17.Нанесение жидких лкм методом электростатического распыления. Основы способа. Достоинства и недостатки.

По значению и распространению в промышленности электростатическое распыление занимает одно из ведущих мест. Привлекают внимание в этом способе экономичность, хорошее качество покрытий, возможность автоматизации процесса и высокая производительность. Благодаря воздействию электрического поля на аэрозольные частицы достигается практически полное осаждение распыляемого лакокрасочного материала на изделия, потери не превышают 10%.

В электрическом поле можно окрашивать изделия I и II групп сложности, изготовленные из различных материалов, при этом применяют как стационарные (полностью автоматизированные), так и ручные установки. Особенно хорошо зарекомендовал себя этот способ при окрашивании мелких изделий не очень сложной формы: детален приборов, авто-, вело- и мотодеталей, электротехнических изделий, фурнитуры, бытовой техники, мебели, обуви и др. Применим этот способ и при окрашивании средне- и крупногабаритных изделий, таких, как кузова и кабины автомобилей, железнодорожные и трамвайные вагоны, автобусы. Он дает хорошие результаты как при массовом, серийном производстве, так н при окрашивании единичных изделий. В случае применения стационарных установок существенно улучшаются санитарно-гигиенические условия труда и повышается общая культура производства.

Способ электростатического распыления жидких лакокрасочных материалов был разработан А. А. Чижевским в 1938 г., однако широкое практическое применение в технологии покрытии он получил лишь в 50-е годы. В настоящее время этот способ считается одним из перспективных на ближайшие 15— 20 лет.

К недостаткам способа электростатического распыления можно отнести сложность и повышенную стоимость окрасочной аппаратуры, некоторые ограничения в использовании лакокрасочных материалов.

Основы способа

Сущность электростатического способа заключается в распылении лакокрасочного материала с одновременным сообщением образующимся аэрозольным частицам электрического заряда, благодаря которому они равномерно осаждаются на противоположно заряженном изделии.

При электростатическом нанесении приемлем любой способ образования аэрозолей, однако наиболее распространены механическое (центробежное), пневматическое и гидравлическое (безвоздушное) распыление. Возникновение заряда на частицах связано с наложением постоянного электрического поля высокого напряжения (50—140 кВ), при этом изделие, как правило, заземляется.

Существует несколько способов зарядки аэрозольных частиц, определяющих различный подход к аппаратурному оформлению процессов. Практическое использование нашли два из них: ионный и контактный.

Ионная зарядка (зарядка ионной адсорбцией) широко используется во многих аппаратах электронно-ионной технологии благодаря высокой эффективности и простоте осуществления процесса. Источником ионов обычно является коронный разряд, возникающий в пространстве между двумя электродами, например, между электродной сеткой, соединенной с источником высокого напряжения, -и заземленным изделием. Одним из важных свойств коронного разряда является его способность сообщать заряд аэрозолю, 'находящемуся на некотором расстоянии от электрода. Заряд возникает в результате адсорбции частицами аэрозоля ионов, возникающих при ионизации воздуха. Адсорбция происходит до тех пор, пока силы отталкивания между нонами, осевшими на частице, и силы протяжения ионов частицей не уравняются. Адсорбция ионов вызывает направленное движение аэрозольных частиц (капель) по силовым линиям поля в сторону окрашиваемого изделия.

Контактная зарядка (или зарядка путем электростатической индукции) происходит в результате контакта лакокрасочного материала с острой кромкой распылителя, выполняющего одновременно роль коронирующего электрода. Для лучшей зарядки материала обычно выбирают электрод вытянутой формы, образующий кромку в виде острия. Чем меньше радиус закругления кромки распылителя, тем больше напряженность электрического поля в этом месте и легче возникает коронный разряд, вызывающий распыление и зарядку материала. Коронный разряд, образуется на острой кромке электрода, если напряженность поля достигает 3 МВ/м. При этом электрические заряды интенсивно стекают в воздух, вызывая его ионизацию в прилегающем к электроду пространстве.

При подключении высокого напряжения к коронирующему электроду на острие его кромки создается поверхностный заря, большой плотности. Если на такую кромку подать тонкий слой лакокрасочного материала, то он будет заряжаться и по влиянием сил электрического поля вытягиваться и стекать с поверхности в направлении заземленного изделия (пис 7 1П\ Образуется направленный движущийся аэрозоль заряженных частиц (капель) лакокрасочного материала

Заряд возрастает с повышением приложенного напряжения и уменьшается при увеличении l, ρ, ε и рг (расстояние до изделия, радиус закругления кромки распылителя, диэлектрическая проницаемость, объемное электрическое сопротивление). Заряд растет также пропорционально квадрату радиуса капли. Однако масса капли, определяющая кинетическую устойчивость аэрозоля, увеличивается еще быстрее —пропорционально кубу радиуса. Поэтому высокая степень диспергирования лакокрасочного материала благоприятно сказывается на распылении.

При контактной зарядке лакокрасочного материала заряд аэрозольных частиц в 10—30 раз больше, чем при ионной, поэтому промышленные электроокрасочные установки работают преимущественно с использованием контактного способа зарядки.

Зарядка капель способствует не только их дроблению и направленному движению к изделию, но и образованию факела аэрозольных частиц. В отличие от пневматического при электростатическом распылении факел образуется в результате взаимного отталкивания одноименно заряженных капель. Угол £ между образующими факела является функцией напряженности по™ Е радиуса г и заряда Q капли: tgp=f (t, г, Q). Большой угол факела не всегда желателен, так как возрастают потери Лакокрасочного материала за счет уноса вентиляцией. Поэтому на практике используют различные способы фокусирования и направленного распыления материалов с учетом габарита, формы покрываемых изделий.

Заряженные частицы, образующиеся при распылении в электрическом поле, двигаются к поверхности окрашиваемого изделия по определенной траектории. Она формируется под влиянием действующих на частицу сил тяжести, взаимного отталкивания и электрического притяжения.

Противодействующей движению является сила, обусловленная сопротивлением воздуха перемещению частицы. Скорость движения падает пропорционально логарифму радиуса частицы. Так, при максимальной напряженности поля 0,5 МВ/м скорость перемещения частицы радиусом 100 мкм не превышает I м/с. Крупные частицы с большой массой, получившие небольшой заряд, при движении могут отклониться настолько, что выпадут из-под влияния электрического поля и будут унесены вентиляцией, не достигнув поверхности изделия.

Разрядка частиц завершает цикл процессов, связанных с переносом вещества в поле коронного разряда, и является одновременно процессом астабилизации дисперсии. Наряду с переходом капель в нейтральное состояние (в результате стенания зарядов на заземленное изделие) происходит их слияние; вязкость образующейся жидкой пленки непрерывно увеличивается вследствие испарения растворителя, соответственно изменяются и электрические параметры слоя. В случае прямого контакта капель с поверхностью скорость их разрядки определяется собственной проводимостью материала: чем больше К (или чем меньше р₍), тем быстрее и полнее происходит стекание заряда. Таким образом, удельное объемное сопротивление на разных стадиях нанесения лакокрасочных материалов играет .всякую роль: с его ростом облегчается зарядка аэрозольных частиц и одновременно затрудняется их разрядка. Если краска осаждается на уже осевший слой лакокрасочного материала или на предварительно окрашенную (загрунтованную) поверхность, то определяющее влияние на разрядку оказывает сопротивление этого слоя. При большом сопротивлении происходит накопление зарядов на поверхности; осаждение лакокрасочного материала при этом замедляется или полностью прекращается. Поэтому на практике в зависимости от электрического сопротивления пленки наносят 1—3 слоя лакокрасочных материалов. Нередко предусматривается нанесение сдвоенных слоев: последующий слой наносят на неотвержденный предыдущий, имеющий относительно низкое значение рv.