века Управление контроля качества воздуха Южной Калифорнии (SCAQMD), США, опубликовало директиву № 1151, являющуюся экологическим стандартом для распылительного оборудования, в документе были прописаны предельные нормы выбросов паров органических растворителей в атмосферу. Распылители, соответствующие этому экологическому стандарту, получили наименование HVLP (High Volume Low Pressure − большой объем при низком давлении).

А в конце 1990­х годов была изобретена еще одна технология воздушного распыления − LVMP (англ. Low Volume Middle Pressure − средний объем при низком давлении), называемая также RP, LVLP или Trans-Tech.

Существует и другая технология распыления, соответствующая экологическому стандарту HVLP, она разработана в Италии компанией Walmec S.p. A. и называется GEO. В ней применен принцип так называемого двойного распыления: распылитель сопла специальной конструкции снабжен микрокамерой предварительного диспергирования лакокрасочного материала в воздухе. В отличие от всех изобретенных ранее воздушных распылителей, в пистолетах системы GEO из материального сопла наружу вырывается струя не жидкости, а воздушно-лаковой дисперсии. После выхода из материальной форсунки она подвергается вторичному распылению, а точнее, дроблению крупных капель лака на более мелкие.

Выбор способа распыления, системы и типа распылителя для нанесения лакокрасочного материала на погонажные заготовки − довольно сложная задача, решение которой зависит от многих факторов: вида и требуемого расхода материала, его рабочей вязкости, ширины факела, определяемой технологией, диапазона его регулирования и др. Многое зависит также и от конкретной конструкции самого распылительного пистолета, предлагаемого его изготовителем. Ведь в настоящее время существует великое множество конструктивных модификаций воздушных распылителей. Это связано отчасти с тем, что производители патентуют свои инновационные решения, резервируя их за собой, а другие вынуждены создавать нечто похожее, давая своим изобретениям новые названия и тоже патентуя их. Вот почему одна и та же по сути модификация распылителя в зависимости от его производителя часто выпускается под разными наименованиями.

Достаточно сказать, что пока наибольшее распространение получили распылительные пистолеты для комбинированного распыления, работающие по способу, известному как Airmix, Aircoat, Mistless, AA-технология и пр. А метод обычного воздушного распыления, хотя и является самым простым и универсальным, из-за высоких потерь лакокрасочного материала считается самым неэкономичным и применяется все меньше.

Проблемы технологии

Технология отделки погонажных изделий в первую очередь зависит от вида подложки, применяемой лаковой системы, конкретных режимов нанесения, заданной толщины покрытия, требуемой производительности процесса отделки и т. д. При этом могут наблюдаться значительные отличия в величине расхода лакокрасочных материалов (красителя, грунта, лака, краски, эмали), последовательности их нанесения и количестве нанесений, рабочей вязкости, а также в способах и времени сушки (отверждения) их слоев, наносимых последовательно.

Так, при самой простой технологии отделки могут осуществляться операции крашения, сушки, а затем нанесения лака в два или три слоя − с удалением летучих, промежуточной сушкой, промежуточным шлифованием и окончательной сушкой или отверждением покрытия, например, с использованием УФ или ИК-излучения. Более сложный режим (например, при отделке погонажных изделий из березы или бука) может предусматривать последовательное нанесение прозрачного барьерного или красящего грунта, шлифование, а затем нанесение нескольких слоев лака − также с их сушкой или отверждением. Все это определяет виды используемого оборудования, его количество, состав, последовательность расположения внутри цеха, а также конструкцию и производительность местной и общецеховой вентиляции.

Надо помнить о том, что профильный погонаж − это полуфабрикат, и в интерьере, для которого он предназначен, цвет и внешний вид погонажных изделий должны гармонировать с окружающей обстановкой.

Тупиковые кабины

Распыление является наиболее универсальным способом нанесения лакокрасочных материалов на изделия, позволяющим отделывать детали самых разнообразных форм и размеров.

В настоящее время распыление широко применяется как для отделочных работ небольшого объема, выполняемых вручную, так и в механизированном серийном производстве.

Но при отделке погонажных изделий, в зависимости от используемой системы распыления и типа конкретного распылителя, особое значение всегда имеет способ взаимного перемещения отделываемой детали и распылителя.

Так, при распылении ЛКМ вручную рабочий обычно выкладывает длинномерные изделия на какую-то подставку внутри распылительной кабины и, чтобы добиться равномерности слоя покрытия, в процессе распыления должен постоянно ходить вдоль них, в среднем перемещаясь на расстояние 3 м. Уже через час он устает и, продолжая выполнять свою работу, делает уже не более одного шага вправо и влево. При этом усталость человека приводит к тому, что сильно изменяется расстояние от распылительного пистолета до поверхности детали, определяющее ширину отпечатка факела на ней, и усиливается туманообразование. Результат этого − неравномерность покрытия и увеличенный расход распыляемого материала (рис. 1). Поэтому при отделке длинномерного погонажа распыление вручную может применяться только эпизодически, при обработке небольших партий деталей.

Постоянство заданных условий режима отделки и стабильность характеристик нанесения материала на отделываемую поверхность распылителем можно обеспечить только при соблюдении равномерности их взаимного (относительного) перемещения.

Существует, например, решение, когда внутри распылительной кабины, под ее потолком, устанавливается устройство с направляющими по которым параллельно фронту кабины перемещается приводная каретка с установленными на ней распылительными пистолетами. Причем все вместе они имеют дискретное шаговое перемещение поперек этих направляющих. Управление движением каретки и смещением пистолетов осуществляется системой ЧПУ. Отделываемые заготовки закрепляются под кареткой на простейших поддерживающих опорах, фиксирующих их положение.

При работе устройства пистолеты, установленные под необходимым наклоном, заранее настроенные на заданные расход материала и форму факела, вместе с кареткой перемещаются вдоль заготовок, осуществляя распыление отделочных материалов. Дойдя до конца отделываемых заготовок, пистолеты автоматически смещаются поперек каретки, и она совершает обратный ход, во время которого также осуществляется нанесение материала. Такое движение обеспечивает равномерное продвижение пистолетов относительно отделываемых погонажных деталей с заданной скоростью, а за счет их поперечного смещения может обеспечиваться нанесение материала на боковые поверхности профилей.

Подобные установки для оснащения распылительных кабин могли бы найти применение на предприятиях малой и средней мощности, тем более что они позволяют отделывать и рельефные щитовые детали, например филенчатые полотна дверей.

Установки проходного типа

Наиболее широко для нанесения отделочных материалов всех видов на профильные погонажные детали на современных предприятиях используются специальные распылительные установки закрытого типа. Внутри кожухов таких установок располагаются несколько распылительных пистолетов, рабочее положение и углы наклона которых настраиваются в зависимости от профиля отделываемой детали.

Подача заготовок в них осуществляется приводным комбинированным ленточно-роликовым конвейером, скорость которого может достигать 140 м/мин и регулируется бесступенчато. Наибольшая рабочая ширина таких установок − до 200 мм, а иногда и 400 мм, что при наличии достаточного количества распылительных пистолетов позволяет отделывать детали одновременно в несколько потоков.

Эти установки, как правило, могут включать одновременно несколько систем подачи и распыления отделочных материалов, работающих независимо друг от друга и отличающихся по типу (пневматическую, безвоздушную, комбинированную, а также HVLP и др.). Это позволяет исключить необходимость их постоянной промывки при проведении разных стадий технологического процесса отделки деталей одной партии или при замене марок отделочных составов.

На таких установках может выполняться и операция патинирования − нанесения вдоль всего профиля узкой полосы более темного красителя, создающего эффект тени и придающего ему более объемный и солидный внешний вид. Нанесение этой полоски производится специальным встроенным распылительным пистолетом − аэрографом, подобным тому, что используется для отделки детских игрушек (танков, самолетов и т. п.), склеиваемых из готовых пластмассовых деталей.

При большой концентрации лакового тумана во внутреннем рабочем пространстве такой распылительной установки теоретически может образовываться взрывоопасная концентрация паров растворителей и пленкообразователя, поэтому в них обеспечивается удаление взвесей из рабочей зоны. В самых простых и, соответственно, самых дешевых установках такое удаление производится путем отсасывания воздушной смеси из рабочего пространства встроенными или наружными вентиляционными системами. Но это приводит к сильному и потому опасному загрязнению воздуховодов и не отменяет необходимости применения централизованных фильтров для отделения отходов грунта и лака от воздуха. Наиболее эффективны распылительные установки, уже оснащенные встроенными сухими или гидравлическими фильтрами для осаждения и отфильтровывания лакового тумана (рис. 2). Такие установки производятся сегодня фирмами Maкor, Renzo Borgonovo, P.A. O. MACC. и Delle Vedove (Италия), а также несколькими тайваньскими предприятиями.

Хорошо забытое старое

Как бы ни старались изготовители оборудования для отделки распылением устранить недостатки этого способа (повышенный расход лака из-за образования лакового тумана, высокую пожаро- и взрывоопасность и т. д.), это им не удается.

Поэтому некоторые производители вспомнили о методе нанесения лакокрасочных материалов протягиванием профилей через ванну. Но при этом он был несколько изменен.

Его принцип сегодня состоит в том, что внутри камеры, на дне которой находится отделочный материал (краситель, лак), за счет направленного вверх воздушного потока создается постоянное разрежение, заставляющее жидкость подниматься и образовывать стоячую волну, через которую торец в торец подаются отделываемые детали (рис. 3).

Такие установки сегодня применяются преимущественно для поверхностной пропитки, окраски и грунтования деталей на оборудовании высокой производительности (с большой скоростью подачи заготовок). При лаковой отделке применяются, как правило, материалы на водной основе. Нанесение лака производится за один проход. Недостаток способа − невысокое качество поверхности и довольно толстый слой образующегося покрытия, поскольку разравнивание ЛКМ и снятие его излишков не производится. А это требует обязательного шлифования отделанного профиля после сушки (отверждения) покрытия.

В зависимости от вида лакокрасочных материалов, применяемых для отделки погонажных деталей, используются сушильные камеры различных видов: конвективные, в основном с поперечным перемещением деталей или с укладкой деталей в тележки-этажерки; вертикальные, применяемые на участках с высокой производительностью отделочного оборудования, а также установки с использованием устройств УФ-излучения.

Сушильные камеры с применением инфракрасных нагревателей (ТЭНов) или ламп с различным спектром излучения для сушки покрытий на погонажных деталях в современном производстве широкого распространения не нашли.

Правильный выбор необходимого оборудования для отделки погонажа в первую очередь зависит от вида системы нанесения лакокрасочного материала, требований к качеству покрытия, которое может быть получено на этом оборудовании, и той производительности, которую оно должно будет обеспечить.

И еще один совет: нельзя начинать производство погонажных изделий, имея в распоряжении только распылительный пистолет и распылительную кабину, − производительность такого цеха окажется недостаточной, а качество отделки − невысоким.

Опыт показал, что все вложения в правильно выбранное специализированное оборудование для отделки погонажа окупаются в короткий срок.

Андрей ДАРОНИН,
компания «МедиаТехнологии»,
по заказу журнала «ЛесПромИнформ»