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時間：2022/3/19 瀏覽次數：
靜電粉末噴涂加工技術在溶劑型涂料中的應用極其重要！
隨著人們物質文化生活水平的改善,對涂裝產品外在美觀度的要求越來越高,高檔涂料的使用量越來越大。介紹了靜電噴涂的原理、工藝和靜電漆料的配方設計原則,從理論和實踐上證實了靜電噴涂工藝具有較好的經濟效益和環境效益。
但由于涂裝件的規格、形狀差異較大,噴涂難度不盡相同,按照傳統的噴涂方式涂裝,涂料的實際利用率一般在 30%左右,其余的 70%都浪費掉了。這不但增加了產品的成本,而且污染環境。為提高涂料的利用率, 減小空氣污染,很多企業都在提高涂料的利用率,比較有效的手段是采用靜電噴涂。靜電噴涂不僅能節省涂料,減少空氣污染,而且可以使噴涂工藝機械化、連續化、減少廢品率,大大提高勞動生產率,改善勞動條件。
20世紀八九十年代國內使用的固定旋杯式和圓盤升降式噴涂設備,部分滿足了上述要求,但由于國內生產技術的限制,這類設備存在涂料霧化不充分,噴涂不均勻的現象,需要人工補噴,費時費力,因而靜電噴涂的推廣受到一定的限制。90年代后期,不少廠家陸續購買了美國、德國的設備,其特點是質量輕、霧化效率高、噴涂均勻、安裝簡單、易于清洗,噴涂技術易于掌握,在使用過程中發揮了巨大的經濟效益和環境效益。如山東德州拖拉機廠 1998 年 4 月購買了一臺美國生產的 JS510手握式靜電噴涂設備,經測算涂料的利用率由原來的 35%提高到大約 62%,在 4、5 月份生產高峰期,該生產線每天大約可節約油漆 120kg,稀釋劑50kg,節約人工 4 人次,節約資金約 2800 元,當年節約資金60 多萬元,經濟效益明顯。
一、靜電噴涂原理
靜電噴頭為高壓靜電發生器,作陽極,被噴涂件及流水線為陰極,靜電噴頭與被噴涂件之間存在很大的 電場力。涂料中加入一定量的導電劑,噴涂施工時,壓縮空氣吹出的涂料帶電液滴在高壓電場的作用下飛向陰極被涂件,并被牢固地吸附在被涂件上。噴涂現場觀察證實這種吸附力非常強,帶正電的涂料液滴可被吸附到噴涂件背面,而且靜電噴涂現場附近地面油漆的濺落大為降低,這種情況在非靜電噴涂中是不能達到的。因此靜電吸附可有效地防止涂料逃逸,提高其利用率。
靜電噴涂設備的靜電發生器一般可輸出 20～90kV 的可調直流電壓,輸出電流 50～100mA,輸漆量為200mL/min,漆料的噴涂黏度為 9～18s(涂 4 號杯),漆液的體積電阻率為20～200MΩ·cm,霧幅 250～350mm。
二、涂料的配方設計
2.1 原漆的確定
根據噴涂件所要求的配套性、裝飾性、防護性、附著力等因素選擇漆料的品種;根據噴涂漆液的黏度和漆膜的厚度確定漆料的固體分和導電性,以便噴涂施工時漆料有合適的黏度和導電值。
2.2 靜電稀釋劑的選擇
原漆出廠時,其黏度等指標必須滿足國家標準,有的用戶的要求還要高出國家標準。因此原漆黏度遠遠高于噴涂施工黏度,噴涂時必須加入稀釋劑(稀料)兌稀。一般稀釋劑的加入量約為原漆質量的 40%。靜電稀釋劑雖然能起到稀釋作用,但其用量必須嚴格控制,因為靜電稀釋劑用量過少,漆液滴帶電量不足,被噴涂件吸附效率降低;若用量過多,漆液滴導電率太高,靜電噴涂設備容易漏點,造成危險。因此,選擇低導電率稀釋劑調整黏度是必需的。
2.3 溶劑的確定
原漆出廠時,其黏度等指標必須滿足國家標準,有的用戶的要求還要高出國家標準。因此原漆黏度遠遠高于噴涂施工黏度,噴涂時必須加入稀釋劑(稀料)兌稀。一般稀釋劑的加入量約為原漆質量的 40%。靜電稀釋劑雖然能起到稀釋作用,但其用量必須嚴格控制,因為靜電稀釋劑用量過少,漆液滴帶電量不足,被噴涂件吸附效率降低;若用量過多,漆液滴導電率太高,靜電噴涂設備容易漏點,造成危險。因此,選擇低導電率稀釋劑調整黏度是必需的。
稀釋劑的用量和品種要根據用戶的噴涂設備和天氣情況慎重選擇。對于靜電噴涂來說,漆料在壓縮空氣和高壓靜電場的共同作用下的飛行速度比非靜電噴涂要快得多,因而噴涂中溶劑揮發得也多,所以靜電噴涂的施工黏度要比非靜電噴涂的低一些,通常還要加入一些高沸點溶劑減少其揮發。天氣炎熱時稀釋劑揮發快,高沸點溶劑應多加一些,天氣寒冷時稀釋劑揮發慢,高沸點溶劑應少加。值得注意的是,靜電稀釋劑的沸點和溶解性因種類不同而差別很大,要結合其他稀釋劑調整好黏度和導電性的平衡。
2.4 靜電噴涂用漆的理論計算
漆料的導電性是靜電噴涂的主要工藝參數,其電阻率一般應在 45MΩ·cm 以下。電阻太高,導電效果不 明顯,浪費漆料;電阻過低,則對設備的絕緣性和防火方面的要求相應提高,施工時易出危險。通常最佳理論值在 15～40MΩ·cm 之間。漆料的導電性隨靜電劑的加入而成指數函數上升,最終值介于原漆和靜電稀釋劑的電阻之間。靜電劑的含量 x(質量分數)與整體電阻率 y(MΩ·cm)的關系可用式(1)表示[5]:y=A1e-Bx+A2xB(1) 式中:A1 為原漆或被調整漆料的電阻率(MΩ·cm);A2 為靜電劑自身電阻率(MΩ·cm);B 為靜電劑特征 常數,無量綱,B≈10～200。
由式(1)知:當limx→0時,y=A1,即不加靜電劑時原漆電阻率不變;當limx→1時,y=A1e-B+A2≈A2,即靜電劑的電阻率。這與實際情況符合。
因(1)式中 y 值不便求解,且 A2xB 比A1e-Bx 小得多,可忽略小計,則可得到式(2):y=A1e-Bx(2)某些涂料及靜電劑的 A1、A2、B 值見表 1。通常 A2 值相近的靜電稀釋劑 B 值也相近,可以 以此估計,表 1 中未列出靜電稀釋劑的 B 值。乳酸丁酯、二丙酮醇、環己酮等沸點較高,而乙醇、丙酮的沸點低,應根據天氣情況配合非導電溶劑。
2.5 靜電劑在漆料中的導電性機理
靜電劑作為極性分子,本身具有偶極矩,在外電場的作用下產生誘導極化,偶極矩增強。原漆料中雖然也有一定量的極性分子,但由于數量少、極性低,不足以滿足靜電噴涂所需的電阻率。當向漆料中加入靜電稀釋劑時,大量具有較強極性的分子在高壓電場的作用下產生定向極化,增強了導電性。漆料中靜電稀釋劑的含量越大,其導電性越強。因此靜電稀釋劑的含量一般不宜超過 10%。表 2 和表 3 列出了常用丙烯酸氨基靜電涂料配方。
三、結語
靜電粉末噴涂加工工藝條件成熟,配方設計簡單易行,涂料利用率可由 35%提高到 60%左右。靜電噴涂方法可有效提高油漆的利用率、減少空氣污染,具有很強的經濟效益和社會效益,值得推廣。
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