Основные аспекты распыления

В 1800-х годах Джозеф Бинкс, директор по техническому обслуживанию магазина Marshall Field в Чикаго, изобрел краскопульт с воздушным распылением. В этом изобретении краска разбивалась на мелкие капли потоком воздуха под давлением. Он использовал свою новую методику распыления вместо старомодной малярной кисти, чтобы эффективно покрасить стены магазина.

Распыление играет решающую роль в эффективном переносе жидкой краски на целевой объект. Термин «распыление» относится к процессу использования приложенной силы для расщепления объемных жидкостей, таких как краска, на очень мелкие капли, которые затем можно направить потоком воздуха на целевой объект.

Как правило, используется два основных метода распыления. Первый — инновационный пневматический метод, применяемый Джозефом Бинксом и позже (в середине 1900-х годов) модифицированный для аэрозольных баллончиков. Второй — современный, высокоскоростной метод распыления с помощью вращающейся чаши, который широко применяется в промышленной окраске и окраске автомобильных кузовов.

В первом методе распыление происходит, когда воздух под воздействием силы смешивается с потоком жидкости, разбивая ее на мелкие капли. Размер капель варьируется в зависимости от расхода краски, вязкости краски и настроек давления воздуха, установленных на распылителе. Давление воздуха и расход жидкой краски генерирует энергию для движения капель краски из сопла распылителя на деталь. По мере того, как капли достигают цели, образуется пленка. Капли коалесцируют, образуя тонкую пленку краски.

Объем подаваемого воздуха, и форма воздушной головки имеют решающее значение для пневматического распыления. В этой системе имеется два источника подачи воздуха. Один источник — это центральная струя воздуха; мы называем его центральным воздухом для первичного распыления. Он измельчает краску на мелкие капли. Второй источник — это воздух, проходящий по краям воздушной головки; мы называем его направляющим воздухом. Воздух вторичного распыления «сталкивается» с центральным потоком. Эти две силы распыления создают первичный и вторичный факелы, которые сливаются, образуя общий факел распыла краски.

Мы можем контролировать распыление и факел распыла, регулируя давление центрального и направляющего воздуха. При повышении давления направляющего воздуха и поддержании постоянного давления центрального воздуха диаметр частиц незначительно уменьшается, а факел распыла становится шире. Скорость капель уменьшается. Если поток направляющего воздуха постоянный и мы увеличиваем давление центрального воздуха, капли становятся меньше, а факел распыла сужается, но скорость капель значительно повышается.

Пневматические распылители используют импульсное воздействие воздуха для распыления, высокоскоростные чашечные распылители используют центробежные силы вращающегося поля. В них действуют совершенно различные приложенные силы. В пневматическом распылителе скорость воздуха составляет примерно 100-300 м/с, расход воздуха и расход краски определяют степень распыления. В высокоскоростном чашечном распылителе скорость вращения чаши (примерно 15 000 — 70 000 об/мин) и расход краски определяют степень распыления. Рассмотрим, как работает чаша, вращающаяся с высокой скоростью.

Благодаря высокой производительности такой тип распылителей широко применяется в крупных цехах промышленной окраски. Как мы узнали на примере пневматических распылителей, объем подаваемого воздуха и форма воздушной головки имеют важное значение для распыления. В чашечных распылителях диаметр чаши, скорость вращения чаши и даже форма кромки чаши существенным образом влияют на распыление. Направляемый чашей воздух также важен для переноса распыленных частиц на поверхность детали.

В чашечном распылителе для потока жидкой краски используется центральное выпускное отверстие. Чаша вращается с очень высокой скоростью (к примеру, 60 000 об/мин)! Краски поступает из центрального выпускного отверстия и перемещается по поверхности чаши. Краска полностью покрывает поверхность чаши, а затем на самом краю образуются жидкие нити. Жидкие нити разрываются и образуют капли. Так происходит процесс распыления.

Основной принцип работы вращающейся чаши заключается в создании воздушных потоков трех типов. Первый тип воздуха удерживает подшипники для обеспечения равномерного и очень быстрого вращения до 60 000 об/мин. Второй тип воздуха (турбины) обеспечивает энергию для вращения. Третий тип воздуха направляет капли по мере их формирования из потока краски.

При использовании вращающейся чаши для контроля распыления применяется несколько ключевых параметров. Например, скорость вращения чаши, объем направляющего воздуха и расстояние между распылителем и покрываемой поверхностью. При повышении скорости вращения чаши повышается степень распыления. При повышении скорости вращения чаши диаметр нитей краски уменьшается, а, следовательно, уменьшается размер частиц. Это приводит к образованию более мелких капель и более эффективного потока краски, равномерно покрывающего деталь. При снижении скорости вращения чаши из крупны нитей формируются крупные капли краски, которые создают менее оптимальный поток краски. Помимо быстрого вращения, степень распыления также можно увеличить путем повышения расхода направляющего воздуха. Низкий расход направляющего воздуха и низкая скорость снижают степень распыления. Расстояние до покрываемой поверхности может оказывать влияние на время переноса, однако зачастую это фиксированная переменная.

При использовании любого из этих методов распыления можно еще больше повысить эффективность окраски с помощью приложенного напряжения между распылителем и покрываемым объектом. Созданное электростатическое поле будет притягивать капли краски к покрываемой поверхности. Заряд Q действует на краску в электрическом поле напряженностью E, таким образом, сила, действующая на частицы краски, равна: F=Q*E. Частицы краски притягиваются к противоположно заряженной детали, на которую наносится покрытие. В простых пневматических распылителях без электростатического поля эффективность переноса составляет всего 30%. Это значит, что 70% краски не попадает на поверхность детали и расходуется впустую. При использовании чашечных распылителей с электростатическим полем эффективность переноса достигает 75-80%, т.е. в отходы идет менее 20%!

Со времен новаторской деятельности Джозефа Бинкса мы значительно улучшили качество и эффективность процесса окраски. Были достигнуты существенные преимущества для производителей потребительских товаров и автомобилей, и, самое главное, для окружающей среды.

Тим Десембер — технический специалист в компании BASF Automotive Coatings Solutions.

Сайт: http://www.basf.com.