Инфракрасные сушки. Опыт практиков - 2
Публикуем продолжение материала от компании «Автоколорит», в котором обобщен опыт отечественного производителя инфракрасных (ИК) сушек. С первой частью можно ознакомиться в номере №9*2009 «Автомобильной покраски».
Первыми нагревательными элементами для ИК-сушки были ТЭНы – металлические трубчатые нагревательные элементы (длинноволновые, темные). ТЭНы закреплялись на стойке с плоским алюминиевым отражателем. Использовались они для сушки ремонтных меламиноалкидных красок типа МЛ с температурой высушивания 130 -160°С. С развитием производства специальных галогенных ламп с укороченной вольфрамовой спиралью (коротковолновых с прозрачной кварцевой колбой и более интенсивных с красной (RED) кварцевой колбой) производители оборудования для ИК-сушки заменили ТЭНы на галогенные лампы и дальше сушили краску типа МЛ. Поскольку в то время не было специальных нержавеющих сталей, софиты для отражателей галогенных ламп с красной (RED) кварцевой колбой стали вскрывать позолотой и делать вентиляцию софитов, чтобы они не темнели от перегрева. Это сделало стоимость ИК-сушек дороже, но на Западе они, благодаря рекламе, успешно продавались и продаются до сих пор. В автосервисах привыкли к «красивому» виду оборудования с RED-лампами, что тоже немаловажно. Росли цены на автомобили на Западе – росли цены и на сервис (в том числе и на оборудование для ИК-сушки). Затем краска типа МЛ уступила место акриловой с температурой сушки 60-70°С. Ведущие производители ИК-сушек отреагировали, установив электронное регулирование температуры в зависимости от расстояния до высушиваемой поверхности и времени сушки. При этом ИК-оборудование еще подорожало. Параллельно с сушками с RED-лампой успешно выпускались и выпускаются сушки со светлыми прозрачными кварцевыми лампами. Они лишены многих недостатков сушек с RED-лампой. Вот на них предприятие «Автоколорит» и остановилось после тестов на пригодность по высушиванию акриловых красок. Что касается ИК-сушек с керамическими излучателями, то их положительные и отрицательные стороны описаны ниже. Главное – стоимость производства сушек с прозрачной кварцевой лампой на порядок ниже других. Предприятие «Автоколорит» проводило эксперименты по использованию RED-ламп китайского и французского производства, а также германских и шведских керамических излучателей в изделиях под заказ, но от массового производства отказалось ввиду несущественной разнице в качестве сушки, зато большой разнице в себестоимости готового изделия. Что касается механической части современных ИК-сушек, то они рычажные, с амортизаторами ввиду тяжести софитов. У производимых предприятием «Автоколорит» сушек софиты (ИК-модули) насколько легки, что необходимости в амортизаторах нет. Тестом по ИК-излучателям. Как уже указывалось, первым этапом стал выбор ИК-излучателя путем пробных проверок образцов существующих конструкций. Тестированию подвергались ИК-излучатели следующих производителей: – коротковолновая лампа российского производства (Саранский ламповый завод) в светлой кварцевой прозрачной колбе, тип КГТ-220-1000-1; – коротковолновая лампа французского производства фирмы Philips, в рубиновой колбе, тип 13837Z/8761100W230V1CT; – керамический излучатель фирмы Drester типа Drester-FMW. Тесты ламп и керамических излучателей проводились трижды. Тест первый. Пригодность ламп и керамических излучателей для технологического процесса сушки лакокрасочных материалов на примере высушивания покрытия «серебристый металлик» под лаком производства германской фирмы Spies Hecker при температуре в помещении +10°С со следующими параметрами: а) максимальная стабильная температура и время выхода на эту температуру при соблюдении расстояния до высушиваемой поверхности, рекомендованного заводами-изготовителями источников излучения; б) равномерность прогрева в зоне с размерами по ширине и длине, соответствующим паспортным данным ламп и керамических излучателей; Тест второй. Пригодность ламп и керамических излучателей для технологического процесса высушивания лакокрасочных материалов на примере «черный акрил» немецкой фирмы Spies Hecker при температуре в помещении +40°С при тех же контролируемых параметрах, что и в первом тесте (подпункты а и б). Тест третий. Пригодность ламп и керамических излучателей для технологического процесса сушки лакокрасочных материалов на примере «черная МЛ -1110» российской фирмы «Русские краски» при температуре в помещении +40°С и указанных выше контролируемых параметрах. В ходе проверки анализировались также следующие показатели: – внешний вид, габаритные и установочные размеры источников ИК-излучения; – особенности (удобство) монтажа ИК-излучателей в световую панель или световой модуль; – удобство осуществления токоотвода; – температура на наружной поверхности стекла лампы (температура нагрева нити накала принималась «на веру» – по паспортным данным); – устойчивость стекла нагретой лампы к восприятию случайного попадания брызг воды. Сопоставлялись также заявленные в паспортных данных на излучатели показатели надежности, особенный интерес вызывал общий срок службы (продолжительность непрерывного свечения при условии соблюдения постоянства характеристик излучения) и, естественно, цена. Итоги. Первый тест не прошли керамические излучатели, работающие в диапазоне средних волн (широко рекламируемый поддиапазон «средней быстрой волны»). При температуре в помещении +10°С на расстоянии 40 см от окрашенной поверхности не смогли нагреть ее до технологически требуемой температуры сушки (60°С). О равномерности прогрева указанными излучателями зоны соответствующей паспортным данным керамических излучателей говорить уже не приходится. Тест также не осилили чисто коротковолновые лампы (в рубиновом стекле) по причине перегрева окрашенной поверхности. Кто же «победитель»? Лампы КГТ 220-1000-1 производства Саранского завода: – с расстояния 40 см на протяжении 10 минут они нагрели высушиваемую поверхность до 70°С и удерживали температуру на протяжении часа; – обеспечили равномерность прогрева в зоне с размерами 300 мм по ширине и 375 мм по длине, разброс температурных значений не превысил 70°С; Второй тест прошли керамические излучатели, работающие в диапазоне средних волн. Коротковолновые лампы (в рубиновом стекле) опять «отличились» перегревом окрашенной поверхности. Зато лампы КГТ 220-1000-1 производства Саранского завода снова выполнили все условия теста. На расстоянии 50 см от окрашенной поверхности прогрели ее до технологической температуру сушки (80°С) за 10 минут и удерживали на протяжении 1 часа. По результатам третьего испытания отсеялись керамические излучатели (не прогрели высушиваемую поверхность до требуемой температуры). Прошли конкурс коротковолновые лампы вместе изделиями Саранского завода В поле зрения «Автоколорита» также попала лампа, обладающая толстой нагревательной спиралью, и лампа для инкубаторов, содержащая красную круглую колбу (обе производства Турции). Скажем коротко: мы считаем, что их нельзя использовать в ИК-сушках. Причина – несоответствие по функциональному назначению. Хотя эти лампы не подвергались детальному тестированию, однако даже предварительные, «пороговые» испытания засвидетельствовали, что они не могут равномерно нагревать поверхность. Итак, результаты проверок убедительно засвидетельствовали лидерство российской лампы КГТ 220-1000-1. Изделия Саранского завода широко использовались впоследствии предприятием «Автоколорит» для высушивания эмалей МЛ. Кроме того, саранские лампы в данное время являются безальтернативным вариантом, применяемым также для высушивания акриловых красок, грунтовок, полиэфирных шпаклевок и других лакокрасочных составов. Результаты тестирования показали, в числе прочего, что указанные лампы, которые, по паспортным данным, следует отнести к коротковолновым, однозначно таковыми считать вряд ли оправдано. Они вполне соответствуют требуемому режиму высушивания, обладая определенной «мягкостью» нагрева. Судя по температурным значениям в пределах светового пятна, установленных опытным путем, лампы КГТ 220-1000-1 скорее следует считать работающими в некоей переходной или пограничной зоне, охватывающей как часть коротковолнового, так и часть средневолнового диапазона. В «Автоколорите», исходя из этого, пришли к собственным умозаключениям, что, вероятно, стеклянная трубка лампы является в определенной степени фильтром, и будучи вторичным нагревателем, смещает частотный диапазон излучения в область средних волн. Для полноты картины следует перечислить полный перечень достоинств и указать недостатки саранских ИК-излучателей. Что касается положительных сторон КГТ 220-1000-1: 1. Функциональность, о чем писалось выше. 2. Длительное время непрерывной работы в софитах без охлаждения при общем сроке службы - 10000 часов. Ни один из производителей ламп не дает такую гарантию на свою продукцию. 3. Устойчивость стекла нагретой лампы к восприятию случайного попадания брызг воды. 4. Внешний вид, габаритные и установочные размеры в целом соответствуют требованиям монтажной технологичности применительно к ИК-сушкам. 5. Наиболее низкая цена (из всех проверяемых образцов). Недостатки: 1. Специфичная конструкция токоотводящих клемм. Этот единственный недостаток лампы КГТ 220-1000-1 «Автоколоритом» был устранен. На предприятии к существующим выводам ламп стали приваривать посредством точечной сварки гибкие выводы. Это даже стало способствовать продлению срока службы ламп Выбор отражателя. Однако выбор источника нагрева был только, как говорится, половиной дела. Одной из важнейших составляющих правильного технологического режима высушивания является также стабильность температурного поля в пределах светового пятна на высушиваемой поверхности. Немало усилий было приложено для того, чтобы правильно определиться с формой, материалом, качеством отделки и позиционированием отражателя, заключаемого вместе с лампой в общую конструкцию свето– (и тепло-) излучающего устройства. При этом осознавалось, что следует стремиться к наиболее эффективному использованию потока излучения, избегая непроизводительных потерь. Вся (или почти вся) теория свидетельствует, что характер отражения ИК – лучей от отражающих поверхностей есть отличным от производимого видимым светом. Коэффициент отражения металлов обычно возрастает с увеличением длины волны и асимптотически приближается к 100%. Наилучшими отражателями ИК-лучей являются золото, серебро, медь (90-97%). Поэтому серебрение давно применяется в сосудах Дьюара (бытовая иллюстрация такого устройства – обычный стеклянный термос). Отражатели же ИК-лучей для сушильных устройств первоначально делались в США с применением технологии специального анодирования по методу «альзак» (разработка фирмы «Дженерал электрик») с накладным золотом, во Франции – с использованием серебрения или меднения. Несколько уступает им, но все же достаточно высоким коэффициентом отражения обладает родий. Безусловно, для скромного украинского автосервисного предприятия информация, сродни приведенной в указанном источнике, могла носить характер только справочно-познавательный. В область практического изучения данного вопроса были включены более доступные для нас материалы и составы, а именно – сталь с хромированием, электрополированная нержавеющая сталь и полированный алюминий. Был произведен ряд сушек с отражателями одинакового исполнения, но выполненных из различных материалов. Затем последовательно произведены тестовые высушивания пробных поверхностей, окрашенных как в светлые, так и в темные тона. В отличие от случая с лампами, пробные высушивания в данном случае не показали явных впечатляющих преимуществ какого-либо из материалов, поэтому, сообразуясь с оптимальным сочетанием «цена-качество», в последующем производстве от применения полированного алюминия отказались. Первые партии сушек производились как с отражателями из хромированной стали, так и из полированной нержавеющей стали. В процессе экспериментов было опробовано с десяток видов нержавеющей листовой стали Проблема была в том, что большинство листов тускнели от температуры или не держали профиль софита. В дальнейшем, убедившись в надежности полированной «нержавейки», отражатели стали изготавливать только из нее, в виде тонкого листа (толщиной не более 0,7 мм) с зеркальной поверхностью с одной стороны, полученной методом электрополирования. Что касается формы отражателей, то конструкции первых сушек первого поколения не содержали особых изысков в этой части – его выполняли плоским, разместив на расчетном (и сверенном затем с данными существующих конструкций-аналогов) расстоянии с тыльной стороны лампы. И лишь последующее развитие производства и эволюция конструкций сушек позволила придти к параболическому профилю отражателей в конструкциях сушек второго поколения, производимых «Автоколоритом». Автомобильная покраска №10*2009. Продолжение следует.