Абразивные материалы


(20) Декабрь 2003

Алексей Шмаков

«Дай шкурки!
Шкурка у меня знаешь где?
На …!!!»
(Из разговора маляров-христиан)

Для начала небольшой «ликбез». Абразивы — это мелкие острые твердые частицы, используемые в свободном или связанном виде для обработки (в том числе для придания формы, обдирки, шлифования, полирования) разнообразных материалов и изделий из них. Действие абразивов сводится к удалению части материала с обрабатываемой поверхности.

Абразивы бывают естественные и искусственные. К естественным (природным) абразивным материалам, имеющим промышленное значение, можно отнести алмаз, корунд, наждак, кварцевый песок и др.
Кстати, термины «наждачка», «наждачная бумага» среди маляров и жестянщиков сейчас имеют нарицательное (слэнговое) значение, поскольку в абразивных материалах (в дальнейшем АМ), применяемых в «малярках», используются в основном оксид алюминия (Al2O3) или карбид кремния (SiC), полученные искусственным путем.
Стоит упомянуть, что понятие абразивные материалы (хочется немного отойти от понятия абразивный инструмент, объединяющего и инструмент определённой геометрической формы, т.е. твёрдый, включая круги, шлифовальные головки, бруски и т.п.) охватывает разнообразные плоскостные, объёмные и химические материалы в основе которых всегда лежит зерно, большего или меньшего размера, большей или меньшей твёрдости предназначенные для обработки, в нашем (автомобильном) случае: металлов, пластиков, дерева (в автомобилях редко, но встречается), подготовительных материалов, эмалей и лаков.
К плоскостным (гибким) материалам относятся шлифовальные шкурки (терминология ГОСТа) или “наждачки” на различной основе и различной конфигурации, а также сетки и фибры.
Объёмные материалы представлены в виде шлифовальных, матирующих губок и обдирочных кругов (нетканая, синтетическая, пористая основа, пропитанная абразивом).
Химические материалы - это шлифовальные и полировальные пасты различной вязкости. Пасты представляют собой смеси свободных абразивов с комплексом различных химических веществ, образующих мягкие, пластичные связки. К данной категории можно отнести и так называемые шлифовальные глины.
На рынке AM сейчас присутствует большое количество производителей: от грандов (начиная с ЗМ и Norton) до тех, кто стесняется проставить собственное имя на своих изделиях, поэтому возникает проблема решения задачи «революционной целесообразности», т. е. приобретения AM в соответствии со стоимостью и требованиями к качеству поверхности, временем, технологией обработки.
Исходя из опыта работы с различными AM, нужно признать, что снижение затрат при покупке может в дальнейшем привести к их резкому увеличению, связанному с исправлением погрешностей в виде редких, но глубоких царапин, да и количество затраченных дешевых материалов может превысить все мыслимые пределы. Помножьте это на время и стоимость.
Мы ставим целью, чтобы вы, имея хотя бы начальные сведения, хорошо ориентировались в гамме AM.
Итак, какими же минимальными знаниями в области AM (в частности, плоскостных) должен обладать начинающий (молодой или не молодой) специалист?

Первое

AM различаются по степени зернистости, т. е. по величине зерна, наклеенного на подложку, и, соответственно, по глубине проникновения в верхний слой обрабатываемого материала. В России действует ГОСТ 3647-80, согласно которому AM (разговор сейчас идет только о «шлифовальной шкурке») делятся на четыре группы: шлифзерно, шлифпорошки, микрошлифпорошки и тонкие микрошлифпорошки. Они, в свою очередь, подразделяются на несколько ступеней в зависимости от размера зерен основной фракции в мкм: чем больше номер абразива, тем грубее наждачка.
За рубежом — иные подходы. В США существует стандарт CAMI. В Европе действует стандарт FЕРА (Федерация европейских производителей шлифовальных средств), по которому номера абразивов располагаются с точностью наоборот: чем больше номер, тем мельче абразивные зерна, а зернистость «наждачек» обозначается буквой Р (не путать с абразивными кругами и пр., обозначаемыми буквой F — твердые абразивы).
Наверняка сегодня уже никто не рискует обрабатывать кузовные детали российскими АМ с соответствующими обозначениями, но на всякий случай, чтобы вам лучше ориентироваться в соответствующих номерах (а кому-то интересно знать и размеры зерен), мы приводим таблицу, в которой попытались наиболее точно перевести FEPA в ГОСТ и обратно.
Сегодня подобного рода таблицы (может быть, не такие точные) публикуют многие, благо есть возможность воспользоваться информационными материалами той же FЕРА или самих производителей, но — поверьте на слово! — создавая в 1995 г. прототип данной таблицы, пришлось прилично повозиться, пересчитывая «их» номера в кубические микроны и «засеивая» этими микронами квадратные дюймы.


Для справки: 1 мкм (микрометр или микрон) равен 0,001 мм, иными словами: в одном миллиметре — тысяча микрон, а толщину в сто микрон можно представить, пощупав стандартный лист писчей бумаги.


Кстати, обратите внимание на невероятный разброс зерна по ГОСТ 3647-80 — это уже говорит о соответствующем качестве обработки.
Таблица 1. Обозначение зернистости абразивных материалов

А что, собственно, нам дает размер зерна? Ну, кроме глубины риски, скорости и качества обработки поверхности, практически ничего. Сами понимаете, что зерном в 2 мм на ремонтируемой детали можно быстро напахать такого… А вот выведение этих борозд, предположим, зерном в 10 мкм займет очень много времени, да и необходимого качества вряд ли удастся добиться.
Поэтому давайте совершим небольшой технологический экскурс.

Как? Отчего? И почему?

Естественно, что риски от более грубого АМ глубже, чем от более мелкого, поэтому существует определенная пошаговая закономерность.
Если вы начали работать грубым абразивом, то следующий проход по данному материалу нужно сделать более мелким, при этом шаг зернистости не должен превышать 100 единиц (при работе грубыми абразивами) для более равномерного и качественного выравнивания (понижения рисок). То есть, например, начав обработку универсальной шпатлевки зерном Р80, при следующем проходе вы применяете зерно не мельче, чем Р180.
Предложу еще один метод переходов: он основан на двукратном (оптимально-обоснованное значение) снижении глубины риски и, соответственно, улучшении качества поверхности в два раза. Вы можете ориентироваться на размер риски (см. табл. 2) и, начав обработку Р60 с риской 27–35 мкм, обязаны (обязывает качество) следующий проход делать АМ Р150 с риской 15–17 мкм (что составляет примерно половину от 27–35 мкм), ну а потом — сами понимаете — 8–9мкм (Р280), и т. д. применительно к конкретному ЛК-материалу.
В принципе возможно применение других шагов, но сильно мельчить не нужно: это приведет к увеличению номенклатуры АМ, которая и так бывает достаточно широкой, поскольку может зависеть от разных причин, в том числе и от личных пристрастий конкретного маляра, и от необходимости подбора под специфический материал.

Таблица 2. Диапазон размера риски Rz.

Существенным фактором необходимости обрабатывать конкретный материал определенным зерном с определенным количеством шагов и проходов является возможность последующей просадки нанесенного на обработанную поверхность следующего типа (слоя) ЛКМ. Это нужно учитывать при обработке любой детали и не допускать данной ошибки, хотя риски под слоем эмали или лака ярче и быстрее всего проявляются на капотах, работающих в жестко-цикличном режиме нагрева-охлаждения. К сожалению, процесс полимеризации ЛКМ может оказаться несколько более растянутым, чем предполагает маляр, соответственно, проявятся и грубые (для каждой толщины слоя свои) риски, первоначально укрытые непросевшим материалом.
Есть еще один момент, который немаловажен при работе с АМ: каждый ЛК-материал обладает определенной (ограниченной) способностью перекрывать «проблемные» риски за счет большего числа слоев, но при этом закономерно увеличивается его расход и время, а в конечном итоге — общая стоимость работ. Также стоит учесть изменение (ухудшение) физико-механических свойств ЛКМ при нарушении технологии нанесения (увеличении количества слоев и толщины).
Стоит упомянуть и о разнице в рисках при работе одним номером (например, Р400), но «мокрой» и «сухой» наждачкой. Глубина риски от «мокрой» наждачки будет больше, так как постоянная подача воды обеспечивает дополнительный вынос снятого материала, а само зерно на ней находится только в двух связующих составах — основном и покрывающем — и не укрыто третьим слоем стеарата, как на «сухой».
Естественно, вы должны понимать и помнить, что на кузовном железе риски всегда мельче, чем на поверхности шпатлевки или наполнителя (у них разная плотность), исходя из этого и качество поверхности при работе одним и тем же абразивом будет различным (основной разговор сейчас идет все-таки о взаимодействии АМ с ЛКМ).
Ну и последнее замечание: шлифовка поверхности с помощью шлифмашинки с большой частотой колебаний (эксцентриситета) позволяет получить меньшую риску по сравнению с работой шлифком вручную тем же абразивом. При этом качество поверхности, конечно, не улучшится в 2–3 раза, но в зависимости от величины абразива можно гарантировать улучшение на 10–80 %.


Маленький технологический совет № 1. Риски (в частности, равномерно расположенные) лучше всего видны на продольном блике (блик вдоль направления риски) от лампы дневного света в помещении или блике от ярко освещенного окна, тоже в помещении. Только не фокусируйте взгляд на блике, он должен слегка двоиться.



Небольшое предупреждение
По вопросам качества АМ с размером зерна связаны две проблемы.
Первая проблема: попадание некалиброванного зерна на поверхность АМ при изготовлении. Это в дальнейшем приведет к появлению на обрабатываемой поверхности редких, но относительно глубоких рисок (чаще всего встречается у дешевых или малоизвестных производителей). Кстати, пара песчин, случайно попавших под тонкую наждачку, обеспечит не менее эффективные царапины, поэтому работайте аккуратно и не бросайте АМ куда попало.
Вторая проблема: среди недобросовестных производителей встречаются такие «умники», которые могут зерно большего размера обозначить как более тонкое. При этом производительность «странным образом» увеличится, но и пробивающиеся риски спокойно жить вам не дадут.


Если говорить о технологии обработки материалов различных производителей, то можно заявить следующее: практически все группы ЛК-материалов обрабатываются аналогичными номерами АМ, будь то Spies Hecker или Mobihel, Sikkens или BODY и т. д. Поэтому, проанализировав технологии большинства производителей и основываясь на опыте работы с ЛКМ, предлагаем вам табличку, где постарались учесть большинство факторов, влияющих на качественную подготовку к окраске (см. табл. 3). Отсутствие градаций по зерну на наждачке приводит к естественной замене объемными материалами: губки и матируны на синтетической основе. Зернистость в обоих случаях («всухую» и «по мокрому») указана для ручной шлифовки с гарантией непробития по риске. К сожалению, позднее проявление риски заставляет хвататься за голову владельцев окрашенных автомобилей и ярко высвечивает уровень квалификации маляров.



Маленький технологический совет № 2, который позволит уменьшить вероятность проявления рисок на относительно грубом зерне Р500–Р600–Р800 (подготовка «всухую» под «металлик»). При обработке поверхности «вручную» пересекающимися направлениями (обязательное условие) необходимо последний проход совершить перпендикулярно основным рискам, практически без нажима. Этим мы добиваемся равномерного рассечения треугольных рядов (грядок) и получаем из них ряды, состоящие из равносторонних пирамидок (тетраэдров), которые не будут визуально проявляться под любым углом относительно блика, а так же обеспечат лучшую адгезию для следующего слоя ЛКМ. Естественно, эту технологическую операцию легче выполнить АМ на мягко-упругой подложке или скотч-брайтом с аналогичной градацией.


Таблица 3. Рекомендуемая зернистость АМ при обработке

Публикуя данную таблицу, мы не претендуем на истину в последней инстанции, ведь у некоторых производителей — как ЛКМ, так и АМ — существует свой взгляд на проблему.


Маленький технологический совет № 3: естественно, что при механической обработке «всухую» с использованием ротор-эксцентриковой машинки подготовка под окраску осуществляется более грубыми АМ, чем рекомендуется при «ручной». «Четырехсотку» под «металликом» разглядеть еще можно, а вот Р500–Р600 — уже нет.


Наконец-то с зернистостью более-менее разобрались, теперь кратко о других нюансах.

Второе

Вы уже знаете о том, что наждачки делятся на группы в соответствии с технологией обработки. Напомним, что они бывают «мокрые» и «сухие».
Водостойкая наждачка должна обладать специфическими свойствами: при намокании с нее как минимум не должен осыпаться абразив, еще лучше, если лист не будет сворачиваться в тугую трубочку и скользить в ладони при обработке поверхности.
Постоянная подача воды в зону обработки увеличивает вынос снятого материала и уменьшает физические затраты на преодоление трения.


И постарайтесь, пожалуйста, не использовать технологию «по мокрому» на полиэфирных шпатлевках, которые впитывают воду: дальнейшее качество (без длительной просушки) от этого не улучшается.


При работе с «сухой» наждачкой меньше нюансов, но на один фактор стоит обратить внимание.
Специальное пылеотталкивающее стеаратное покрытие (стеарат цинка и стеарат кальция) позволяет снизить расход наждачки в несколько раз по сравнению, с не имеющей такового за счёт более «медленного забивания» пылью - стеарат заполняет структуру и полости, где застревает пыль. Также при шлифовании стеарат создаёт скользящий и охлаждающий эффект, тем самым минимизирует трение, хотя качество этого покрытия у разных фирм может быть на различном уровне.


Маленький технологический совет № 4. При работе машинкой с пылеотсосом почти вся пыль уходит в пылесборник, что обеспечивает защиту органов дыхания и снижает количество грязи в зоне подготовки до минимума. Любителям же пыли маленькая рекомендация: вместо того чтобы обстукивать лист наждачки обо все, что ни попадя, создавая пылевые облака, возьмите изношенный лист скотч-брайта и легко проведите им по забитой наждачке (желательно это проделывать над мусорным бачком) — ваши легкие скажут вам спасибо.


Эти показатели можно считать основными (каркас знаний об AM), при этом нужно помнить, что шлифматериалы различаются еще по виду основы, ее плотности и толщине, по видам связующих клеев или смол, по плотности насыпки абразива, по форме и способам крепления к инструменту, по назначению и даже цвету.