СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАЩИТНО-ДЕКОРАТИВНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ИЗДЕЛИЯХ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ
METHOD OF MAKING PROTECTIVE DECORATIVE COATINGS ON WOOD ARTICLES

Изобретение относится к способам получения защитно-декоративных покрытий на изделиях из древесины.
Известен способ получения защитио-дскоративных покрытий па изделиях из древесины распылением проволоки металла ⌀1 мм специальным распылителем - металлизатором в горящей смеси ацетилена с кислородом и сжатым воздухом. Горящий газ расплавляет металлическую проволоку, расплавленный металл подхватывается струей сжатого воздуха, и в расплавленном виде наносится на обрабатываемую поверхность со скоростью 140 м/сек под давлением не менее 6 атм. [В.Л. Куксов. Столярное дело. Изд-во: ТРУДРЕЗЕРВИЗДАТ, Москва, 1958, с.524].
Недостаток этого способа заключается в низкой прочности сцепления покрытия с подложкой, сложности аппаратного оформления за счет использования как газопламенного факела, так и сопла, подающего сжатый воздух.
Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является «Способ отделки изделий из древесины», патент РФ №2103412, заключающийся в предварительной обработке поверхности, затем производили напыление методом электродуговой металлизации промежуточного слоя из цинка, олова, свинца и их сплавов под углом 30-60° к подложке и последующим напылением слоя из алюминия, меди, никеля, нихромом, латунью, бронзой, железом и их комбинациями
Существенным недостатком этого способа является низкая прочность сцепления покрытия с подложкой и водопроницаемость покрытия. Водопроницаемость покрытия существенно снижает его эстетико-потребительские свойства за счет загрязняемости при попадании влаги и других дисперсных материалов в открытые поры. Известный способ получения защитно-декоративных покрытий является достаточно энергоемким, трудоемким и длительным во времени в связи с тем, что температуру в точке контакта покрытия с подложкой необходимо поддерживать не ниже температуры обугливания древесины, напылять промежуточный слой строго под углом 30°-60°.
Целью изобретения является повышение качества и долговечности покрытия за счет увеличения прочности сцепления покрытия с подложкой, устранения водопроницаемости покрытия, снижение трудоёмкости и энергоёмкости процесса.
3
Поставленная цель достигается тем, что способ получения защитно-декоративных покрытий на изделиях из древесины, включает напыление двух слоев металла или сплава, причём предварительно поверхность древесины покрывают первым слоем из эпоксидной смолы и вторым слоем из эпоксидной смолы с порошком алюминия в соотношении 1:1, а напыление слоев металла или сплава осуществляют плазмотроном мощностью 3,9 кВт с расходом плазмообразующего газа 0,8 м/мин.
3
Отличительным признаком предлагаемого способа является предварительное нанесение на лицевую поверхность изделий из древесины первого слоя эпоксидной смолы и второго слоя эпоксидной смолы с наполнителем из порошка алюминия в соотношении 1:1 с последующим плазменным напылением цветных металлов и сплавов при мощности работы плазмотрона 3,9 кВт и расходе плазмообразующего газа 0,8 м/мин. В предлагаемом способе устраняется энергоемкая операция напыления первого слоя электродуговой металлизацией цинка, олова, свинца или их сплавов. При нанесении второго слоя эпоксидной смолы на лицевую поверхность древесины образуется промежуточный диффузионный слой, который способствует снижению напряжений в покрытии и подложке, компенсирует существенные различия в значениях термического коэффициента линейного расширения изделий из древесины и металлов (сплавов).
Изобретательский уровень подтверждается тем, что изменение способа нанесения слоев за счет предварительного нанесения первого слоя эпоксидной смолы с последующим нанесением второго слоя эпоксидной смолы с наполнителем из порошка алюминия позволяет не только повысить прочность сцепления напыленного плазменным распылением металла или сплава, но и получить высококачественный продукт с гораздо более низкими напряжениями, существенно снизить себестоимость и устранить водопроницаемость покрытия за счет устранения пористости. Водонепроницаемость обеспечивается промежуточным поверхностным диффузионным слоем из напыленного металла и эпоксидной смолы с наполнителем из алюминиевого порошка.
-7
-1
-7
-1
В известном способе низкая прочность сцепления напыленного металла с изделиями из древесины объясняется накоплением в покрытии и в подложке временных и постоянных напряжений в связи с существенными различиями термического коэффициента линейного расширения (ТКЛР). Так, например, ТКЛР алюминия составляет 245*10 град, а различных видов древесины (30-50)*10 град [Киселева О.Л. Влияние плотности па термическое расширение древесных плит / О.А. Киселева, В.П. Ярцев // Актуальные проблемы современного строительства: Сб. тр. / ПГАСЛ. - Пенза, 2003. - Ч.2. - С.63-66; Кисина А.И., Куценко В.К. Полимербитумныс кровельные и гидроизоляционные материалы. Л., 1983. - 289 с.|.
Известно, что внутреннее напряжение в покрытии и подложке образовываются и накапливаются при различии ТКЛР покрытия и подложки более чем на 5% [Киселёва О.А. Прогнозирование работоспособности древесно-стружечных и древесноволокнистых композитов в строительных изделиях: дис… к-та техн. наук: 05.23.05: защищена 03.07.2003 / Киселева Олеся Анатольевна. - Воронеж: Воронежский государственный архитектурно-строительном университет. - 2003. - 205 с.].
В реальных условиях TKJIP практически всех используемых для металлизации древесины металлов и сплавов (алюминий, мед, железо, латунь, никель, бронза, нихром, олово, цинк, свинец) превышает ТКЛР всех видов древесины и изделий из древесины более чем па 5%. Это является основным фактором, существенно снижающим прочность сцепления покрытия с подложкой.
В предлагаемом способе высокая прочность сцепления покрытия с подложкой обеспечивается за счет прочного сцепления и проникновения в поверхностный слой древесины эпоксидной смолы, прочного сцепления второго слоя эпоксидной смолы с наполнителем из алюминия с первым слоем и напыленного металла со вторым слоем из эпоксидной смолы с наполнителем из алюминия.
Проведенный анализ известных способов получения защитно-декоративных покрытий на изделиях из древесины позволяет сделать заключение о соответствии заявляемого изобретения критерию «новизна».
Сопоставительный анализ показал, что в предлагаемом способе по сравнению с известным, устраняется энергоемкая и трудоемкая технологическая операция напыления внутреннего слоя под углом 30-60° и операция предварительного обезжиривания лицевой поверхности древесины ацетоном (таблица 1).
Пример.
2
3
В качестве исходного материала брали плиту древесно-волокнистую по ГОСТ 4598-86 марки Т (с необлагороженной лицевой поверхностью) номинальной толщиной 4,0 мм и размером 250×250 мм. Плиту просушивали в сушильном шкафу. Затем кистью наносили первый слой эпоксидной смолы. Далее смешивали в отдельной емкости эпоксидную смолу с алюминиевым порошком в соотношении 1:1. В качестве наполнителя брали алюминиевый порошок по ГОСТ 6058-73 марки ПЛ-4 с удельной поверхностью 0,008-0,10 м/г, насыпной массой 1050-1100 кг/м с содержанием примесей не более 1,0 масс. %.
После высыхания первого слоя кистью наносили второй слой эпоксидной смолы с наполнителем из алюминиевого порошка.
Увеличения содержания наполнителя в эпоксидной смоле более 50% затрудняет равномерное нанесение слоя эпоксидной смолы па лицевую поверхность плиты древесно-волокнистой. Уменьшение содержания наполнителя в эпоксидной смоле менее 50% снижает количество контактов частиц алюминия с напыляемым металлом, что приводит к снижению прочности сцепления. Таким образом, оптимальным соотношением эпоксидной смолы с порошком алюминия является 1:1.
После естественного твердения второго слоя производили плазменное напыление алюминия и меди. Подготовленную плитку закрепляли в приспособлении для взаимного перемещения плиток и плазменной горелки ГН-5М электродугового плазматроиа УПУ-8М.
3
Для плазменного напыления использовали алюминиевую проволоку ⌀ 1,5 мм марки АД-1 (ГОСТ 7871-63) и медную проволоку ⌀ 1,0 мм марки М 1 (ГОСТ 2112-62). Плазменная горелка ГН-М предназначена для нанесения металлических покрытий из проволоки. В плазменную горелку одновременно подавали две проволоки со скоростью подачи 1,5-2,5 м/мм. Дистанция напыления составляла 150-250 мм. В качестве плазмообразующего газа использовали аргон марки А (ГОСТ 19157- 62), расход которого составил 0,5 м/мин. Для выше приведенного примера были выбраны следующие режимы: ток 130 А; напряжение - 30-32 В (Мощность W=130*30=3900 Вт=3,9 кВт).
Таблица 1
Сопоставительный анализ технологических операций известного и предлагаемого способа
Предлагаемый способ
Известный способ
Нанесение на поверхность древесноволокнистую первого слоя эпоксидной смолы
Обработка поверхности древесины ацетоном
↓
↓
Плазменное напыление на
Нанесение на незатвердевшую поверхность второго слоя эпоксидной смолы с наполнителем из порошка алюминия
поверхности древесины цинка, олова, свинца или их сплавов под углом 30°-60°
↓
↓
Плазменное нанесение комбинаций металлов и сплавов на поверхность древесины: алюминий - медь; железо - бронза; нихром - латунь; железо - никель; латунь - алюминий; никель - бронза; никель - латунь; никель - алюминий; латунь - бронза; медь - латунь; бронза - алюминий
Плазменное напыление металлов и сплавов на поверхность древесины:  алюминий - медь; железо - бронза;нихром - латунь; железо - никель; латунь - алюминий; никель - бронза; никель - латунь; никель - алюминий; латунь - бронза; медь - латунь; бронза - алюминий
↓
Контроль качества
Сопоставительный анализ известного и предлагаемого способов представлен в таблицах 1 и 2.
Таблица 2
Показатели качества металлизированной древесины и технические параметры металлизации
№ п/п
Показатели
Единица измерения
Известный способ
Предлагаемый способ
1
Параметры металлизации:
ток
I
55-95
130
напряжение
В
18-31
30-32
вводимый газ
-
сжатый воздух
аргон
расход газа
м<sup>3</sup>/мин
0,6-1,1
0,8
давление газа
Па
5,2*10<sup>5</sup>
4,5*10<sup>5</sup>
Продолжение таблицы
скорость подачи в факел проволоки
м/мм
1,8-2,1
2,0-3,0
дистанция напыления металла (плава)
мм
150-200
200-300
диаметр проволоки
мм
1,0-1,6
1,0-1,5
2
Показатели качества:
прочность сцепления покрытия с основой
МПа
0,06<sup>1</sup>*
0,30
водопроницаемость
-
покрытие водопроницаемое
покрытие неводопроницаемс
пористость
-
покрытие пористое
пористость отсутствует
1* - по собственным исследованиям
2* - оптимальный режим плазменного напыления
Нами определены оптимальные параметры плазменной металлизации изделий из древесины (таблица 3), при которых достигается максимальная прочность сцепления покрытия с основой.
таблица 3
Оптимальные параметры плазменного напыления
Мощность работы плазмотрона, кВт
Расход газа, м<sup>3</sup>/мин
Прочность сцепления покрытия с основой, МПа
3,4
0,6
0,11
0,7
0,17
0,8
0,24
0,9
0,18
1,0
0,13
3,9<sup>2</sup>*
0,6
0,21
0,7
0,26
0,8
0,30<sup>2</sup>*
0,9
0,27
1,0
0,23
4,5
0,6
0,17
0,7
0,20
0,8
0,27
0.9
0,21
1,0
0,19
Пример осуществления контроля качества.
Для определения прочности сцепления покрытия с основой к поверхности приклеивали эпоксидной смолой металлический стержень длиной 150 мм и площадью 1 см. После полимеризации эпоксидной смолы в течение 24 часов приступали к определению прочности сцепления покрытия с основой на разрыв машине R - 0,5.
Изделие и стержень закрепляли в специальных зажимах разрывной машины. После равномерного нагружения происходил отрыв покрытия от основы. Для испытаний брали не менее 5 образцов. Прочность сцепления защитно-декоративного покрытия определяли как среднее арифметическое:
Gcp = (0,31+0,29+0,30+0,32+0,28)/5=0,30 МПа.
Пористость определяли «методом пятна». Защитно-декоративные покрытия были беспористые.
Водопроницаемость определяли по наличию окрашенной воды па поверхности плиты древесноволокнистой и в ее поверхностном слое после отрыва покрытия от подложки на разрывной машине R-0,5. После отрыва предварительно пропитанного окрашенной водой металлического покрытия пяти образцов в поверхностных слоях подложки краситель от высохшей воды отсутствовал.
Аналогично была осуществлена металлизация плиты древесноволокнистой нанесением таких комбинаций металлов и сплавов: железо - бронза, нихром - латунь, железо - никель, латунь - алюминий, никель - бронза, никель - алюминий, латунь - бронза, бронза - алюминий, медь - латунь, никель - латунь, алюминий - медь.
Все покрытия были водонепроницаемыми и обладали высокой прочностью сцепления.