Способ удаления краски с поверхности, чувствительной к механическим воздействиям

 

Использование: в авиационной промышленности для периодического удаления краски с внешней поверхности самолета. Сущность изобретения: способ включает подачу воздушного потока абразивных частиц на поверхность, чувствительную к механическим воздействиям, под давлением с созданием пескоструйного эффекта. В качестве абразивных частиц используют гранулы деструктурированного крахмала, имеющие твердость 2,5 - 3,5 по Моссу, размер 12 - 60 меш и степень разрушения за цикл до 10%. Подачу абразивных частиц осуществляют под давлением 1,4 - 4,6 дин/см², под углом наклона 45-90^o. Расстояние сопла от обрабатываемой поверхности выдерживают в диапазоне от 101,6 до 610 мм. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к способам пескоструйной очистки поверхности гранулами деструктурированного крахмала в качестве абразива и может быть использовано в различных отраслях промышленности, в частности в авиационной промышленности для периодического удаления слоя краски с внешней поверхности самолета, без случайного повреждения поверхностных отделочных слоев.

Практически до последнего времени в авиационной промышленности краску удаляли с использованием сливов на основе хлористого метилена. Более жесткие требования, предъявляемые к охране окружающей среды, сделали такие технические решения экономически невыгодными.

Были предприняты попытки разработки других вариантов таких технических решений с использованием нехимических средств удаления краски с поверхностей. При осуществлении этих вариантов предусматривается применение сахара и других нежных материалов в форме частиц в качестве абразивов для пескоструйной очистки.

Опыт показал, что применение сахара в его обычной, технически доступной форме, недостаточно эффективно.

В качестве абразивного крупнозернистого материала можно применять ряд других органических материалов. Известно использование дробленого и тонко измельченного растительного материала, целлюлозного материала, в частности крупа из стержня кукурузного початка, рисовая шелуха, шелуха соевого боба и тапиока [1] Предлагается также использование лигноцеллюлозных материалов, плотность которых составляет по меньшей мере 1,2, а размеры частиц находятся в интервале от 12 до 40 меш.[2] В качестве приемлемых материалов известны такие, как скорлупа орехов и косточки плодов, в частности скорлупы орехов пекан, миндаля, американского черного ореха, грецкого ореха, а также косточки абрикосов, персика или оливков и т.д.

И хотя шелуха ядер орехов мягка в сравнении с более традиционными крупнозернистыми материалами, все-таки слишком тверда для поверхностей из эпоксидной смолы. Кроме того, дробленая ореховая скорлупа при ударе о поверхность самолетной обшивки измельчается, образуя пыль и сообщая материалу практическую бесполезность для любого последующего повторного применения в данной области. Более того, такая пыль создает неприемлемую опасность взрыва, вследствие чего эти материалы не нашли до сих пор промышленного применения. Поэтому в промышленности продолжается применение строительных пластических материалов, в особенности в такой области техники, как удаление краски с самолетной обшивки.

Несмотря на достоинство таких строительных пластических материалов, их применение в качестве крупнозернистого абразивного материала, работа с ним требует осторожности и опыта в обращении для исключения повреждения обшивки самолета несмотря на то, что строительные пластические крупнозернистые материалы являются более беспыльными по сравнению с традиционными материалами. Использование таких материалов требует наличия специального оборудования для сухого удаления краски, включая монтаж систем для вентиляции больших объемов. Кроме того, использованиe пластмассового крупнозернистого материала может привести к образованию неполируемой поверхности и даже к увеличению площади поверхности с внешней стороны, вследствие чего в материале самолетной обшивки могут возникнуть напряжения.

Известен способ удаления краски с поверхности, чувствительной к механическим воздействиям, включающий подачу воздушного потока абразивных частиц полимерного материала на поверхность под давлением с созданием пескоструйного эффекта [3] Такие частицы из армированного полимерного материала обладают желаемой твердостью, одновременно с этим сохраняют целостность, достаточную для выдерживания неоднократных ударов при повторном применении, без образования значительных количеств пыли. Однако остается актуальной потребность в недорогих, не связанных с запасами нефти, абразивных материалах.

Цель изобретения создание способа удаления краски с поверхности, чувствительной к механическим воздействиям, нехимическими средствами с использованием биоразлагаемых абразивных материалов.

Технический результат достигается тем, что в способе, включающем подачу воздушного потока абразивных частиц полимерного материала на поверхность под давлением с созданием песксоструйного эффекта, в качестве абразивных частиц используют гранулы деструктурированного крахмала, имеющие твердость 2,5-3,5 по Моссу, размер 1,68-0,25 мм и степень разрушения за цикл до 10% при этом подачу их осуществляют при давлении 1,4-4,6 дин/см², расстоянии сопла от обрабатываемой поверхности 101,6-610 мм и угле наклона 45-90^о. Предусматривается также обработка поверхностей, изготовленных из алюминия.

П р и м е р 1. Экструдированные гранулы деструктурированного стеклоподобного крахмала получали с помощью двухшнекового экструдера. Так, в экструдер загружали крахмал, воду, 0,04% гидрата окиси натрия, 0,04% триметафосфата натрия и 0,04% карбоната кальция (в пересчете на сухую массу крахмала) при общей производительности 8,6 кг/ч и влагосодержание 20% Скорость вращения шнека поддерживали на уровне 100 об/мин, а температуру регулировали путем подогрева в каждой из трех зон экструдера на следующем уровне: 1. 10-15^оС 2. 50^оС 3. 80^оС В результате воздействия таких условий экструдирования получали деструктурированный стеклоподобный крахмальный продукт при температуре 103^оС и избыточном давлении 28,8 дин/см², в течение промежутка времени, исчислявшегося в минутах, получали невспученный, полностью желатинизированный продукт со светло-коричневой (желтой) окраской, который при выдержке в нормальных окружающих условиях стал твердым и стеклоподобным. Затем охлажденные и затвердевшие гранулы обработали в лабораторной молотковой дробилке Реймонда, которая работала без сита. Гранулы подавали в дробилку со скоростью приблизительно 9,1 кг/ч. После первого прохода через дробилку на сите осталось только приблизительно 4% материала от его первоначальной массы и материал характеризовался нижеследующим общим распределением частиц по размерам. Число меш (диаметр Доля задержанного отверстия американского ситом матери- сита, мм): ала, мас.

_{12 (1,68) 1 20 (0,84) 51 30 (0,59) 21 40 (0,42) 13 60 (0,25) 10 Доля частиц сверхмалого размера 4}
Строительные пластмассовые крупнозернистые материалы с увеличением размеров частиц проявляют повышенную кажущуюся твердость, и поскольку это означает, что такие частицы являются более агрессивными, то возрастает степень повреждения подложки обрабатываемой поверхности, которую они вызывают. Чем больше размер гранул деструктурированных стеклоподобных крахмалов, тем также более агрессивными эти частицы становятся, но в отличие от строительных частиц увеличение размеров таких частиц не вызывает повышения кажущейся твердости частиц и какого-либо усиления повреждения подложки отрабатываемой поверхности.

Кажущаяся твердость гранул деструктурированного крахмала составляет приблизительно 4,0 по Моссу или менее, предпочтительнее от 2,5 до 3,5 по Моссу, а наиболее предпочтительно от 2,5 до 3,0 по Моссу.

Целостность гранул измеряют путем захвата частиц с размерами 12/60 меш (1,68/0,25 мм) пневматическим потоком, выходящим из сопла, которое расположено на расстоянии от 304,8 до 762,0 мм от обрабатываемой поверхности, изготовленной из алюминия при избыточном давлении в насадке приблизительно от 0,63 до 2,46 кг/км·см, причем целостность определяют как процентное количество гранул, размеры которых уменьшились вследствие контакта с поверхностью до уровня менее 60 меш (0,25 мм). Наиболее предпочтительны в соответствии с изобретением, гранулы со степенью разрушения за цикл до 10% (особенно предпочтительно 6% или менее). Частицы из промышленной строительной пластмассы, как правило, разрушаются за один цикл до 24% и которые в настоящее время считаются очень качественными. При этом класс приемлемых деструктурированных стеклоподобных крахмалов включает в себя те, которые получают из крахмала, в частности из кукурузного, соргового, пшеничного, ячменного, ржаного, картофельного и других крахмалов. Предпочтительным крахмалом является пшеничный крахмал, в особенности предпочтительны крахмалы сортов прима или А. На свойства абразивного материала оказывает влияние как выбор крахмала, так и любые его модификации, которым его подвергают. Длина и разветвленность полимерных цепей, которые предопределены генетически и уникальны для любого данного немодифицированного крахмала или которые являются результатом изменений, являющихся следствием любой модификации крахмала, оказывают влияние на такие количественные характеристики, как, например, водородные связи и ван-дер-вальсовские силы (среди прочих).

Для удобства приведена ссылка на типы продуктов в соответствии с таблицей:
продукт типа А крахмал, вода и гидрат окиси натрия
продукт типа В крахмал и вода,
продукт типа С крахмал, вода, гидрат окиси натрия,
карбонат кальция и триметафосфат натрия
продукт типа I крахмал и вода, смешанные с силикагелем.

П р и м е р 2. Проведены сравнительные испытания абразивных крупнозернистых продуктов типа I, которые смешивают с абразивными частицами типа В, экструдированными и измельченными практически в соответствии с примером 1 с размером частиц 14/30 американских сит (1,41/0,59 мм). Затем этот крупнозернистый материал смешали с силикагелем с размером частиц 12/20 американских сит (1,68/0,84 мм) в массовом соотношении между гранулами деструктированного крахмала и силикагелем 9:1.

Испытания абразивных частиц типа В и типа I показали, что крупнозернистый материал типа I проявляет вчетверо большую агрессивность при практическом осуществлении предлагаемого способа, чем продукт типа В.

Ниже приведены примеры с абразивными крупнозернистыми материалами, которые могут быть использованы для практического применения способа. Обычно абразивные частицы применяют в сочетании с известными устройствами, в частности с колесными струйными аппаратами, которые механически разгоняют частицы и направляют их поток на обрабатываемую поверхность. В пескоструйных аппаратах для очистки применяют колеса, периферийная поверхность которых вращается со сверхзвуковыми скоростями. К другим аналогичным устройствам относятся центробежные пескоструйные аппараты, которые работают по такому же принципу, но обычно с пониженными скоростями. В тех случаях, когда такие частицы предусмотрены в качестве абразива, крупнозернистый материал можно закреплять на подложке, и оба материала могут быть использованы совместно, практически точно так же, как и обычная наждачная бумага или другая абразивная бумага, или наждачное полотно. Однако гранулы деструктурированного крахмала следует вводить в пневматический поток и направлять на обрабатываемую поверхность под углом приблизительно от 45 до 90^о. Обычно такой угол составляет приблизительно от 70 до 90^о, предпочтительнее примерно 75^о. Пневматический поток по предпочтительному варианту должен выбрасываться из сопла посадки, расположенного на расстоянии от 610 до 762 мм от обрабатываемой поверхности, под избыточным давлением от 2,8 до 4,6 дин/см² с производительностью приблизительно от 0,453 до 1,134 кг крупнозернистого материала на площадь обрабатываемой поверхности, примерно от 0,0028 до 0,279 м²/мин.

П р и м е р 3. Данный пример относится к удалению краски с алюминиевой и лакированной поверхности с помощью пескоструйного устройства прямой очистки.

Нагнетательный бак пескоструйного устройства заполнили абразивным крупнозернистым материалом на основе крахмала типа В с размерами частиц 12/20 меш (1,68/0,84 мм) с помощью шланга диаметром 19,05 мм с насадкой диаметром 8,52 мм. Расход потока крупнозернистого материала довели до 0,453 кг/мин при избыточном давлении 1,4 дин/см². Сопло посадки удерживали на расстоянии 762 мм от испытательной панели и под углом приблизительно 70^о к ней. Испытательная панель была изготовлена из алюминия со слоем алюминиевой плакировки толщиной 1,27 мм. На алюминиевую панель была нанесена эпоксидная грунтовка и полиуретановое внешнее покрытие. Краску отверждали в течение 10 дней при комнатной температуре и 3 дней при температуре 45^оС. Пескоструйную очистку проводили со скоростью приблизительно от 0,186 до 0,279 м²/мин и таким образом удалили внешнее покрытие. Для удаления грунтовочного покрытия требовалась дополнительная пескоструйная обработка. В результате удаления грунтовочного покрытия испытательная панель потеряла свою первоначальную зеркальную отделку, но продолжительная экспозиция оголенного металла показала отсутствие какого-либо визуального заметного повреждения. Степень разрушения крупнозернистого материала составляла приблизительно 6% за цикл.

П р и м е р 4. Использовали пескоструйный аппарат со шлангом с диаметром 26,4 мм и насадку с диаметром 12,7 мм. Отверстие сопла отрегулировали на подачу крупнозернистого материала типа В на основе крахмала с параметрами 12/20 меш таким образом, чтобы достичь непрерывного непульсирующего потока с избыточным давлением 4,22 дин/см². Расстояние между соплом и обрабатываемой поверхностью поддерживали в интервале от 101,6 до 152,4 мм. а угол от 70 до 90^о. Испытательный образец был практически идентичен тому, который описан в примере 3. Результаты пескоструйной очистки были идентичны тем, что приведены в примере 3.

П р и м е р 5. Контейнер для крупнозернистого материала пескоструйного аппарата для очистки заполнили стеклоподобным абразивным крупнозернистым материалом типа В с размером частиц 12-20 меш. С помощью шланга диаметром 6,35 мм и насадки диаметром 6,35 мм давление отрегулировали на входе на уровне 4,6 дин/см². Расстояние между соплом и отрабатываемой поверхностью поддерживали равным 76,2 мм, а угол 90^о. Испытательный образец подготовили аналогично изложенному в примере 4. Пескоструйную чистку проводили со скоростью приблизительно 32,3 см²поверхности подложки в минуту, причем с испытательной панели удаляли как вн ешнее покрытие, так и грунтовку. Очищенная металлическая поверхность была практически той же самой, что и описанная в двух предыдущих примерах, причем даже после продолжительной экспозиции оголенного металла под непрерывным действием пескоструйного аппарата для очистки.

П р и м е р 6. Пример иллюстрирует удаление с плакированной алюминием поверхности коррозионностойкой краски. Расход постока крупнозернистого материала типа В на основе крахмала с размером частиц 12-20 меш. до уровня 1,13 кг/мин, при избыточном давлении 2,81 дин/см². Сопло насадки удерживали на расстоянии приблизительно 610 мм от поверхности испытательной панели и под углом примерно 70^о. В качестве испытательной панели служила алюминиевая панель со слоем алюминиевой плакировки толщиной 1,27 мм. Эту алюминиевую панель покрыли слоем эпоксидной грунтовки и эпоксидным внешним покрытием. Затем панель оставили для отверждения в соответствии с тем же самым режимом, что описан в примере 3. Пескоструйную очистку проводили со скоростью от 0,186 до 0,279 м²/мин, с удалением внешнего покрытия, хотя зеленая окраска грунтовки оставалась на поверхности испытательной панели. Непрерывная пескоструйная очистка позволила удалить остаточную грунтовку, и хотя первоначальный зеркальный блеск поверхности алюминиевого субстрата был потерян, непрерывная пескоструйная очистка не привела к какому-либо нежелательному воздействию, отмечаемому визуально, на металлическую поверхность.

П р и м е р 7. Пример осуществления предлагаемого способа применительно к удалению краски с поверхности из стеклоткани, для чего использовали абразивные частицы типа В размером 12-20 меш. а расход потока этого крупнозернистого материала довели приблизительно до 0,453 кг/мин при избыточном давлении в насадке примерно 1,4 дин/см². Сопло насадки удерживали на расстоянии приблизительно 457,2 мм от испытательной панели под углом примерно 45^о к ней. Испытательная панель представляла собой стеклоткань, которую окрасили и высушили аналогично изложенному в примере 5. Когда пескоструйную очистку проводили со скоростью приблизительно 0,047 м²/мин, обеспечивалось полное удаление краски с поверхности из стеклоткани, хотя поверхность и не была полностью очищена пескоструйной обработкой. Однако непрерывная пескоструйная обработка поверхности вызывала ее разрушение и обнажение заключенных в стеклоткани волокон.

П р и м е р 8. В ходе проведения двух отдельных испытаний использовали абразивный крупнозернистый материал на основе крахмала с размером частиц 12-20 меш и абразивный крупнозернистый материал на основе крахмала с размером частиц 12-60 меш.

Распределение частиц по размерам для двух продуктов приведено в таблице.

Средний (или эффективный) размер частиц продукта по нормативу 12/60, был меньше среднего размера частиц продукта по нормативу 12/20. В ходе проведения экспериментов по пескоструйной очистке скорость удаления краски, которая могла бы быть достигнута с использованием продуктов по нормативу 12/60 меш, составляла лишь половину той, что достигалась с использованием продукта по нормативу 12/20 меш. (1,68/0,84 мм) при прочих равных условиях процесса.

Формула изобретения

1. СПОСОБ УДАЛЕНИЯ КРАСКИ С ПОВЕРХНОСТИ, ЧУВСТВИТЕЛЬНОЙ К МЕХАНИЧЕСКИМ ВОЗДЕЙСТВИЯМ, включающий подачу воздушного потока абразивных частиц полимерного материала на поверхность под давлением с созданием пескоструйного эффекта, отличающийся тем, что в качестве абразивных частиц используют гранулы деструктурированного крахмала, имеющие твердость 2,5 3,5 по Моссу, размер 1,68 0,25 мм и степень разрушения за цикл до 10% при этом подачу их осуществляют при давлении 1,4 4,6 дин/см², расстоянии сопла от обрабатываемой поверхности 101,6-610 мм и угла наклона 45 90^o.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обрабатываемая поверхность изготовлена из алюминия.

РИСУНКИ

Рисунок 1