Корзина
7 отзывов
+380667205650
+380689588575
+380617082005
УкраинаЗапорожская областьЗапорожьеул.Экспрессовская, 28
Компания ОНИКС - более 20 лет успешного опыта в индустрии порошковой покраски.
Оставить отзыв

Глава 5. Способы нанесения порошковых красок и применяемое оборудование

Порошковые краски наносят на детали либо электростатическим распылением, либо их погружением в псевдоожиженный слой (с электризацией частиц или без нее), либо методом газопламенного распыления

Рис. 5.1. Схема нанесения порошковых красок способом электростатического распыления:

1 - заборная труба; 2 - пульт управления; 3 - эжектор; 4 - распылитель; 5 - заземленная деталь; 6- питатель; 7- пористая перегородка

Электростатическое распыление наиболее удобно и обеспечивает лучший контроль толщины покрытия. Оно стало основным методом нанесения покрытий в промышленности. В настоящей главе приводится подробный обзор технологий нанесения покрытий способом электростатического распыления, дается также описание других методов.

В установке распыления (рис. 5.1) порошок, находящийся в специальном бункере (питателе), обычно приводится в псевдоожиженное состояние (флюидизируется) при помощи сжатого воздуха. Эжектор забирает порошок из бункера и переносит его к распылителю. Пульт управления используется для контроля подачи порошка и воздуха, а также для поддержания параметров распыления. В распылителе порошку сообщается электрический заряд путем ионной бомбардировки в электрическом поле (метод зарядки коронным разрядом) или трением (метод трибостатической зарядки).

Существует большое разнообразие типов и конструкций оборудования, предназначенного для нанесения покрытий. В следующем разделе мы более подробно остановимся на них.

5.1. Устройство для подачи порошка

Питатели

Наиболее широко распространены питатели с псевдоожижением порошка. Сжатый воздух подается в питатель (рис. 5.2) через пористую перегородку, расположенную в его нижней части. Проходя через слой порошка, воздух приводит его во взвешенное состояние.

Взвешенный слой порошка можно сравнить с закипающей жидкостью. Если в жидких красках ожижающим агентом служит растворитель или вода, то в порошковых

Эту функцию выполняет воздух. С его помощью порошковая краска подается к распылителю. Псевдоожиженный порошок ведет себя как жидкость, он может перекачиваться насосом почти таким же образом.

Назначение псевдоожижения двояко. Во-первых, оно облегчает равномерный и устойчивый перенос порошка из питателя к распылителю. Во-вторых, является как бы предварительной подготовкой порошка, поскольку при этом устраняется слипание частиц, удаляется поглощенная влага и улучшается текучесть материала.

Рис. 5.2. Питатель:

1 - сжатый воздух; 2 - эжектор; 3 - заборная труба; 4 - пористая перегородка

    

 

 

Рис. 5.3. Цилиндрический бункер

Основное требование к работе питателей с псевдоожиженным порошком - подача чистого сухого воздуха. Это общее требование ко всем элементам системы нанесения покрытий, но особенно актуально оно по отношению к аппаратам с псевдоожиженным слоем по двум причинам. Прежде всего, поры в пористой перегородке имеют малые размеры и могут легко засориться маслом или другими примесями, содержащимися в подаваемом воздухе, что приведет к плохому ожижению. Во-вторых, тот же воздух, находясь в прямом контакте с порошком в течение длительного времени, может оказать неблагоприятное влияние на качество и состояние порошка. Влажный или загрязненный частицами масла воздух будет загрязнять порошок, результатом чего явится слипание частиц, ухудшение его текучести, способности к восприятию электрического заряда и распылению. Иногда такая ситуация может привести к образованию поверхностных дефектов в покрытии, таких, как кратеры и пятна.

Питатели с псевдоожиженным порошком, используемые в ручных системах, обычно имеют цилиндрическую форму (рис. 5.3), выполняются из нержавеющей стали.

Рис. 5.4. Передвижная распылительная установка

Более крупные ручные установки часто бывают передвижными и для удобства в работе и обслуживании их устанавливают на тележки (рис. 5.4).

Вибрационные, механические встряхивающие или смешивающие устройства могут использоваться в сочетании с псевдоожижением в качестве вспомогательных средств при работе с тяжелыми или трудно поддающимися псевдоожижению порошками. Для более крупных установок, используемых в автоматических распылительных системах, по конструктивным соображениям или по соображениям устойчивости применяют питатели прямоугольной формы. Такие питатели могут быть оборудованы разгрузочным патрубком для высыпания неиспользованного порошка, когда требуется его замена. Уровень порошка в питателе контролируют специальные датчики.

Вибрационные питатели дают возможность принимать порошок непосредственно из транспортной упаковки (коробки), в которой он поступил от поставщика (рис. 5.5). Вибрация поддерживает порошок в подвижном состоянии и препятствует образованию пустот под нижним концом заборной трубы. Этот тип систем распыления порошка часто используется в тех случаях, когда малые партии деталей покрывают порошками, различными по цвету или составу. Порошок подается непосредственно из коробки. Пластиковый пакет внутри коробки может быть легко закрыт снова и помещен на хранение для дальнейшего применения. При использовании некоторых порошков устойчивость подачи порошка из коробки питателя может быть такой же хорошей, как и при наличии удачно сконструированного бункера с псевдоожиженным порошком. Впуск небольших объемов ожижающего воздуха через специальные приставки на конце заборной трубы еще более повышает устойчивость подачи порошка. Благодаря простоте и легкости смены цвета краски питатели с вибрирующими коробками обеспечивают большую гибкость в мелкосерийном производстве. Вибрационные питатели широко используются для переноса и больших количеств порошка. Обычно в автоматических системах нанесения покрытий используются питатели большого объема, позволяющие осуществлять смешение исходного порошка с регенерированным и подавать их на распыление. В качестве альтернативы вибрации может использоваться подача порошка под действием силы тяжести (гравитационная подача).

Гравитационные питатели имеют обычно коническую форму. Такая форма служит "воронкой", по которой порошок поступает в эжектор, располагающийся у ее основания. Обычно в таких питателях используется комбинация силы тяжести с вибрацией, встряхиванием или внешним давлением для поддержания равномерной подачи порошка в эжектор (рис. 5.6).

Гравитационные питатели имеют обычно коническую форму. Такая форма служит "воронкой", по которой порошок поступает в эжектор, располагающийся у ее основания. Обычно в таких питателях используется комбинация силы тяжести с вибрацией, встряхиванием или внешним давлением для поддержания равномерной подачи порошка в эжектор (рис. 5.6).

При использовании данной конструкции питателя сжатый воздух для псевдоожижения не требуется. Питатели, использующие силу тяжести, давление или механическое встряхивание, представляют альтернативный метод подачи для порошков, трудно поддающихся псевдоожижению и имеющих большую удельную плотность, или очень мелкодисперсных.

Рис. 5.5. 
Окрасочная установка с виброзабором порошковой краски из транспортной упаковки установленной на виброплатформе

Рис. 5.6. Питатель гравитационной подачи порошка:

1 - воздух; 2 - вибратор; 3 - емкость для порошка; 4 - воздушно-порошковая смесь, направляемая в распылитель

 Рис. 5.7. Шнековый питатель:

1 - порошок из бункера; 2 - шнек; 3 - двигатель; 4 -гибкое соединение; 5 - к распылителю; 6 - подача воздуха

Использование шнекового питателя (рис. 5.7) может повысить устойчивость подачи порошка к распылителю. Вращаясь, шнек обеспечивает контролируемый объем порошка, подаваемый в выходную воронку, из которой материал подается к устройству нанесения покрытия. Поскольку геометрией витков шнека определяется фиксируемый объем, частота вращения шнека может быть использована для калибровки объемной подачи порошка к эжектору. Применение шнека для контроля объема порошка, подаваемого к эжектору и распылителю, может повысить точность дозирования до ±1 %.

Вследствие сложности очистки шнековые питатели наилучшим образом подходят для тех случаев, когда требуется очень малое количество различных цветов и составов порошковых красок. Однако повышенная плотность подачи порошка, достигаемая с использованием этих устройств, позволяет добиться значительной экономии порошка.

Эжекторы для подачи порошков

Эжектор (насос) предназначен для подачи порошка к устройству распыления контролируемым, равномерным и однородным потоком. Качество покрытий в значительной степени зависит от качества данного потока, вследствие чего эжектор является важным элементом в системе нанесения порошковых красок. В большинстве эжекторов для подачи порошков используется принцип Вентури. Сжатый воздух с контролируемой степенью разрежения засасывает порошок в трубу и передает его к устройству для распыления (рис. 5.8).

Конструкции эжекторов могут быть различны, однако во всех используется один и тот же принцип Вентури. Струя сжатого воздуха продувается сквозь маленькое отверстие в эжекторную камеру (камеру смешения) насоса. Первичный воздух, обычно называемый инжекционным или воздухом подачи, проходит сквозь камеру смешения внутри корпуса насоса поперек верхней части заборной трубы, создавая область пониженного давления. За счет разности давлений порошок всасывается в камеру смешения. Как только порошок поступит в камеру смешения насоса, та же самая струя воздуха вынесет его через выходное отверстие трубки Вентури в соединительный шланг. Такой процесс подачи порошка обычно используется для его переноса в больших количествах, но не всегда обеспечивает устойчивый и однородный поток.

Рис. 5.8. Эжектор:

1 - порошок; 2 - входное сопло; 3 - регулятор подачи сжатого воздуха; 4 - эжекторная камера; 5- выходное сопло; 6 - заборная труба

Для более точного контроля и регулировки подачи порошка к устройству для нанесения покрытия используется второй поток воздуха, вводимый в эжектор дополнительно. Этот второй поток воздуха (часто называемый распыляющим, несущим или дополнительным воздухом) перемешивается с потоком порошка и используется для дальнейшего распыления, помогая перемещению порошка по шлангу к распылителю (рис. 5.9).

Рис. 5.9. Эжектор с двумя воздушными потоками:

1 - подача воздуха для забора порошка; 2 - подача дополнительного (распыляющего) воздуха

Правильное соотношение расходов первичного и вторичного воздуха крайне важно для поддержания устойчивого и равномерного потока порошка, направляемого к устройству для его распыления. Вторичный поток воздуха поддерживает порошок в равномерно распыленном и взвешенном состоянии при движении по шлангу к распылителю. При недостаточном расходе вторичного воздуха частицы порошка могут выпадать из воздушного потока в местах искривления шланга, что приведет к неустойчивой подаче порошка в распылителе.

Следует стремиться к тому, чтобы свести к минимуму общий расход воздуха в системе подачи порошка. Рекомендуется работать с меньшими объемами транспортирующего воздуха, обеспечивая более высокую эффективность эжектора и снижение износа частей установки, находящихся в контакте с воздушно-порошковой смесью.

Помимо давления воздуха на скорость и равномерность подачи порошка оказывает влияние множество других факторов. Среди них - длина и внутренний диаметр шланга для подачи порошка, маршрут его прокладки, высота расположения распылителя, уровень порошка в питателе и диаметр сопла Вентури. Поставщики оборудования для нанесения покрытий часто предлагают шланги и сопла Вентури различных диаметров, что помогает оптимизировать подачу порошка для любых вариантов применения.

Плотность порошка на выходе из эжектора довольно высока и может поддерживаться с точностью ±(5-10) % при условии устойчивой подачи порошка и сжатого воздуха. Обычно используется по одному эжектору для каждого распылителя.

Другой метод повышения равномерности подачи порошка к распылителю заключается в использовании датчиков или других аналоговых устройств для точного контроля объема воздуха, подаваемого к эжектору. Такие устройства управляются программируемым логическим контроллером и почти полностью устраняют колебания в подаче порошка, обусловленные изменениями давления воздуха в системе подачи. Кроме того, эти устройства могут легко сочетаться со специальными установками для нанесения различных порошков и окрашивания изделий разной сложности. Этот метод контроля потока воздуха и порошка хорошо подходит для крупных автоматических линий нанесения покрытий с широким диапазоном свойств.

Шланг для подачи порошка

Шланг для подачи порошка присоединяет эжектор к устройству для нанесения порошковой краски, обеспечивая связь между питателем и распылителем. Диаметр шланга определяется конкретным случаем его применения и объемом порошка, который должен через него пропускаться, расстоянием, на которое порошок должен подаваться, а также типом эжектора и распылителя. Поставляются шланги внутренним диаметром от 8 мм (5/16 дюйма) - для низкой скорости потока порошково-воздушной смеси - до 18 мм (3/4 дюйма) при высокой скорости потока и подаче больших количеств порошка. Важно, чтобы шланг и эжектор обеспечивали адекватные объем и скорость воздуха для транспортировки порошка. Если этого не будет, то порошок может выпадать из воздушного потока и осаждаться в шланге, что приведет к неравномерному его выходу из распылителя. Диаметр шланга должен быть постоянным по всей длине.

Для изготовления шлангов, предназначенных для подачи порошка, в настоящее время используется много материалов: полиэтилен, электропроводящий полиэтилен, сополимер этилена с винилацетатом, пластифицированный поливинилхлорид, резина из изопренового каучука, резина из натурального каучука, полиуретан, полиэфирные эластомеры и многие другие.

При выборе шланга для подачи порошка необходимо принимать в расчет следующие факторы:

  • размягчение при ударе;
  • заряжаемость при трении;
  • радиус образующихся петель/зажимов;
  • инертность по отношению к материалу порошка;
  • износостойкость;
  • возможность очистки.

Каждый из этих факторов влияет на общую эффективность, эксплуатационные затраты и качество отделки. Правильная установка шланга столь же важна, как и выбор самого шланга. Шланг должен хорошо поддерживаться опорами, любые его изгибы должны иметь радиус не менее 220 мм, а длина его должна быть минимальной. Маршрут прокладки шланга должен иметь минимальное число перепадов по высоте и изгибов. На пути прокладки шлангов следует избегать размещения любого оборудования, которое могло бы пережать или повредить их.

5.2. Зарядка порошка и применяемые распылители

Электростатическое нанесение порошковых красок основывается на сообщении частицам сухого порошка электрического заряда. Используются два метода зарядки: зарядка коронным разрядом в электрическом поле и трибо-статическая (фрикционная) зарядка. Оба метода могут эффективно использоваться в технологии нанесения порошковых красок. Однако существуют различия, которые делают одни случаи применения более подходящими для зарядки коронным разрядом, а другие - для зарядки трением. Поскольку от способа зарядки зависит эффективность нанесения порошков, рассмотрим подробнее каждый из методов зарядки и соответствующее оборудование.

Зарядка коронным разрядом

В системах зарядки коронным разрядом к зарядным электродам распылителя подается высокое напряжение, и между распылителем и заземленной деталью создается сильное электрическое поле (рис. 5.10).

В большинстве случаев в системах зарядки коронным разрядом используется отрицательная полярность зарядного электрода. Напряженность электрического поля достигает максимального значения у конца зарядного электрода, и при достижении некоторого уровня здесь происходит коронный разряд. Коронный разряд представляет собой тип холодной плазмы, когда в области короны появляются свободные электроны, которые заполняют пространство между распылителем и деталью. Эти электроны присоединяются к молекулам воздуха, создавая, таким образом, отрицательные ионы. Если электрическое поле за пределами области коронного разряда имеет достаточную напряженность, то ионы, в свою очередь, будут присоединяться к частицам порошка по мере его распыления.

В результате между распылителем и деталью создается облако заряженных частиц порошка и свободных (неприсоединившихся) ионов. Совокупный заряд частиц порошка и свободных ионов, составляющих облако, называется "пространственным зарядом". Пространственный заряд создает свое собственное электрическое поле, которое взаимодействует с полем высоковольтного электрода и помогает осаждению частиц порошка на заземленную подложку.

 Рис. 5.10 Зарядка в поле коронного разряда.

1 - коронирующий электрод; 2 - заряженные частицы порошка; 3 - свободные ионы; 4 - электрическое поле высокой напряженности; 5 - силовые линии

Зарядка коронным разрядом является наиболее широко используемой технологией зарядки порошка. Ее популярность обусловлена следующими достоинствами:

  • высокой эффективностью зарядки почти всех порошковых материалов, применяемых в покрытиях;
  • высокой производительностью систем нанесения покрытий с использованием зарядки коронным разрядом;
  • относительно низкой чувствительностью к влажности окружающего воздуха;
  • надежностью оборудования и низкими затратами на техническое обслуживание и ремонт.

Обычные системы зарядки коронным разрядом имеют также свои недостатки, которые обусловлены сильным электрическим полем между распылителем и деталью. В некоторых случаях применения это сильное поле может затруднить нанесение покрытия в углах и в местах глубоких выемок. Кроме того, неправильный выбор электростатических параметров распылителя и расстояния от распылителя до детали может вызвать обратную ионизацию и ухудшить качество покрытия.

Успехи в развитии технологии зарядки коронным разрядом позволяют специалистам по нанесению покрытий свести к минимуму многие из вышеперечисленных недостатков и значительно повысить качество покрытия и отделки в целом.

Системы зарядки коронным разрядом сохранят, по-видимому, свою популярность и в будущем. Тот факт, что почти все порошковые материалы могут эффективно заряжаться в поле коронного разряда, делает •такие системы предпочтительными для использования. Кроме того, высокая эффективность зарядки и гибкость этого метода могут повысить производительность высокоскоростных производственных линий. При растущей потребности в быстрой смене цвета порошковых красок хорошо продуманная конструкция с применением распылителей коронного разряда является наиболее привлекательной.

Поскольку в системах зарядки коронным разрядом используется высокое напряжение, могут потребоваться специальные измерительные приборы для проверки надлежащего функционирования оборудования и устранения неисправностей. Для диагностики оборудования при зарядке коронным разрядом обычно служат киловольтметры, которые должны быть исправны и прокалиброваны.

Электростатическое обтекание, или "обволакивание", - свойство заряженного порошка оседать на поверхностях изделий, не находящихся непосредственно в силовом поле. Обтекание является одновременно электростатическим и аэродинамическим явлением (рис. 5.11).

 Рис. 5.11. Электростатическое обтекание детали порошковой краской.

1 - аэродинамическая сила; 2 - электростатическое притяжение

Когда заряженные частицы порошка пролетают у краев детали, на них действуют аэродинамические и электростатические силы. Крупные частицы порошка имеют большую площадь поверхности, и, следовательно, они в большей степени подвержены воздействию аэродинамических сил и силы тяжести. Если скорость воздушного потока вблизи детали высока, то крупные частицы порошка будут иметь тенденцию пролетать у краев, не осаждаясь на изделии. Более мелкие частицы порошка испытывают относительно более сильное электростатическое притяжение к заземленной детали. Кроме того, по причине их меньших размеров они в меньшей степени подвержены воздействию аэродинамических сил и силы тяжести. Поэтому более вероятно, что мелкие частицы порошка будут покидать поток воздуха и под действием сил электростатического притяжения оседать на задней стороне детали.

На эффект электростатического обтекания оказывают влияние электростатический заряд частиц порошка, скорость воздуха, создаваемая устройством нанесения порошка, распределение частиц и поток воздуха в камере в непосредственной близости от детали. Чем больший электростатический заряд несут частицы порошка и чем меньше скорость потока воздуха вблизи детали, тем более выраженным будет эффект обтекания вокруг детали. На обтекание не оказывает влияния метод зарядки, оно наблюдается в системах с зарядкой частиц, как коронным разрядом, так и трением.

Эффект клетки Фарадея наблюдается в тех случаях, когда наносят порошковую краску на детали с выемками, углами, углублениями или выступами на поверхности, куда внешнее электрическое поле (созданное распылителем или пространственным зарядом) не проникает. Силовые линии всегда идут к самой близкой заземленной точке и, следовательно, скорее концентрируются по краям выемки и выступающим участкам, а не проникают дальше внутрь. Поэтому нанесение ровного покрытия на детали сложной формы часто затруднено и в некоторых случаях может быть даже невозможно.

Эффект клетки Фарадея - результат воздействия электростатических и аэродинамических сил. На рис. 5.12 показано, что при нанесении покрытия на участки, в которых действует эффект клетки Фарадея, электрическое поле, создаваемое распылителем, в котором используется коронный разряд, имеет максимальную напряженность по краям выемки. Это сильное поле ускоряет оседание частиц, образуя в этих местах покрытие слишком большой толщины.

Как было указано ранее, внешнее электрическое поле не проникает в углубления и, следовательно, условия для оседания порошка в этих местах ухудшаются. Аэродинамические условия внутри выемки также менее благоприятны, чем при нанесении покрытия на плоскую поверхность. Поток воздуха, несущий порошок внутрь выемки, часто создает избыточную турбулентность, мешающую его осаждению.

Для успешного нанесения покрытия на участки, в которых действует эффект клетки Фарадея, должны выполняться следующие условия:

  • порошок должен быть хорошо заряжен;
  • скорость потока должна быть достаточной для переноса порошка внутрь углубления, но не слишком большой, чтобы не мешать его осаждению;
  • внешнее электрическое поле должно контролироваться для уменьшения "подталкивания" частиц порошка к краям клетки Фарадея.

Рис. 5.12. Эффект клетки Фарадея.

Нанесение покрытия на детали сложной формы может представлять очень сложную задачу. Тем не менее при правильном выборе оборудования, должной его установке и соблюдении необходимых условий нанесения порошка она может быть успешно решена в тех случаях, где действует эффект клетки Фарадея.

В трудных случаях, однако, при наличии клетки Фарадея в оборудовании для нанесения покрытий традиционно применяют зарядку трением. В распылителях с зарядкой трением не используется высокое напряжение и, следовательно, не создается сильное электрическое поле вблизи поверхности детали. Зарядка трением будет рассмотрена далее.

Обратная ионизация является обычным явлением в технологии нанесения порошковых красок. Проще говоря, обратная ионизация проявляется в тех случаях, когда в слое порошкового материала на поверхности детали накапливается слишком большой заряд. Хорошо обозначенная обратная ионизация заметна на деталях с покрытием в форме "звездочек", кратеров или "апельсиновой корки". Такие кратеры проходят через всё покрытие до самой металлической подложки. Они не только ухудшают качество покрытия, но также могут привести к нарушению его функциональных свойств.

Обратная ионизация обычно вызывается излишним током свободных ионов от зарядных электродов распылителя. Когда свободные ионы попадают на покрытую порошком поверхность детали, они прибавляют свой заряд к заряду, накопившемуся в слое порошка. В некоторых точках величина заряда в слое повышается настолько, что в его толще проскакивают микроискры. Эти искры приводят к образованию кратеров и "звездочек" на поверхности покрытия.

Помимо отрицательного воздействия обратной ионизации на качество покрытия, она также снижает эффективность процесса нанесения красок. Например, если мы используем распылители с коронным разрядом, сообщающие частицам порошка отрицательный заряд, то развивающаяся обратная ионизация приводит к образованию большого количества положительных ионов вблизи поверхности детали. Эти положительные ионы притягиваются к отрицательно заряженным частицам порошка и снижают или нейтрализуют их заряд. Частицы, отдавшие свой заряд положительным ионам, не смогут оседать на поверхность детали, что приведет к снижению эффективности работы распылителей и ограничению толщины получаемых покрытий.

Хотя обратная ионизация является типичной и наиболее дорогостоящей проблемой, она может быть преодолена путем использования специального оборудования и усовершенствования методов нанесения красок. В частности, такие приспособления, как заземленные противоэлектроды (ионные коллекторы) и автоматический контроль тока и напряжения на распылителе, описанные ранее для случаев эффекта клетки Фарадея, могут быть применены и для уменьшения эффекта обратной ионизации. Оба приспособления снижают ток свободных ионов к детали и замедляют нарастание заряда в слое порошкового материала.

Если приобретение современного оборудования невозможно, то усовершенствование методов нанесения красок может существенно замедлить процесс обратной ионизации. Так, увеличивая расстояние между распылителем и поверхностью детали, можно уменьшить ток распылителя и замедлить процесс обратной ионизации. Для достижения максимальной эффективности операций по нанесению красок следует соблюдать расстояние между распылителем и деталью в пределах 200-300 мм.

Обратная ионизация проявляется не только в случаях зарядки коронным разрядом, но может наблюдаться также и при применении распылителей с зарядкой трением. Однако отсутствие свободных ионов в случае зарядки трением задерживает обратную ионизацию и делает ее заметной только в случае очень толстого порошкового слоя (обычно более 0,25 мм).

Трибостатическая зарядка (зарядка трением)

Трибоэлектричество было самым первым методом сообщения электростатического заряда материалам, известным человечеству. В этом случае электростатический заряд вырабатывается трением одного материала о другой.

Материалы с разными физико-химическими свойствами могут обмениваться электронами при непосредственном контакте друг с другом. Некоторые материалы легко отдают электроны, тогда как другие с готовностью их применяют.

Рис. 5.13. Трибоэлектрический ряд:

а- заряд полимеров в зависимости от диэлектрической постоянной ; в- заряд по отношению к тефлону

 Трение улучшает контакт между материалами и облегчает обмен электронами. Распылители с трибостатической зарядкой порошка сконструированы с таким расчетом, чтобы создать условия для многочисленных столкновений частиц порошка с заряжающей поверхностью внутри распылителя. В результате этих многочисленных столкновений между поверхностью и частицами осуществляется передача электрического заряда.

Различные материалы могут быть выстроены в так называемый "трибоэлектрический ряд" (рис. 5.13), в котором материалы классифицируются по тому, насколько легко они воспринимают электроны. Материалы, которые легче всего отдают электроны (доноры), представлены в верхней части ряда, тогда как материалы, которые легче всего принимают электроны (акцепторы), - в нижней части. Если тереть друг о друга два материала, один из которых является хорошим донором, а другой - хорошим акцептором, то электроны будут переходить от донора к акцептору. Поскольку донор теряет электроны, он приобретает положительный заряд, тогда как акцептор принимает электроны, становясь при этом заряженным отрицательно. Чем дальше друг от друга расположены материалы в трибостатическом ряду, тем лучше они заряжаются при трении.

Одним из наилучших акцепторов в трибоэлектрическом ряду является политетрафторэтилен (тефлон).

В распылителях с трибостатической зарядкой важно увеличить число и силу столкновений между частицами порошка и заряжающими поверхностями распылителя. Одна из основных проблем при разработке распылителя с трибостатической зарядкой заключается в создании условий для эффективной передачи заряда при сведении к минимуму износа и налипания частиц на части распылителя под действием ударов. Поскольку тефлон обеспечивает хорошую зарядку большинства порошковых материалов, имеет относительно высокую износостойкость и устойчив к налипанию частиц под действием ударов, его использование в распылителях с трибостатической зарядкой является предпочтительным.

Разновидности распылителей

Трибостатический распылитель. На рис. 5.14 показаны конструкция и принцип работы типового распылителя с трибозарядкой. Поскольку поток порошка через распылитель постоянен, передача заряда также постоянна. При передаче заряда одной полярности частицам порошка, покидающим распылитель, на зарядной поверхности распылителя образуется заряд противоположной полярности, который должен постоянно отводиться от распылителя. Это требует эффективного заземления для непрерывного снятия заряда с распылителя. Без такого эффективного отвода заряда на землю зарядная поверхность быстро насытится зарядом, и процесс зарядки прекратится, или же накопившийся заряд вызовет дуговой разряд на ближайший заземленный предмет. Такой дуговой разряд может проходить через воздух, вдоль поверхности или может даже пробить стенку корпуса распылителя

 Рис. 5.14. Трибоэлектрический распылитель:

1 - подача воздуха; 2 - подача порошка; 3 - заземление; 4 - зарядное устройство; 5 - распылительная насадка; б-распыляемый порошок

В любом случае этот эффект нежелателен и потенциально опасен, поэтому заземление распылителя с трибостатической зарядкой совершенно необходимо.

Как отмечалось ранее, в распылителях с трибостатической зарядкой не используется электрическое напряжение для зарядки порошка, и между распылителем и деталью не создается ни сильного электрического поля, ни ионного тока. Отсутствие электрического поля и ионного тока помогает проникновению порошка на те участки, где действует эффект клетки Фарадея, и обеспечивает качественное прокрашивание. Кроме того, благодаря отсутствию зарядных электродов имеется большая свобода в разработке многоструйных насадок для распылителей с трибостатической зарядкой. Такие насадки (рис. 5.15) могут иметь конфигурацию, соответствующую конкретному профилю детали для распыления порошка точно в те места, где это необходимо. Использование многоструйных насадок с трибостатическими распылителями - одно из основных преимуществ технологии использования трибостатической зарядки. Эти насадки делят единый поток порошка на многочисленные более мелкие потоки, превращая распылитель, по существу, во множество мелких распылителей. Скорость порошка, покидающего каждый из "пальцев" такой насадки, обычно мала; это позволяет размещать распылитель ближе к детали для нанесения порошка с большей точностью и равномерностью

Трибостатические системы по сравнению с системами, использующими коронный разряд, имеют некоторые преимущества, заключающиеся в возможности нанесения покрытий на детали сложной формы и в обеспечении высокого качества и равномерности отделки, но из-за повышенной чувствительности к составу материала порошков и степени полидисперсности их эффективность может быть неоднозначной. В зависимости от того, насколько далеко друг от друга расположены два материала в трибостатическом ряду, в одном и том же распылителе порошки одного состава будут заряжаться лучше, чем порошки другого состава. Зачастую изменения в результатах нанесения разных красок могут быть ощутимы.

Чувствительность систем с трибостатической зарядкой опять-таки вытекает из самой природы данного метода зарядки. Поскольку на эффективность зарядки оказывают влияние количество и сила столкновений между частицами порошка и зарядными поверхностями распылителя, более крупные частицы порошка, которые ударяют по этим зарядным поверхностям с большей силой, заряжаются лучше. Кроме того, большая площадь поверхности этих частиц будет также вносить вклад в их более эффективную зарядку.

Таким образом, вследствие различий в эффективности зарядки между частицами различных размеров необходимо обращать внимание не только на состав порошков, но также и на распределение их частиц по размерам. Если разброс по размерам частиц слишком велик, то более крупные частицы будут оседать на деталях более эффективно, чем более мелкие. Это означает, что более мелкие частицы будут накапливаться в системе регенерации.

Рис. 5.15. Насадки трибостатических распылителей:

Если конфигурация изделия такова, что степень осаждения порошка на нем при первом проходе ниже 50 %, то постепенное накопление мелких частиц в системе регенерации может привести к постепенному снижению эффективности работы всей системы. Для предотвращения этого явления желательно использовать порошковые краски с более узким распределением частиц по размерам.

Распылители с использованием трибостатической зарядки конструктивно более надежны, чем распылители с зарядкой з поле коронного разряда, поскольку они не имеют элементов, преобразующих высокое напряжение. За исключением провода заземления, эти распылители являются полностью механическими, чувствительными только к естественному износу. Однако внутри распылители с трибостатической зарядкой имеют сложное устройство, обеспечивающее необходимое трение для зарядки порошка. Большое число трубчатых элементов внутри распылителя может увеличить время, необходимое для очистки устройства при переходе с цвета на цвет. Кроме того, постепенный износ внутренних элементов таких распылителей будет в итоге влиять на эффективность зарядки.

В общем, если необходимо нанести краски на детали сверхсложной конфигурации, либо много слоев краски для получения толстых покрытий, технология трибостатической зарядки может обеспечить преимущества, которых иногда невозможно получить при использовании системы с коронным разрядом. Если в последнем случае как-то удается решить эту проблему при ручном нанесении красок, то при трибостатическом нанесении тот же результат можно получить на автоматизированных установках.

Центробежный распылитель. Использование центробежного распыления является другим вариантом технологии нанесения порошковых красок. Основной элемент применяемого распылителя - турбина, вращающая укрепленную на ней чашу. Порошок подается в головку распределителя и выталкивается центробежной силой. Электростатический заряд подается на вращающуюся чашу либо на установленный в ней электрод(ы). Электрод может иметь форму диска или иглы. Между поверхностью электрода и заземленным объектом, подлежащим окрашиванию, образуется электрическое поле. Порошок, выбрасываемый из распылителя, проходит через данное поле и подвергается воздействию обычного коронного разряда. Для формирования направленного факела на срез чаши подается воздух. Центробежный распылитель порошка (рис. 5.16) обычно функционирует при значительно более низких скоростях вращения, чем, например, чашечные распылители для нанесения жидких красок.

Характерной особенностью центробежного распылителя является то, что он равномерно распределяет выбрасываемый порошок на большой площади.

Рис. 5.16  Центробежный распылитель.

Вместе с тем, из-за ограниченной скорости выброса порошка он малопригоден для нанесения покрытия на детали, имеющие впадины на поверхности. Центробежные распылители больше подходят для нанесения красок на детали, имеющие большую ровную поверхность, требующую равномерного покрытия. Контролируемыми параметрами распылителей являются: скорость подачи порошка, частота вращения чаши, сила электрического поля и давление воздуха.

Трибодиск - одно из устройств для электростатического нанесения порошковых материалов - позволяет использовать преимущество петлеобразных конвейерных систем, экономить производственные площади. Распылитель представляет собой невращающийся диск, расположенный вертикально внутри конвейера (рис. 5.17). Детали подаются по конвейеру, в то время как диск движется в направлении вверх и вниз, нанося слои порошкового материала на поверхность деталей. Диск формирует равномерную, горизонтальную распылительную струю (факел) приблизительно 0,75 м в диаметре. Благодаря использованию метода трибостатического заряда система позволяет автоматически наносить покрытие на детали, имеющие сложную форму; при этом достигается хорошее обтекание окрашиваемых изделий порошком.

Системы с трибодиском предназначены для нанесения покрытий на установках с ограниченной площадью помещений.

Рис. 5.17 Трибодиск.

Регулирование факела при распылении

Порошковый факел, выходящий из распылителя, можно получать разной формы и по-разному направлять на деталь. Форма факела и плотность потока порошка - важные аспекты, они определяют толщину пленки и степень проникновения порошка в полости, и зазоры на поверхности детали.

Регулируемыми параметрами распыления являются: форма и размер факела, скорость перемещения распылителя, распределение частиц порошка (рис. 5.18). Средства, с помощью которых данные параметры контролируются, разнообразны. Они основаны на механическом или пневматическом воздействии на струю порошка (рис. 5.19).

Механические устройства представляют собой различные рассекатели (дефлекторы). Рассекатель для плоского распыления - это куполообразное устройство с выходным щелевым отверстием (отверстиями) шириной 2-6 мм. Чем уже щелевое отверстие, тем шире факел порошка.

Рассекатели для плоского распыления создают треугольную форму отпечатка по толщине. На рис. 5.20, а показаны типичная форма, размер и эффективное распределение толщины слоя порошка, полученные посредством рассекателей плоского распыления с различной шириной щелевого отверстия.

 Рис. 5.18. Параметры, влияющие на форму отпечатка факела.

При плоском распылении достигается высокая скорость движения частиц, что помогает порошку проникать в углубленные участки поверхности. Однако очень высокая скорость распыления ведет к сдуванию порошка с деталей и снижает эффективность осаждения. Имеется несколько вариантов рассекателей различной ширины, что делает данную технологию привлекательной для разных областей применения.

Разновидность рассекателей плоского распыления - дефлектор с крестообразным (поперечным) распылением. Данный тип рассекателей (рис. 5.20, 6) образует две взаимно пересекающиеся структуры плоского распыления, которые могут различаться по ширине и скорости распыления. Образующаяся структура распыления аналогична той, которая получается при использовании конических дефлекторов (см. далее). Однако струя является более направленной, с более высокой степенью проникновения в углубленные участки поверхности. Это делает дефлектор поперечного распыления великолепным инструментом для ручного нанесения покрытия на детали сложной формы.

Конический рассекатель (дефлектор) является другим типом устройства. В зависимости от контура, диаметра и угла конуса конические дефлекторы могут производить отпечаток, близкий к плоскому (рис. 5.20, в). Конические дефлекторы обычно используются в системах ручного нанесения покрытий. Они образуют мягкое порошковое облако из частиц и могут быть использованы для окрашивания поверхностей разной степени сложности.

Рис. 5.19. Разновидность факела распылителя.

Недостаток структуры конического распыления - невысокая скорость распыления (если только они не используются с очень маленьким диаметром дефлектора). Плохое проникновение порошка в зазоры и углубления часто заставляет оператора слишком близко подносить распылитель к детали, что может привести к возникновению избыточного ионного тока и развитию обратной ионизации.

Коническую структуру распыления можно также получить, используя дополнительную подачу воздуха. Формируемый вихреобразующим действием поверхностных воздушных струй, порошок закручивается, образуя полный конус. Такие структуры имеют относительно низкую скорость распыления и ограниченную возможность управления. Самыми большими преимуществами данных типов распылителей являются хорошая зарядка и дистанционное управление посредством регулирования вихревых потоков воздуха.

Рис. 5.20. Проекции отпечатка факела при использовании рассекателей:

а - плоского; б- поперечного; в - конического распыления

 

POWDER COATING The Complete Finisher's Handbook. Second Edition. Edited by Nicholas P. Liberto, PE

Другие статьи