Maalien levitysmenetelmät ja ruiskutustekniikka

Levitysmenetelmät

Ei-sumuttavat: Sivellin, tela ja kasto

Sumuttavat: Sivuilmaruiskutus, suurpaineruiskutus, ilma-avusteinen suurpaineruiskutus ja sähköstaattinen ruiskutus

Levitysmenetelmän valinta

Maalin levitysmenetelmän valinta riippuu maalauskohteen muodosta ja koosta sekä kohteiden lukumäärästä, maalityypistä, valmiin maalikalvon halutusta tiiviydestä, paksuudesta ja pinnanlaadusta, värisävyjen lukumäärästä sekä turvallisuus- ja ympäristötekijöistä.

Maalien levittyvyys

Tela- ja sivellinlevitys

Maalin levitys telalla tai siveltimellä on joissakin tapauksissa toimivin vaihtoehto. Telalla ja siveltimellä päästään helpommin sellaisiin kohtiin, joihin ruiskulla ei saada maalia.

Tela- ja sivellinmaalaus on usein ruiskumaalausta täydentävä levitysmenetelmä, esimerkiksi reunojen vahvistusmaalauksessa, kapeiden rakojen, sisäkulmien ja kolojen maalauksessa. Maali saadaan tunkeutumaan maalattavan pinnan huokosiin. Tela- ja sivellinlevityksessä myös kohteen maalaamattomiksi jäävien osien suojaustarve on vähäinen esimerkiksi kunnossapitomaalauksessa.

Telamaalaus on sivelyä nopeampaa, mutta sen käyttö korroosionestomaalauksessa on melko vähäistä. Telalla saatava kalvopaksuus riippuu nukan pituudesta; pitkällä nukalla saadaan paksuja, mutta epätasaisia kalvoja.

Telalevityksessä saadaan paras tulos, jos maalikalvo tasoitetaan lopuksi siveltimellä. Telat voivat jättää ns. ”variksenjalkoja”, jos maalikalvo on liian paksu tai nukka on liian pitkää, ja tela voi myös jättää maalikalvoon ilmakuplia. Sekä variksenjalat että ilmakuplat katoavat sivellintasauksessa. Telalla levitettävällä maalilla on oltava hyvät tasoittumisominaisuudet. Nopeasti kuivuvat ja asettuvat maalit ovat sopimattomia. Hitaasti kuivuvat esimerkiksi alkydimaalit ovat sopivia. Sinkkirikkaita maaleja ei voida levittää telalla.

Tela- ja sivellinmaalaus on hidasta ja siksi kallista. Lisäksi sillä voi olla vaikea saavuttaa maalikalvon tasaisuus-, kerrospaksuus- ja pinnanlaatuvaatimuksia. Siveltimen jättämät uurteet keräävät likaa nopeuttaen maalikalvon turmeltumista. Korkealaatuisilla harjaksilla saadaan, tasaisin pinta.

Telat voivat olla myös painesyöttöisiä, jolloin maali syötetään telalle paineen avulla varren kautta.

Kastomaalaus

Kastomaalauksessa kappale upotetaan maalin kauttaaltaan nimensä mukaisesti, jonka jälkeen kappaleet nostetaan ylös kuivumaan. Etuina tälle menetelmälle voidaan pitää sen nopeutta sekä vähäistä työvoiman tarvetta, pientä maalin hävikkiä sekä varmuutta maalin tunkeutumista kappaleen pinnalle. Haittoina upotusmaalauksessa on se, että reikien kohdalle syntyy helposti valumia eikä se sovellu monimutkaisten kappaleiden maalaukseen. Ei sovellu kaksikomponenttimaaleille.

Sähköupotus- eli -elektroforeettinen kastomaalaus soveltuu suurtuotantoon (autotehtaat). Jännite-ero työkappaleen ja maalialtaan välillä. Maalihiukkaset varautuvat sähköisesti ja kulkeutuvat maalattavalle pinnalle tasapaksuksi (noin 0,030 mm:n) kerrokseksi.

Sivuilmaruiskutus

Sivuilmaruisku (hajotusilma-) on perinteisin maaliruisku. Sivuilmaruiskutusta kutsutaan myös matalapaineruiskutukseksi sen alhaisen käyttöpaineen (2 – 6 bar) vuoksi. Sivuilmaruiskutuksessa maali syötetään maalipistoolin suuttimen keskelle. Suuttimen eri kohdista tulevat ilmasuihkut kuljettavat maalia eteenpäin ja hajottavat sen sumuksi. Maalimäärää ja maalisuihkun muotoa säädetään neulaventtiilillä ja suuttimilla.

Menetelmä vaatii paljon paineilmaa ja aiheuttaa runsaasti sumua, mikä lisää ohiruiskutusta. Ruiskutetun pinnan laatu on tasainen ja sileä normaaleilla pintamaaleilla, mutta paksuihin kalvoihin ei päästä, koska maalia joudutaan ohentamaan suhteellisen paljon. Maalisumussa oleva ilma estää maalin tunkeutumisen ahtaisiin paikkoihin, mistä syystä sivuilmaruiskutusta ei suositella käytettäväksi korroosionestomaalauksessa varsinkaan silloin, kun maalauskohde on rakenteeltaan monimutkainen.

Sivuilmaruiskun käyttöä puoltavat maalipinnalle asetettavat korkeat vaatimukset, kerrallaan käytettävät pienet maali- ja sävyerät, muodoltaan ja tyypiltään erilaiset kappaleet, alhaiset hankinta- ja käyttökustannukset sekä nopea suihkumuodon ja maalimäärän säätö.

Sivuilmalaitteen haittoja ovat pieni kapasiteetti, pieni kalvopaksuus kertamaalauksella, runsas ohiruiskutus ja suuret ympäristöhaitat.

Sivuilmaruiskun toimintaperiaate

Imusyöttöisen sivuilmaruiskun pistoolin rakenne

Painettaessa sivuilmaruiskun liipaisinta (2) avautuu ilmaventtiili (3) ja sen jälkeen värineula (4). Paineilma tulee sisään aukosta (10) ja maali sisään aukosta (1). Paineilma virtaa maalisuuttimen (5) ympärille ilmasuuttimen (6) aukoista. Suuttimen keskeltä tuleva ilma (7) hajottaa ulos virtaavan maalin pyöröviuhkaksi. Viuhkan säätöventtiilillä (8) voidaan osa ilmasta johtaa sivukanaviin (9). Sivukanavista tulevan paineilman avulla voidaan viuhkan muotoa säätää leveämmäksi tai kapeammaksi.

Sivuilmaruiskut jaetaan maalin syöttötavan perusteella imu- ja painesyöttöisiin.

Imusyöttöisiä laitteita kutsutaan usein kannuruiskuiksi, koska maaliastia on asennettu kiinteästi ylä- tai alakannuksi. Tällöin ruiskun suuttimien eteen muodostuu alipaine, joka imee maalin astiasta. Siten ruiskusta tulevan maalin määrä riippuu ruiskun läpi syötetyn ilman määrästä ja maalisuuttimen koosta.

Painesyöttöisessä ruiskussa maali pakotetaan ruiskuun paineella. Maalin ja sivuilman suhdetta voidaan tällöin säätää toisistaan riippumatta, mikä on jatkuvassa tuotannossa suositeltava vaihtoehto.

Imusyöttöinen ylä- ja alakannusivuilmaruisku

Painesyöttöinen sivuilmaruisku

Suurpaineruiskutus

Suurpaineruiskutus on käytetyin maalien levitysmenetelmä korroosionestomaalauksessa. Suurpaineruiskutuksessa maali syötetään suurella paineella letkua pitkin maalipistooliin, jossa maali pakotetaan pieniläpimittaisen suuttimen läpi. Maalin purkautuessa ulos suuttimesta se hajoaa ilmanvastuksen ja syntyvän paine-eron vaikutuksesta sumuksi. Suurpaineruiskutuksessa ei käytetä paineilmaa maalin hajottamiseen (airless).

Suurpaineruiskutuksessa voidaan käyttää korkeaviskositeettisia maaleja ja siten kertamaalauksella voidaan saada yli 500 m:n kalvoja. Tarvittava kalvonpaksuus saadaan vähemmillä ruiskutuskerroilla ja ruiskutusnopeus on useita kertoja nopeampaa kuin sivuilmaruiskutuksessa. Suurpaineruiskutus soveltuu suurten pinta-alojen maalaukseen.

Koska suurpaineruiskulla ei puhalleta ilmaa maalin mukana, sillä saadaan parempi peitto rakenteen sisänurkkiin ja syvennyksiin sekä pienemmät maalihäviöt kuin sivuilmaruiskulla. Suurpainemaalauksessa ruiskutussumu on hyvin rajattu ilman turbulenssia. Sivuilmaruiskun maalihiukkasten kulussa esiintyy pyörteisyyttä eli turbulenssia ja ruiskutuskuvio on reunoiltaan ohentunut. Sivuilmaruiskutukseen verrattuna maalisumu ei ole yhtä hienojakoinen, minkä takia pinnanlaatu on suurpaineruiskutuksessa huonompi.

Maalin paine saadaan aikaan mäntä- tai kalvopumpulla. Mäntäpumppua käytetään yleisimmin. Kalvopumppuja käytetään lähinnä sähkökäyttöisissä maalauslaitteissa. Kalvovärähtelyt tuntuvat epämiellyttävästi pistoolissa ja pumpun tuotto vähenee nopeasti, kun maalin viskositeetti kasvaa. Käyttövoimana on paineilma, sähkö tai polttomoottori. Maalaamo-olosuhteissa käytetään yleisesti paineilmatoimisia mäntäpumppuja.

Kenttäolosuhteissa kuten rakennusmaalauksessa käytetään sähkötoimisia pumppuja niiden helpon siirrettävyyden ja sähkön saatavuuden takia.

Paineilmatoimisen pumpun painesuhde ilmoittaa, kuinka moninkertaisen paineen mäntäpumppu tuottaa suhteessa pumppua käyttävään ilmanpaineeseen. Esimerkiksi painesuhteella 40:1 mäntäpumppu kehittää 24 MPa:n (240 bar:n) lähtöpaineen maalille, kun ilman tulopaine on 0,6 MPa (6 bar). Maalisuuttimelle saatava paine riippuu pumpun lisäksi letkujen pituudesta ja halkaisijasta, suodattimien lukumäärästä ja tiheydestä, suuttimien koosta sekä maalin tyypistä ja lämpötilasta. Maalin hajottamiseen vaadittava paine riippuu maalityypistä.

Painesuhteen lisäksi pumpun tuotto (l/min) saattaa rajoittaa suurien suuttimien käyttöä. Jos tuotto on liian pieni, maalisuihkun leveys alkaa vaihdella sykäyksittäin. Lisäksi pienituottoinen pumppu käy tiheään, jolloin syntyy kitkalämpöä ja kuluminen lisääntyy. Pumpun teoreettista tuottoa kannattaa ylimitoittaa vähintään 30 %.

Suurpaineruiskun viuhkan muotoa säädetään valitsemalla sopiva suutin. Maalisuuttimen viuhkan leveys ilmoitetaan viuhkan avaumakulman asteina. Tyypillisen yleissuuttimen kulma on 40º – 50º. Suuttimia on 10º:n välein 20 – 90º. Suutinkulma vaikuttaa maalikalvon paksuuteen, kun ruiskutetaan vakionopeudella. Viuhkan hienosäätöä voidaan tehdä säätämällä tuotteen viskositeettia ja työpainetta.

Suutinkulman vaikutus maalikalvon paksuuteen

On olemassa myös säätösuuttimia, joilla viuhkan leveyttä voidaan säätää portaattomasti, mutta niillä saatava maalausjälki on melko huono. Viimeistelysuuttimet tuottavat hienojakoisen maalisumun ja parantavat siten maalipinnan tasaisuutta. Suuttimen aukko ei ole pyöreä ja sen muoto vaihtelee samankokoisilla suuttimilla halutun viuhkan leveyden mukaan. Siksi aukon koko ilmoitetaan vertailuhalkaisijalla. Vertailuhalkaisija ilmoittaa pyöreän aukon halkaisijan, jonka läpivirtaus on sama kuin kyseisellä suuttimella.

Maalisuuttimen hyvin pienen reiän vuoksi kaikki epäpuhtaudet on saatava pois maalista ennen suutinta suuttimen tukkeutumisen välttämiseksi. Imuputken päässä on karkeasuodatin, joka estää suurimpien roskien pääsyn pumppuun. Pumpun jälkeen maali kulkeutuu pääsuodattimeen. Yleensä pistoolissa on vielä kahvasuodatin, joka varmistaa pienimpien roskien suodattumisen.

Ruiskutuspistooleja on olemassa erilaisille käyttöpaineille, mutta maalin paine on aina suuttimen edessä niin suuri, että se läpäisee ihon. Tavallisesti suuttimen edessä on suojus, joka estää käden joutumisen lähelle suutinta. Maaliletkuihin on merkitty enimmäistyöpaine, jonka on oltava suurempi kuin pumpun maksimipaine. Letku aiheuttaa noin 0,2 MPa:n painehäviön 10 metrillä. Kun tarvitaan pitkiä letkuja, niiden on oltava paksuja. Toisaalta paksu jäykkä letku hankaloittaa pistoolilla työskentelyä.

Maalin virtaus letkussa aiheuttaa staattista sähköä. Tämän vuoksi pumppu ja maaliastia tulee maadoittaa. Kun ruiskua pestäessä liuotinta kierrätetään pistoolin kautta astiaan, liuotin sumuuntuu helposti ja voi muodostaa räjähdysvaarallisen seoksen. Staattisen kipinöinnin välttämiseksi myös pesuliuotinastia maadoitetaan, ja pistoolia pidetään kiinni astiassa staattisen sähkön estämiseksi.

Ilma-avusteinen suurpaineruiskutus

Ilma-avusteisessa (airmix) suurpaineruiskutuksessa yhdistetään sivuilma- ja suurpaineruiskutuksen edut. Saadaan hyvälaatuinen maalipinta ja kohtalainen kapasiteetti hyvällä siirtohyötysuhteella ja voidaan käyttää korkeaviskositeettisia maaleja. Suurpaineruiskutuspistooliin on lisätty ilmasuutin, joka lisää maalin sumuuntumista. Pistoolilla voidaan säätää maalisuihkun leveyttä. Painesuhde on 1:8 – 1:17 eli selvästi alhaisempi kuin suurpaineruiskuissa.

Kuumaruiskutus

Maalin lämmitys alentaa maalin viskositeettia, mikä vähentää ohennus- ja ruiskutuspaineen tarvetta ja parantaa ruiskutuksen hyötysuhdetta. Kun maali purkautuu ruiskusta, se jäähtyy nopeasti. Tullessaan maalattavaan pintaan maalin lämpötila on laskenut jo lähes ympäristön lämpötilaan. Maalin viskositeetti on silloin korkea, jolloin valumisherkkyys on vähäinen, ja maalia voidaan ruiskuttaa paksuja kerroksia.

Maalin jäähtyminen ja viskositeetin kasvu kuumaruiskutuksessa

Liuotteettomalla tai vähäliuotteisella maalilla ruiskutetussa maalikalvossa on vähän haihtuvia liuotteita, jolloin maalikalvosta tulee tiivis. Joskus ohiruiskutuspöly voi laskeutua maalatulle pinnalle ja aiheuttaa karheaa pintaa. Tällöin maalissa on käytettävä hitaammin haihtuvia ohenteita, jotta maalipinta pysyy auki.

Lämmitystä voidaan käyttää kaikissa ruiskutusmenetelmissä, joissa käytetään pumppua. Maalin täytyy kiertää letkuissa, vaikka pistoolilla ei ruiskutetakaan, koska maali alkaisi jähmettyä seisoessaan lämmittimessä. Maalauspistoolille menee kaksi maaliletkua. Toista letkua pitkin ylimääräinen maali palaa pumpun imuputkeen tai maaliastiaan.

Kuumaruiskun periaate

Sähköstaattinen ruiskutus

Sähköstatiikan avulla ohiruiskutusta voidaan vähentää merkittävästi. Sähköstatiikkaa hyödynnetään sekä märkä- että varsinkin jauhemaalauksessa. Maalipartikkelit varataan sähköisesti maalipistoolissa, jolloin ne hakeutuvat kohti maadoitettua työkappaletta. Maali levittyy myös maalattavan kappaleen takapinnalle.

Ruiskutustekniikka

Ryhdyttäessä maalaamaan on etukäteen selvitettävä ruiskupistoolin tehokkain ohjailutapa. Huolellinen työskentelytapojen ennalta suunnittelu tuottaa selvää kustannussäästöä ja nostaa merkittävästi maalauskapasiteettia.

Pistoolin liipaisimen käyttö

Aloitettaessa ruiskumaalausta tulee kiinnittää erityistä huomiota liipaisimen käsittelyyn. On opittava katkaisemaan maalin tulo tarkoituksenmukaisella hetkellä. Maali kasautuu kaistojen päihin, mikäli ruiskutusta ei aloiteta ja päätetä kappaleen ulkopuolelle.

Nopeuden ja etäisyyden suhde

Oikean etäisyyden ja ruiskutusnopeuden suhde on asia, jonka ruiskuttaja oppii vain harjoittelemalla. Tärkeätä on tarkkailla sitä, että maalia tulee pinnalle riittävästi, siten että koko pinta kastuu. Mikäli maalia on liian vähän, pinnasta tulee karhea; jos sitä taas on liikaa, alkaa maali valua pystypinnoissa.

Ruiskutus

Kappaletta ruiskutettaessa ruiskutuskaista aloitetaan levynulkopuolelta ja liipaisinta vedetään vähän ennen kuin pistooli ohittaa kappaleen reunatason. Liipaisin, vapautetaan vastaavasti levyn toisessa päässä, kun pistooli on ohittanut vastakkaisen reunatason. Yleensä työ on suoritettava suorin, tasaisin kaistoin siten, että jälkimmäinen kaista peittää aina n. 50 % edellistä. Mitä lähempänä pintaa pistoolia pidetään, sitä enemmän maalia pintaan kerääntyy, joten pistoolia on siirrettävä vastaavasti nopeammin valumien estämiseksi. Jos pistoolia pidetään liian kaukana maalattavasta kappaleesta, syntyy liian kuiva maalikerros ja runsaasti hajasumua.

Pitkien kappaleiden ruiskutus

Pitkällä kappaleella tarkoitetaan tässä yhteydessä kappaletta, jota ei kyetä ruiskuttamaan yksimittaisella ruiskutuskaistalla, vaan ruiskutuskaistoja tulee useita peräkkäin. Pitkä kappale ruiskutetaan jakamalla pinta n. 0,6 – 1,5 m:n mittaisiin osiin. Ruiskutettaessa käytetään samanlaista liipaisintekniikkaa kuin pienempienkin pintojen ruiskutuksessa. Jokainen osakaista limittyy edellisen kaistan päälle häivyttäen. Samaa tekniikkaa sovelletaan myös suurilla yhtenäisillä pinnoilla, kuten esim. katot ja seinät.

Pistoolin etäisyys

Ruiskutus tulee suorittaa ns. vakioetäisyydeltä. Mikäli pistooli viedään liian lähelle pintaa, maali kerääntyy pienelle alueelle ja aiheuttaa valumia, ellei pistoolin liikenopeutta samalla lisätä. Ruiskutusetäisyys sivuilmaruiskutuksessa on 150 – 300 mm ja suurpainemaalauksessa n. 200 – 400 mm. Etäisyys tulee säilyttää vakiona koko pinnan osalla. Pistoolia ei saa liikuttaa kaarevaa rataa käyttäen, jos kohde on suora taso.

Pistooli pidetään suorassa kulmassa maalattavaan pintaan nähden. Jos pistoolia käännetään niin, että kulma muuttuu, pinnasta tulee epätasainen. Laidoilla muodostuu maalisumua.

Sisä- ja ulkokulmien ruiskutus

Sisäkulmia ruiskutettaessa on syytä reunustaa kukin tasopinta erikseen. Mikäli sisäkulmaa yritetään ruiskuttaa suuntaamalla suihku kohtisuoraan kulmaan siten, että yhdellä kaistalla saataisiin ruiskutetuksi kummatkin kulman viereisistä sivuista, leviää maali epätasaisesti ja valumavaara on ilmeinen. Syrjiä ja ulkokulmia ruiskutettaessa suunnataan pistooli kohtisuoraan kulmaa vastaan. Tällöin saadaan ruiskutettua reuna ja tasopinnan etuosa. Sen jälkeen ruiskutetaan tasopinta, kuten aiemmin on selostettu.

Nurkassa ruiskutetaan kumpikin seinä kohtisuoraan, edeten nurkasta poispäin tai pystysuunnassa kohteen mukaan.

Väärä pistoolin kohdistus nurkassa. Jäljestä ei tule tasainen.

Kulman oikea ruiskutusasento.

Kapeat kohteet

Ruiskutusviuhka määräytyy maalattavan kappaleen mukaan. Kapeaa pystypaalua varten ei tietenkään käytetä leveää vaakasuoraa viuhkaa. Suppea vaakaviuhka tai leveä pystyviuhka antaa hyvän peiton ilman liiallista ohi ruiskutusta. Toisaalta ei pidä yrittää työskennellä turhan kapealla viuhkalla.

Ohiruiskutusta vähennetään käyttämällä kohteeseen parhaiten sopivaa viuhkan muotoa. Keskimmäinen kuva esittää edullisimman tekniikan.

Monimuotoisten kappaleiden ruiskutus

Ruiskutettaessa verkkomaisia pintoja, kuten ritilöitä tms. tulee ruiskutussuunta valita niin, että yhdellä kaistalla saadaan peitetyksi mahdollisimman suuri alue. Verkkopintaa ruiskutettaessa on pinnan taakse syytä asettaa taustalevy ruiskutuksen ajaksi. Tämä levy suuntaa ohi lentävän maalin osittain verkon takapintaan. Suuria monimuotoisia esineitä ruiskutettaessa tulee tarkoin suunnitella etukäteen käytettävä työjärjestys.

Verkkomaisten kappaleiden ruiskutus.

Ruiskumaalauksen turvallisuusohjeita

Suurpainelaitteita käyttöön otettaessa on tutustuttava valmistajan antamiin laitekohtaisiin ohjeisiin ja noudatettava niitä tarkoin. Ruiskulaitteiden sijoitusta, ruiskutustilojen ilmanvaihtoa ja luokitusta koskevaa aineistoa voi tiedustella Kauppa- ja teollisuusministeriöstä (KTM), Suomen Standardisoimisliitosta (SFS 3358), Turvatekniikan keskuksesta (TUKES) ja Oy Edita Ab:stä (Lainsäädännön alempiasteisia säädöksiä). Suurpaineruiskutuksessa nestevirtaus aiheuttaa kitkaa. Tämä puolestaan aiheuttaa laitteistossa sähköstaattisen varauksen, joka voi aiheuttaa kipinöintiä. Jotta räjähdysvaaralta vältyttäisiin, on varmistettava, että laitteisto ja maalattava kohde on maadoitettu. Mikäli epäilet maadoitusta, on laite, maalattava kohde ja pistooli maadoitettava erillisellä johtimella. Ilmamännän poistoilma tulee ohjata pois työtilasta, jotta työtilaan ei tule öljysumua. Vaikka suurpaineruiskutus on ns. sumuton menetelmä, on ilmassa kuitenkin maalihiukkasia ja liuotteita, jotka ovat terveydelle haitallisia. Ruiskutettaessa on käytettävä hengityssuojaimia. Myös vesiohenteisia tuotteita ruiskutettaessa on suojaimia käytettävä. Varo ruiskutussuihkua. Älä milloinkaan suuntaa suihkua toista ihmistä tai itseäsi kohti. Korkea ruiskutuspaine aiheuttaa loukkaantumisen välittömästi. Laitteistossa käytettävien letkujen, pistoolin ja liittimien sekä muiden osien on kestettävä laitteen tuottama maksimipainetta. Sähköstaattisessa maalaustyössä ei saa käyttää eristäviä käsineitä ja jalkineita.

Lähdekirjallisuus

Metallipintojen teollinen maalaus / TIKKURILA OY INDUSTRIALCOATINGS

Metropolia / Materiaali- ja pintakäsittelytekniikka, Teräsrakenteiden pintakäsittelyn laaduntarkastajien aineisto, Kai Laitinen