ESTA-喷涂原理探讨

BASFCoatingsESTA自动喷涂原理BASFCoatingsMay,2004-2BSC/WVAC/QX喷涂参数对于喷涂效果的作用和影响油漆喷涂工艺喷杯的结构旋转次数涂料的量喷涂距离成型空气的量高压漆粒的性能:大小速度运行轨迹漆粒在喷出时的停留时间涂料的粘度色彩色调表面张力流平性固体颗粒物质的含量面漆结构基料体系稳定性溶剂光泽发花喷涂参数雾化效果喷涂效果-漆料的物理性能BASFCoatingsMay,2004-3BSC/WVAC/QXESTA喷涂原理1.概述回流涂料输送装置阀门成型空气电机气流回流阀门BASFCoatingsMay,2004-4BSC/WVAC/QXESTA喷涂原理1.概述ESTA静电喷涂的整个工艺可以划分为四个大部分:漆料的雾化静电加压将雾化后的漆粒从雾化装置喷射到油漆对象上成膜直接加压和间接加压，“涂料雾化”和“高压”这两个步骤实施的先后次序有所不同。如果设备采用的是间接加压，那么涂料必须先进行雾化，然后通过在电极上产生的气流对喷涂材料加高压。如果设备采用的为直接加压，那么涂料的雾化和加压过程可以在喷杯的边缘位置上同步完成。BASFCoatingsMay,2004-5BSC/WVAC/QXESTA喷涂原理2.雾化工艺2.1.影响参数雾化旨在于扩大液体所能覆盖到的表面积。雾化属于物理性能方面的操作，效果的评定主要取决于雾化后油漆覆盖面积的大小。旋转式雾化装置，涂料首先被运送至喷杯内壁，然后借助于旋转所产生的离心力将涂料传输至喷口位置。雾化过程仅仅是通过机械作用力（离心力，空气动力）来实现的。BASFCoatingsMay,2004-6BSC/WVAC/QXESTA喷涂原理2.雾化工艺2.2.旋转式喷杯的雾化原理采用旋转式喷杯的雾化喷涂装置，可以根据喷涂条件进行调节，以实现下列各个离解机制：漆滴雾化（滴落）线状分解多片式雾化（片层状，涡流状）BASFCoatingsMay,2004-7BSC/WVAC/QXESTA喷涂原理2.雾化工艺2.2.旋转式喷杯的雾化原理当喷杯的转速大于20000min-1，在高速旋转的情况下进行油漆的雾化处理，此时漆粒不会有衰变现象出现。在对涂料进行线状雾化的过程中，会在喷杯的喷口处形成许多液态的线状物质，这些液态物质又会通过线状分解或是喷射漆流的分解作用重新形成漆粒。所形成的小漆粒又可以通过汇聚形成大的漆滴。目前在油漆喷涂方面，都在追求能达到该种状态的雾化喷涂工艺。通过在喷杯折角位置上设置凹槽或压花，可以试着实现上述的喷涂工艺。在上述规定的喷杯转速以及涂料流量不断增加的情况下，可以将一般的线状雾化转化为片层状或涡轮状多片式雾化。多片式雾化处理之后漆粒的分布范围要比线状雾化后漆粒的分布范围要宽的多。BASFCoatingsMay,2004-8BSC/WVAC/QXESTA喷涂原理2.雾化工艺2.3.对于静电雾化对喷涂工艺的贡献Lit.:Bauckhage,K.;Scholz,T.;Schulte,G.;.Theinfluenceofappliedhigh-voltageontheatomizationcharacteristicofacommercialhigh-speedrotaryatomizer,ProceedingsoftheICLASS94,Rouen(1994)漆粒的平均直径和电压高低的关系141516171819202101020304050607080高压直径[kV][µm]BASFCoatingsMay,2004-9BSC/WVAC/QXESTA喷涂原理2.雾化工艺2.3.对于静电雾化对喷涂工艺的贡献电压持续上升的情况下，漆粒的平均直径反而有所下降。造成这种现象的主要原因在于，静电磁场的作用导致表面张力有所降低。表面张力是影响旋转式雾化喷涂效果的一个重要因素，因此，在大部分性能参数恒定不变的情况下，表面张力的降低会直接导致漆粒直径大小的降低。BASFCoatingsMay,2004-10BSC/WVAC/QXESTA喷涂原理3.涂料加压机制一般来说，旋转式喷杯的高压上限为：100kV直接加压“加压的电极”即为喷杯的折角外部加压“加压的电极”呈环状围绕在喷杯杯体外侧BASFCoatingsMay,2004-11BSC/WVAC/QXESTA喷涂原理3.涂料加压机制借助于磁场内形成的磁力线，被喷射出来的漆粒也可以通过静电作用到达物体需进行油漆的部位。电压的升高会使得产生的载流子增加，同时也会加强静电磁场的磁力。此时，油漆物体表面部位的磁力线密度较高（尤其是在折角、边缘部位），这会使得涂料的分离率增加，从而导致涂层表面出现流条、气泡等缺陷，俗称“肥边”。BASFCoatingsMay,2004-12BSC/WVAC/QXESTA喷涂原理3.涂料加压机制旋转式喷杯喷涂示意图喷射漆流喷杯包覆效应工件BASFCoatingsMay,2004-13BSC/WVAC/QXESTA喷涂原理3.涂料加压机制直接加压如果喷涂装置的喷杯边缘同时作为电离折角，那么漆料的加压过程是通过离子的聚集来实现的。加压过程中的电压必须保持恒定不变。电压保持不变的前提条件是，工作电流不会应外部参数（例如空气湿度、喷涂距离、设备污染程度等）的变化而变化。喷杯不能和地面有接触。整个涂料供给设备（导线、涂料换色设备，涂胶机等）应该安装在接地位置上。BASFCoatingsMay,2004-14BSC/WVAC/QXESTA喷涂原理3.涂料加压机制间接加压和直接加压的原理不同，对漆粒进行外部间接加压和对漆粒进行雾化处理这两个过程在时间和空间上有明显的划分。在对漆料进行外部加压的过程中，会在外部加压电极之间形成载流子（离子），基于载流子的运动性，它会和同性接地基质之间产生相互排斥作用，而和异性接地基质（车身）相互吸引。这样就形成了一股离子流。一些细小物质由于其本身体积较小，质量较轻，因而会精确的沿着电力线（前面两张图示中所标出的线）移动。BASFCoatingsMay,2004-15BSC/WVAC/QXESTA喷涂原理3.涂料加压机制借助于离心力达到雾化效果的漆雾会进入离子流，并在表面张力减小的情况下加压。漆粒会沿着电力线达到异性物质（接地的基材），在此过程中，由于漆粒本身存在质量惯性，因此容许漆粒的实际运动轨迹和传递路径有少许偏差。由此，可能会在喷涂基材的表面形成一些不规则的漆斑，或者在雾化装置或自动运行设备上留下一些析出物质（如污物）。BASFCoatingsMay,2004-16BSC/WVAC/QXESTA喷涂原理3.涂料加压机制直接加压外部间接加压BASFCoatingsMay,2004-17BSC/WVAC/QXESTA喷涂原理4.漆粒在喷杯范围内的运行4.1.影响参数外部作用力:电场产生的电力质量惯性（离心力）重力（质量产生的重力）空气动力-成型空气-喷漆室内的空气流动（空气沉降速度）BASFCoatingsMay,2004-18BSC/WVAC/QXESTA喷涂原理4.漆粒在喷杯范围内的运行4.1.影响参数除了涂料物质本身的物理性能以外，喷涂设备中漆粒传递的方法和方式也会对漆膜的形成以及最终的喷涂效果产生一定影响。漆粒传递过程以及旋杯的喷杯结构对于以下几项性能参数有一定的影响和作用:漆粒的分离效果喷射漆流的膨胀程度漆粒在喷射流中的停顿时间雾化后漆粒中的成份分布涂料分离过程中漆粒相互撞击形成的脉冲喷涂有效系数喷射漆流的均匀程度-漆粒的形状，喷射漆流的速度-漆流的密度BASFCoatingsMay,2004-19BSC/WVAC/QXESTA喷涂原理4.漆粒在喷杯范围内的运行4.2.借助于空气流动传递漆粒除电压值以外，成型空气也是影响漆流喷射形状以及漆粒运动速度的一个主要参数。涡流的形状取决于空气压力的大小，成型空气的供给情况（空气配给环）以及喷杯的结构形状，对于漆粒的运行轨迹起着决定性的作用。BASFCoatingsMay,2004-20BSC/WVAC/QXESTA喷涂原理4.漆粒在喷杯范围内的运行4.2.借助于空气流动传递漆粒Quelle:DürrESTABellEco涂料的量(50-250ml/min)喷杯的转速(25.000-50.0001l/min)成型空气(50-200Nl/min)电压值(50-90kV)BASFCoatingsMay,2004-21BSC/WVAC/QXESTA喷涂原理4.漆粒在喷杯范围内的运行4.3.借助于静电磁场的作用力传递漆粒在静电磁场下，对于漆粒会有一个作用力，这个作用力的大小取决于磁场的强度（磁场强度随着电晕放电的电量增加而增加）以及漆粒的加载量。这一作用力的方向同磁力线的方向相同，会在一定程度上加快漆粒的运动速度。BASFCoatingsMay,2004-22BSC/WVAC/QXESTA喷涂原理4.漆粒在喷杯范围内的运行4.3.借助于静电磁场的作用力传递漆粒借助于静电磁场的作用力传送漆粒的过程中，漆粒不会沿着磁力线运动。这是主要因为，喷杯高速旋转所产生的涡流及其本身的重力，以及喷杯内辐射状离心的漆粒所产生的离心力都会对漆粒的运行轨迹造成一定影响。当然，磁力线本身对于漆粒达到油漆对象的途径也有一定影响。BASFCoatingsMay,2004-23BSC/WVAC/QXESTA喷涂原理4.漆粒在喷杯范围内的运行4.4.漆粒的运行轨迹喷杯和油漆对象之间会形成一个较大的涡流，在这个区域内漆粒会进行单次或多次运动，同时会有一些漆粒被从涡流中甩出。在涡流中还存在漆粒的回流，漆粒回流的程度会在电压被切断的一瞬间急剧增大。BASFCoatingsMay,2004-24BSC/WVAC/QXESTA喷涂原理4.漆粒在喷杯范围内的运行4.4.漆粒的运行轨迹Lit.:Scholz,T.;ExperimentelleUntersuchungenzurMehrphasenströmungimSprühkegeleineselektrostatischunterstütztenHochrotationszerstäubers;Fortschritt-BerichteVDI;Reihe7Strömungstechnik;Nr.346喷射漆流分为两个主要的漆粒流:--径向漆粒流,以辐射状从喷杯中喷出-圆锥形喷射流中轴向的回流漆粒流BASFCoatingsMay,2004-25BSC/WVAC/QXESTA喷涂原理4.漆粒在喷杯范围内的运行4.4.漆粒的运行轨迹采用静电式旋杯喷涂设备进行油漆喷涂，涂层厚度呈辐射状分布。这里所谓的辐射状，是指：在静止状态下取得涂料的喷射形状，其涂层厚度由四周向中心递减。涂层厚度分布不均匀主要是由于雾化喷涂装置的结构所造成的，但是通过加大成型空气的量，可以在一定程度上缓和这一现象。BASFCoatingsMay,2004-26BSC/WVAC/QXESTA喷涂原理5.漆粒的分布采用空气雾化装置进行油漆喷涂时，小颗粒漆粒容易随着物体表面气流方向的转换而变化运行方向，以至于可能会无法准确的达到油漆对象表面；而大颗粒漆粒由于其本身的质量较大，因而不易偏离其运行轨道。相反，采用静电式旋杯进行油漆喷涂时，小颗粒的漆粒由于其本身质量较轻，容易沿着磁力线到达物体表面，而大颗粒的漆粒容易在离心力的作用下被甩出，成型空气和磁力并不足以使大颗粒的漆粒克服外部作用的离心力，进而到达油漆物体的表面。BASFCoatingsMay,2004-27BSC/WVAC/QX采用ESTA喷涂金属色漆-所有的色漆层都可以采用静电喷涂工艺进行喷涂-采用传统的静电喷杯-塑胶材制也可采用相同的喷涂工艺-涂层可以进行局部修补，也可以进行整体修补现在可以采用单层静电喷涂工艺喷涂金属色漆（ESTA100)，不影响金属色泽但必须使用M喷杯，如ECOBell-M／Honda-MBASFCoatingsMay,2004-28BSC/WVAC/QXDürrECOBell-M（ESTA100)picturefromDÜRRCompanyBASFCo