De la începutul anilor 1970, tehnologia de pulbere cu pulbere prin pulverizare electrostatică a fost una dintre tehnologiile de vopsire a metalelor cu cea mai rapidă creștere și mai largă utilizare în lume.
Există două metode pentru încărcarea vopselelor pulbere - tribostatice (încărcare tribo) și încărcarea în câmpul de descărcare corona (încărcare corona). În diferite stadii de dezvoltare a tehnologiei pulberilor, apoi una, atunci o altă metodă a găsit o mare popularitate în diferite regiuni ale lumii. Discuțiile despre ce metodă este mai bună continuă și astăzi. Cu toate acestea, adesea argumentele prezentate în apărarea avantajelor unei metode nu sunt fundamentate științific și sunt deseori determinate de interesele comerciale ale producătorului sau vânzătorului de echipamente.
Multe dintre trăsăturile caracteristice ale ambelor metode de încărcare rezultă direct din fizica procesului de obținere a încărcării prin particule de pulbere. Prin urmare, merită să începeți cu o scurtă descriere a procesului.
Încărcarea tristatică
În traducerea din greacă, tribo înseamnă "frecare". Acest lucru înseamnă că, atunci când vorbești despre încărcarea tribo, înțelegem încărcarea prin frecare?
Noi de multe ori se vedea Tribo de încărcare în viața de zi cu zi - haine sintetice electrostatice, de descărcare atunci când atinge o clanță, după mersul pe jos intr-un fulger de descărcare covor, fulger - toate aceste cazuri sunt exemple reprezentative pentru taxa Tribo. Și, deși suntem bine familiarizați cu rezultatele încărcării cu triboi, oamenii de știință încă nu sunt de acord cu privire la detaliile subtile ale modului în care această taxă este dobândită. Cea mai largă explicație a tribo-încărcării poate fi descrisă pe scurt astfel:
Diferitele materiale au valori diferite ale energiei necesare pentru a îndepărta un electron de la nivelul orbitei atomului ("funcția de lucru").
Dacă creați un contact între materiale cu diferite funcții de operare, electronii din materialul care necesită mai puțină energie vor curge în materialul care necesită mai multă energie.
Ca urmare a tranziției electronilor de la un material la altul, electronii care pierd electronii devin încărcați pozitiv, iar electronii câștigători sunt încărcați negativ.
Abilitatea materialelor de a lua sau de a da o sarcină la contact este reflectată în seria tribostatică, exemplul căruia este prezentat în ilustrația 1.
Dacă acceptăm teoria de mai sus, atunci ce are legătură cu fricțiunea? La urma urmei, ar fi suficient să atașați un material la altul și să obțineți o taxă. Și chiar este. Dar.
Mai întâi, frecare crește suprafața contactului dintre cele două materiale - de exemplu, particule de vopsea pulbere și suprafețe de încărcare din interiorul sprayului.
În al doilea rând, în viața de zi cu zi nu există practic suprafețe perfect curățate - există întotdeauna poluare din mediul înconjurător, filme subțiri de umiditate etc. Fricțiunea permite penetrarea prin "bariera" contaminanților de suprafață și obținerea unui contact direct între materialele încărcate.
În al treilea rând, datorită fricțiunii, un material este transferat în altul, ceea ce contribuie și la procesul de încărcare.
Factorii care afectează eficiența încărcării tribo.
Pentru a îmbunătăți eficiența încărcării cu trei încărcături a acoperirilor sub formă de pulbere, este important să:
Selecția optimă a unei perechi de materiale de contact.
Cel mai răspândit material utilizat ca suprafață de încărcare în interiorul tribo-periilor este PTFE sau Teflon. Conform seriei tribostatice, fluoroplasticul este unul dintre cele mai electronegative materiale - el primește electroni la contactul cu multe alte materiale, câștigând o încărcătură negativă. În consecință, multe materiale care intră în contact cu fluoroplastice emit electroni și dobândesc o încărcătură pozitivă.
Este logic să se concluzioneze că, în funcție de electropozitivitate lor (electronegativitate), diferite în vopsele pulverulente compoziție va fi încărcat în grade diferite în timpul depunerii de către aceeași napylitel. De exemplu, materialele pulverulente care conțin epoxi creează o pereche bună și eliberează ușor electronii la contactul cu PTFE. În același timp, vopselele de poliuretan vor fi încărcate mai puțin eficient în contact cu suprafețele de încărcare fluoroplastice.
Este posibil să se obțină o încărcătură tribo bună pe acele pulberi care sunt slab încărcate în interiorul depunătorilor fluoroplaști? De exemplu, puteți folosi Nylon ca suprafață de încărcare. Nylonul este un material electozotiv pronunțat care va transfera cu ușurință electroni în alte materiale. Cu toate acestea, nailonul nu este folosit pe scară largă ca material tribo-încărcare în industria pulberilor. Ideea este că nailonul este crud și majoritatea materialelor sub formă de pulbere vor fi supuse polimerizării prin impact atunci când frecați / stresați suprafețele de nylon. Acoperirea rezultată a pulberii polimerizată prin șoc pe suprafețele de încărcare reduce în mod semnificativ eficiența încărcării sau duce la înfundarea canalului atomizor.
Dimensiunea particulelor vopselei cu pulbere.
Deoarece încărcarea particulelor de pulbere depinde de modul în care putem crea eficient frecare (coliziune) între particulele de pulbere și încărcarea suprafețelor atomizorul, este logic să se concluzioneze că particulele mai mari de încărcare a pulberii mai bună decât cea mai mică. Acest lucru se datorează nu numai faptului că particulele mari au o inerție mare, dar și o suprafață mai mare a suprafeței lor. Prin urmare, pentru a optimiza eficiența de încărcare tribo, nu numai că materialul (compoziția chimică) a pulberii utilizate ar trebui să fie potrivit, dar și dispersia particulelor de pulbere nu trebuie să conțină un volum crescut de "fine".
Nivelul de contaminare pe suprafața materialelor de contact.
Contaminarea cea mai tipică este umiditatea din aerul atmosferic sau comprimat. De exemplu, în timpul iernii, în vreme înghețată, cu umiditate scăzută a aerului, este mult mai probabil să testați descărcarea prin atingerea mânerului ușii după ce ați mers pe covor sau ați ieșit din mașină. În mod similar, în procesul de încărcare a materialului pulverulent în interiorul tribo-prafului, cu cât umiditatea aerului comprimat utilizat pentru transportul pulberii este mai mică, cu atât este mai mare eficiența încărcării.
Astfel, pentru o încărcare tribo eficientă, este important să aveți un sistem bun pentru pregătirea și dezumidificarea aerului comprimat - un sistem care asigură aer complet liber de uleiuri și cu un punct de rouă (-10 ° C) și mai mic. Proiectarea sistemului de încărcare din interiorul pulverizatorului. Cel mai elementar spray tribo este un tub fluoroplastic, răsucite într-o spirală (Figura 2). Randamentul de încărcare într-un astfel de tub este limitat prin faptul că numai o mică suprafață a suprafeței interioare a tubului intră în contact intens cu materialul pulverulent. Când amestecul de pulbere și aer curge printr-o spirală (sau orice canal curbat), forțele centrifuge separă pulberea de aer și densitatea maximă a fluxului de pulberi va fi la raza exterioară a tubului. În plus, doar particulele de pulbere care sunt în contact direct cu pereții tubului de încărcare vor primi o încărcătură, restul poate rămâne descărcat (sau încărcat slab), cu excepția cazului în care se creează turbulențe și amestecarea fluxului de pulbere. Astfel, pentru o încărcare tribo eficientă a pulberii, pulverizatorul trebuie: să aibă un design care să conducă la contacte multiple între particulele de pulbere și suprafețele de încărcare; promovează amestecarea turbulentă a pulberii în timp ce trece prin atomizor, permițând ca cât mai multe particule de pulbere să ajungă în contact cu suprafețele de încărcare;
Atunci când se încarcă pulberea în câmpul de descărcare corona, se creează un câmp electric foarte neuniform între electrodul de încărcare al pulverizatorului și produsul pentru împământare care urmează a fi vopsit.
Descărcarea coroanei umple spațiul dintre electrodul de încărcare și produsul cu un număr mare de ioni (molecule de aer încărcat). În timpul depunerii, unii ioni se alătură particulelor pulberii, încărcându-le astfel. Din păcate, mulți ioni rămân "liberi" - nu sunt atașați de particulele de pulbere. Urmărind liniile câmpului electric, ionii liberi zboară spre produsul împământat la viteze mult mai mari decât viteza particulelor de pulbere (vezi Figura 5). Dacă suprafața produsului nu are o acoperire dielectrică, încărcătura livrată de produs de ioni liberi curge la sol fără a afecta negativ procesul. Cu toate acestea, odată ce stratul de pulbere formată pe suprafața produsului, capacitatea ionilor liberi să curgă în jos la pământ devine limitat, iar ei încep să ridice încărcătura cumulativă pe stratul de acoperire. Acumularea încărcăturii pe stratul de acoperire duce la dezvoltarea "ionizării inverse" - deversări electrice în interiorul stratului de acoperire aplicat, ceea ce duce la deteriorarea calității acoperirii și la o scădere semnificativă a eficienței depunerii particulelor de pulbere. În cazul în care produsul de colorare are deja un strat de acoperire dielectric (topit) (așa cum se întâmplă atunci când zugrăvirea sau acoperire multistrat), ionii liberi și suprafața încărcată a muștelor articol respinge particulele de pulbere încărcate, limitând posibilitatea de a aplica un nou strat de acoperire. Una dintre caracteristicile distinctive ale sistemelor cu descărcare corona este influența câmpurilor electrice externe (cu descărcare Corona), penetrarea particulelor de pulbere de dure părți suprafețe - un efect cușcă Faraday. După cum se vede în figura 6, o combinație de câmpuri ale descărcării corona și taxa spațiu creând un câmp de mare intensitate în zona proeminențelor sau marginile locașurilor. Acest câmp intens contribuie la depunerea mai intensă a particulelor de pulbere încărcate în aceste regiuni pot fi acoperite cu articole și într-o anumită măsură, a preveni pătrunderea pulberii în adânciturile. În absența controlului asupra curentului de încărcare și a numărului de ioni liberi, ionizarea inversă se poate dezvolta pe secțiunile proeminente ale articolului cu mult mai devreme decât acoperirea pe suprafețele deprimate poate forma, prevenind astfel formarea acestuia.
Efectele secundare asociate cu rezistența câmpului în zona depunerii pulberii, ionizării inverse și acumulării încărcării pe suprafața produsului care urmează a fi vopsit sunt foarte nedorite atunci când se optimizează procesul de acoperire cu pulbere. În mod tradițional, crearea unui exces de ioni liberi a reprezentat unul dintre principalele dezavantaje ale procesului de încărcare a vopselelor cu pulbere corona.
Procesul de depunere a unei pulberi încărcate
Uneori este necesar să se audă că sistemele cu încărcare tribo nu creează un câmp electric între atomizor și produsul pulverizat. Din acest motiv, opacitatea și celelalte zone greu accesibile ale produsului se presupune că sunt mult mai bune atunci când se utilizează spray-uri tribo.
Astfel de afirmații nu sunt complet corecte. Ori de câte ori există o încărcătură, există și un câmp electric. În sistemele corona (figurile 5 și 6) există două surse de câmp electric - electrodul de încărcare al atomizatorului este încărcătura cumulată a unui nor de particule de pulbere încărcate și ioni liberi. Câmpul electric din zona depunerii de pulberi (în apropierea suprafeței părții) este rezultatul interacțiunii (nu a sumei) a acestor două câmpuri.
În sistemele cu încărcare tribo (Figura 8), câmpul electric din apropierea suprafeței produsului pulverizat există, de asemenea, și (în funcție de gradul de încărcare a pulberii) poate fi destul de semnificativ.
Cu toate acestea, absența unui câmp "extern", ca și în cazul descărcării coroanelor, într-un anumit mod facilitează aplicarea acoperirii pe suprafețele interioare ale produselor de formă complexă.
O diferență importantă între sistemele tribo este absența ionilor liberi (molecule de aer încărcat) în sistemele tribo-pulverizare. Absența ionilor liberi reduce intensitatea câmpului de încărcare spațială și încetinește semnificativ dezvoltarea ionizării inverse pe suprafața produsului pulverizat. Având în vedere cele din urmă, calitatea (netezimea, lipsa de shagreen) a suprafeței acoperirilor aplicate prin metoda tribo depășește uneori calitatea acoperirilor realizate de sistemele tradiționale de descărcare a coroanelor. Absența ionilor liberi face ideal sistemul tribo atunci când sunt necesare mai multe straturi de acoperire cu pulbere. De exemplu, Expoziția 9 prezintă procesul de colorare a produselor de acoperire a pudrelor necomplicate geometric - cadre pentru biciclete. Dar iluzia "necomplicată" dispare atunci când aflăm că acesta este procesul de a aplica mai întâi o "culoare" și apoi o pulbere transparentă
acoperiri pe cadrul de biciclete Schwinn. Ambele se aplică peste straturile deja existente de electroforeză și strat de acoperire. Cu ajutorul sistemelor de încărcare corona, ionii liberi ar conduce la încărcarea rapidă a suprafeței dielectrice a acoperirilor deja aplicate și ar fi dificil să se formeze un strat uniform și neted de lac.
O altă diferență importantă între sistemele tribo și coroana de încărcare este, adesea, aerodinamica procesului de pulverizare. Posibilitatea de a folosi o gamă mult mai mare de duze cu sisteme tribo permite adesea obținerea unei uniformități ridicate a torței de pulverizare și oferă mai mult
optimizarea aerodinamică în zona de depunere a stratului de acoperire. Este util să observăm că optimizarea acoperirii pe părțile greu accesibile ale produselor depinde adesea mult mai mult de aerodinamica procesului de aplicare decât de electrostatice.
Figura 10 prezintă aplicarea unui strat de acoperire pe un distribuitor cu flux de aer, o componentă proiectată pentru un flux eficient de aer și este unul dintre cele mai complexe produse pentru acoperirea cu pulbere. În cazul în care torța de pulverizare are o viteză excesivă, particulele de vopsea pulbere zboară prin deschiderile produsului fără nici cea mai mică șansă de precipitare. Tribo pulverizator, echipat cu o duză adecvată, creează un spray foarte moale și uniform, care este necesar pentru piercing foarte eficient și complet.
Este de remarcat, de asemenea, faptul că triobaspylitelya duză bine concepută poate îmbunătăți semnificativ eficiența încărcării pulberii.
După cum se poate observa din analiza de mai sus, ambele metode de încărcare a particulelor utilizate în industria de acoperire cu pulberi au avantajele și dezavantajele lor. Figura 11 le rezumă.
Rețineți că printre criteriile de comparare a celor două metode de încărcare nu există niciun criteriu "Eficiența aplicației". Faptul este că eficacitatea depinde de proiectarea echipamentului și de modul în care acesta este utilizat de consumator.
În ultimii 5-7 ani de dezvoltare a industriei de acoperire cu pulberi, se poate spune cu certitudine că sistemele de încărcare a coroanei domină piața în ceea ce privește numărul de pulverizatoare utilizate în lume.
Principalele motive pentru aceasta sunt:
- eficiența încărcării celei mai largi game de vopsele;
- Sensibilitate scăzută la umiditatea mediului ambiant și a aerului comprimat;
- abilitatea de a schimba rapid culorile;
- dezvoltarea de noi metode de control al proceselor care minimizează deficiențele tradiționale ale sistemelor de descărcare a coroanelor.
În ciuda popularității mai largi a sistemului de taxare a coroanei, aplicațiile în care tribo-ul are avantaje semnificative continuă și vor continua să existe. Costul relativ scăzut, ușurința în proiectarea și producția de pulverizatoare tribo elementare contribuie, de asemenea, la popularitatea lor pe piețele emergente. Cu toate acestea, trebuie menționat faptul că atunci când alegeți metoda de încărcare a vopselelor pulverulente, care îndeplinește cel mai bine cerințele dumneavoastră, nu trebuie să fiți ghidați de un cost redus, deoarece atunci când economisesc investiții în echipament, consumatorul, de regulă, plătește mult mai mult pentru creșterea consumului de pulbere.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: