Úsporné a kvalitní sušení laku pomocí funkční keramiky

Mezi tyto sektory patří sušení laku v automobilovém průmyslu a u řady dalších sektorů ve strojírenství.

NÁROČNÝ KONVENČNÍ ZPŮSOB SUŠENÍ
Sušení laku vyžaduje značné energetické, časové a další náklady. Samozřejmě, známé technologické řešení na bázi infračerveného záření ve srovnání s konvekčním (tepelným) prouděním v mnoha případech poskytuje určité přednosti v délce sušení, energetické náročností a kvalitě povrchového pokrytí. Zářiče dávají příliš jasné světlo, jako, například v sušárnách německých automobilek [1].

Klasické zářiče spotřebovávají více energie, než je nezbytné pro sušení a vytvrzování lakované vrstvy. Skutečnost je taková, že asi 60 procent vyzářené energie je viditelné světlo (od 0,3 do 0,7 μm) a krátkovlnné ifračervené (0,7 až 2,5 μm). Ani jeden z těchto dvou druhů energie proces lakování nepotřebuje. Kromě toho, energie se přenáší za relativně nízké rychlosti (rychlost zvuku) a emisní spektrum ε a absorpční spektrum α se shodují velmi málo.

FUNKČNÍ KERAMIKA A IR.C
Významným přínosem k řešení výše uvedených problémů je technologie použití infračervené-ho záření na základě funkční keramiky (IR.C). Funkční keramika se syntetizuje v solární peci. Solárním tavením je možné získat požadované homogenní stechiometrické složení, díky čemu se dosahuje reprodukovatelnost charakteristik funkční keramiky.

 

Funkční keramika poskytuje dvě nové vlastnosti, odpovídající požadavkům sušení laku:
– Infračervené impulsy až do 320 W na 1 cm2 na dobu 20 – 10 μs a frekvenci 450 Hz [2] působí následující účinky: extrémně rychlý přenos energie (s rychlostí světla), sušení prakticky uvnitř a tvorba vysoce kvalitních povlaků díky dlouhým polymerním řetězcům molekul laku.
– Infračervená spektra v rozsahu od 3 – 10 μm jsou blíže ke spektru absorpcí a vytvrzení laku. Tento rozsah optimálního přenosu energie na molekuly, zapojené v rezonanci v hloubce pokrytí, poskytuje efektivní sušení a polymeraci laku [3].
IR.C-technologie má velké výhody ve srovnání s běžnými technologiemi sušení tekutých nátěrů. Doba sušení ve vodě rozpustného laku může být snížena (v závislosti na konkrétních podmínkách a dokonalosti nových technologií) ve srovnání s tradiční konvekcí téměř 7-krát, a ve srovnání s krátkovlnným infračerveným zářením dvakrát. Stejně tak se snižuje spotřeba energie. To je zvláště důležité při použití neobnovitelných zdrojů primární energie (zemní plyn, ropa). Při použití odpadního tepla nebo solární tepelné energie v kombinaci s IR.C, variabilní náklady na energii jsou téměř blízké nule.

 

Ještě vetší ekonomický efekt přináší IR.C – technologie v procesu lakování s pomoci práškového laku. Jestli doba sušení a vytvrzení ve vodě rozpustného laku na plastových dílech může být snížena od 16 minut do 2,5 minut, to v procesu lakování ocelového plechu s pomoci práškového laku – od 12 minut do 0,2 minut. Stejně tak se snižuje spotřeba energie.

DUPLEXNÍ EFEKT
Prostor určený k sušení a lakovaní mezi zářiči a povrchem je trojrozměrný. Zářiče vyzařují energii a také ji absorbují, vrstva laku ji nejen absorbuje, ale také částečně odráží. V důsledku toho, při maximálních příznivých podmínkách, může být dosažená až 50-procentní úspora energie.

Sušení laku pomocí IR.C – technologie přináší dvojí účinek (i když proces se označuje jako „sušení“, je ve skutečnosti procesem polymerace). Na jedné straně se z lakovaného povrchu odstraní vlhkost. Na druhé straně, zvyšuje se rozdíl v úrovních vlhkosti: to je způsobeno tím, že v důsledku ohřívání vzduchu na povrchu výrobku relativní vlhkost klesá s rostoucí teplotou. To však pomáhá absorbování uvolněné vlhkosti. Tato kombinace IR.C a vzduchu vede k výraznému zlepšení sušení, což zvyšuje úsporu času a energie pomocí technologie IR.C (bez konvekce) v porovnání s technologií IR.C (s konvekcí) téměř dvakrát [4].

EFEKT OBOHACENÍ LAKU PŘÍSADOU FUNKČNÍ KERAMIKY
Velmi důležité účinky poskytuje obohacení laku přísadou funkční keramiky v poměru 0,5 % – 2 % objemu laku.
Sušení a vytvrzování laků je mnohem ekonomičtější, pokud jde o čas a energii. Jejich náklady jsou sníženy o 30 procent ve srovnání s procesy IR.C, ve kterých se lak používá bez přídavku funkční keramiky. Nové a zajímavé funkční vlastnosti získává vlastní lakovaný povrch.

Sušení a vytvrzování některých druhů automobilových laků s přísadou funkční keramiky probíhá maximálně pět minut, při relativně nízkých teplotách. Pro srovnání: automobilový lak se suší běžnými způsoby při zahřátí povrchu na teplotu ne menší než 130 °C po dobu 30 minut. Přilnavost a trvanlivost obohaceného lakovaného povrchu vůči mechanickému namáhání (tvrdost, pevnost v ohybu) prostřednictvím IR.C – technologie se zvyšují. Pevnost povlaku se zvyšuje až 1,5 krát, přilnavost se také zvyšuje – a to natolik, že při opakovaném prudkém ohybu kovu není možně odstranit povlak nebo vytvořit praskliny. Kromě toho, díky IR.C – technologii není potřeba provádět jednu z nejtěžších a na práci náročných operací – odmašťování lakovaných částí.
Použití funkční keramiky v automobilovém průmyslu a dalších odvětvích může výrazně zlepšit kvalitu povlaku, snížit počet technologických operací a výrazně redukovat spotřebu energie.

ZÁVĚR
Důležitým cílem průmyslu, vyrábějícího vozidla, nábytek a plastové díly, je vyhledávání takové technologie schnutí laku, která by umožnila největší úspory energie, času, investičních a dalších nákladů, a zároveň zlepšení kvality lakové vrstvy.
Použití infračervených převodníků na základě funkční keramiky ukazuje nové možnosti technologií sušení pro lakování povrchů a přidání jim nových funkčních vlastnosti. IR.C – technologie výrazně urychluje proces výroby, zvyšuje energeticky úsporné a další ekonomické efekty a zároveň zlepšuje kvalitu a vlastnosti hotového výrobku. Všechny tyto účinky a přednosti prokazují zásadní význam funkční keramiky, která je základem inovací. Pokrokový systém pulzního záření s různými spektry záření urychluje polymeraci, a ve srovnání s tradičním konvekčním sušením může velmi značně snížit dobu sušení a vytvrzování laku.
Řada návrhů je již připravena pro praktické uplatňování na trhu. Další návrhy vyžadují něk-terých technických a technologických úprav a adaptaci do praxe. Třetí skupina návrhů ještě vyžaduje další výzkum.

Literatura:
[1] John, P.: Infrarot bedarfsgerecht steuern. Besser lackieren. 18/2014 vom 7.11.2014.
[2] Rachimov, R.; John, P.: Mechanismus zur Erzeugung von Infrarotimpulsen mit funktionellen Keramiken. http:// nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:105- qucosa-135637
[3] Rachimov, R.; Ermakov, V.; John, P.; Rachimov, M.: Anwendung funktioneller Keramiken für Technologien des Trocknens mit Impuls-Infrarot. http://nbn-resolving.de/ urn:nbn:de:bsz:105-qucosa-151116
[4] John, P.: Schnelle und energiesparende Trocknung von Wasserlacken – IR und Konvektion kombiniert. JOT, 6/2009 s. 2 – 4

TEXT/FOTO DR. PETER JOHN, PROF. GEORGY CHATSCHIEFF, RPE. INFRATHERM, GMBH