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水性底漆在噴霧過程中的液滴大小測量- SpraySpy現場報告

2020-08-04

水性底漆在噴霧過程中的液滴大小測量- SpraySpy®現場報告

 

霧化研究

涂料的使用對成品的色調、鋁效果顏料的底色、涂料的外觀等性能有決定性的影響。不僅應用方法本身是決定性的。例如在高轉速霧化情況下,轉速、流量、轉向空氣等應用參數的選擇也對霧化效果有決定性的影響。因此,了解油漆的霧化過程是很有意義的。巴斯夫涂料部門使用由AOM - Systems公司研發的SpraySpy®噴霧(wu)(wu)檢測系統(圖1)開(kai)發了一(yi)套測量裝(zhuang)置,可以(yi)對汽車涂料(liao)的霧(wu)(wu)化(hua)(hua)過(guo)程(cheng)(甚至是靜(jing)電霧(wu)(wu)化(hua)(hua))進行(xing)詳細(xi)研究。這樣,就(jiu)能從(cong)油漆霧(wu)(wu)化(hua)(hua)過(guo)程(cheng)中(zhong)獲得的信(xin)息來更有效預測的油漆配方開(kai)發或設置.優的應用參(can)數。

 

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1:來自AOM-SystemsSpraySpy®LabLine 450

                                                                                                                       

使用SpraySpy®獲(huo)得更多關于霧化過程的參數信息

SpraySpy®測量技術基于移(yi)動(dong)液滴在激光照射(she)(she)下(xia)的(de)產(chan)生的(de)光散射(she)(she)。由此(ci)產(chan)生的(de)光散射(she)(she)在時間上被分(fen)離成單個的(de)散射(she)(she)信號,并(bing)被光子接收器記錄下(xia)來。散射(she)(she)階數(shu)的(de)特征(zheng)與液滴的(de)大小、速度和不透明(ming)度密切(qie)相關。這是SpraySpy®技術(shu)成為一(yi)種直接計數測(ce)(ce)量(liang)(liang)方(fang)法。與其他測(ce)(ce)量(liang)(liang)方(fang)法相比(bi),他既(ji)測(ce)(ce)量(liang)(liang)噴霧(wu)中的(de)透明(ming)液滴,也(ye)能夠對(dui)透明(ming)液滴進(jin)行(xing)測(ce)(ce)量(liang)(liang)。該系統測(ce)(ce)量(liang)(liang)所使用(yong)的(de)激光束在液滴內(nei)或(huo)液滴表面上產生穿(chuan)透和反射(she)。如果把這些結(jie)果相互聯系起來,就(jiu)會(hui)對(dui)噴霧(wu)的(de)表征(zheng)產生一(yi)個重(zhong)要的(de)測(ce)(ce)量(liang)(liang)值,這是很(hen)難用(yong)其他任何方(fang)法做(zuo)到(dao)的(de)。這既(ji)是時移測(ce)(ce)量(liang)(liang)方(fang)法的(de)優勢。SpraySpy®能夠在(zai)真實的應用條(tiao)件(jian)下進行測量。例如(ru)可以測量高電壓下ATEX區域(yu)內的含(han)溶(rong)劑涂料(liao)。

 

簡便的測量設置

為了(le)表征汽車噴漆錐,使用(yong)了(le)如圖2所示(shi)的測試裝置。

 

圖2:使用SpraySpy®測量(liang)涂料(liao)滴度的示(shi)意圖(tu)結(jie)構(gou)。

 

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典型的測量設置:在試驗工廠用SpraySpy®測量一個高旋轉的霧化器。

 

高旋轉鐘罩(zhao)與測量(liang)部(bu)分呈45度角,在(zai)標準條件下,實際測量激光位(wei)于(yu)鐘罩(zhao)邊緣以下25mm。因此,過噴、紊流(liu)和(he)逆流(liu)都能夠降(jiang)到.低(di)。這種測量幾(ji)何(he)結構(gou)提供了激光透(tou)鏡或(huo)探測器受到污染較(jiao)少的優點。由于噴霧比較(jiao)稠密,保證了較(jiao)高(gao)(gao)的液滴密度,使得測量結果具(ju)有(you)較(jiao)高(gao)(gao)的統計確(que)定性。此外(wai),在55毫米(mi)的測(ce)量(liang)(liang)截面上(shang),所(suo)(suo)有噴霧部分都(dou)能夠被(bei)捕(bu)捉到(dao),因此即(ji)使非(fei)常寬的噴霧錐也(ye)能被(bei)檢測(ce)。總而言(yan)之(zhi),這個測(ce)試(shi)設置能夠重復測(ce)量(liang)(liang)不(bu)同應用參數(shu)設定下所(suo)(suo)有霧化器,旋杯(bei)和油漆系統。此外,對(dui)于用戶(hu)來(lai)說,這種(zhong)測(ce)量(liang)(liang)裝置還(huan)有許(xu)多(duo)優點。與現(xian)有的液滴尺寸(cun)測(ce)量(liang)(liang)裝置相比,該測(ce)試(shi)裝置在短時(shi)間內就(jiu)可以(yi)安裝就(jiu)位(wei),測(ce)量(liang)(liang)程序(xu)十分簡便。同樣地(di),測(ce)量(liang)(liang)系統對(dui)不(bu)準(zhun)情況(kuang)也(ye)很少(shao)會發生(sheng),因此即(ji)便更換到(dao)其他測(ce)試(shi)工位(wei)也(ye)不(bu)會產生(sheng)任何問題。

 

分析四個水性底漆

在一項研究中,使(shi)用SpraySpy®分析了四種(zhong)不同的水性(xing)底漆(qi) WB)。解決系統中對透明度產(chan)生(sheng)的影響

  • M1,WBL無填料
  • M2,WBL使用硫酸鋇作為填料
  • M3,WBL有填料,并且有碳黑顏料
  • M4,WBL有填料,碳黑和鋁效果顏料

 

進行分(fen)析。為此,預先使用405450 nm (SpraySpy®激光器(qi)的波長(chang))10µm抗蝕劑薄膜厚度(du)進(jin)行傳輸測量。(圖(tu)3)。

 

3:抗蝕劑M1 - M410µm薄(bo)膜厚度時的(de)透射(she)測(ce)量。NT (%) = SpraySpy®測量(liang)中不透明(ming)滴劑(ji)的比例。

 

正如(ru)預期的那樣,M1的透明度(du).高(gao),而M2M3按照這個順序吸收(shou)的能量更多。.后,除(chu)M4鋁系(xi)統外,干(gan)燥膜中的(de)透射率與霧(wu)化(hua)過程(cheng)中不透明液滴(di)(di)的(de)比(bi)例有很好的(de)相關性(xing)。這可以(yi)解(jie)釋為干(gan)燥膜中的(de)鋁顏料(liao),它們(men)沒有*平面排列,導致(zhi)比(bi)在噴(pen)霧(wu)錐的(de)液滴(di)(di)中傳輸更高。通(tong)過高旋轉霧(wu)化(hua),使用SpraySpy®在三(san)種不同速度(23k43k63k rpm)下對四種涂層進行分析(xi)。如圖(tu)4所示,可(ke)以清楚地(di)區分不同(tong)的(de)油漆。大(da)于35µm (中值)的透(tou)明大液滴在M1霧化中(zhong)產生,而M2中的填(tian)充劑將(jiang)液滴(di)尺寸減小到27 ~ 31µm。在含有顏料涂層(ceng)的M3(炭黑(hei))M4(鋁(lv)效果顏(yan)料)中發現了更小的透明(ming)液滴(di),大(da)小約為15 - 17µm。如預期的那樣,在(zai)較高的速度下可以得到更小的液滴,這在(zai)非(fei)透明測量(liang)模式下尤為(wei)明顯。在(zai)這里,M3和(he)M4系統的進一步(bu)區分成功了,在M4鋁系統(tong)中(zhong),較大的(de)非透明液滴在(zai)所有(you)速度下都能(neng)夠被測(ce)量(liang)到。一般(ban)來說,較大液滴能(neng)夠產生.大的(de)速度,正如圖中(zhong)的(de)線性趨勢線所說明的(de)那(nei)樣。

 

4,涂層M1 - M4在不(bu)同速度下(xia)的(de)D(N50)與速(su)度(N50)的相關性。左:透明液滴(di),右(you):不透明液(ye)滴(di)。

 

鐘(zhong)形鋸(ju)齒(chi)決定(ding)空(kong)間解決的水滴大小

進(jin)一(yi)步的研究表明,旋杯邊緣對空間分辨的液滴大小有顯著的影響(xiang)。為(wei)此(ci),選(xuan)擇(ze)一(yi)個WBL霧化速度為43000 rpm,出流率為300 mL/min,轉(zhuan)向空氣(qi)為400 NL/min,有兩種不同形狀的(de)旋杯:a)無鋸齒鐘形(xing)和b)線鋸齒旋杯。首(shou)先看一下平均值(zhi),沒有鋸齒的旋杯(D中位數= 18.2µm)和有鋸齒的旋杯(D中位數= 18.9µm)之(zhi)間沒有顯著差異。然而(er),噴霧錐彼此之(zhi)間差異很大,如圖(tu)5所示(shi),基(ji)于(yu)0 - 30mm的空間分辨下降(jiang)速度。對于兩種(zhong)旋杯產生的液滴來說,液滴的速度從噴霧錐的內部(0毫米)向中.心下降(jiang),而噴霧錐外部區域(yu)(18 - 25毫米)的(de)線鋸齒導致透明(ming)液滴和非透明(ming)液滴明(ming)顯具(ju)有高速。這種特(te)征對于沒有鋸齒的(de)旋(xuan)杯來(lai)說不(bu)明(ming)顯。

 

5: 旋杯鋸齒對所選WBL的(de)空間分辨下降(jiang)速度的(de)影響(xiang)

 

結論:

結果(guo)表明,SpraySpy®是一種易于使(shi)用的(de)(de)測(ce)量系統(tong),特別適用于在汽車(che)涂料的(de)(de)應用過程中測(ce)量和表征噴錐。這些特性能(neng)夠(gou)獲得非常詳細的(de)(de)霧化參數信息,并提(ti)供關(guan)于空間分辨的(de)(de)液滴大小(xiao)、速度和液滴類型(透(tou)明vs.非透明)的信息。指導用戶可以較快地獲得可重復的結果。因此,在標準的測量(liang)條件下(xia)(一個(ge)(ge)霧化(hua)器,一個(ge)(ge)特定的測量位置(zhi))SpraySpy®提供了非常有用的方法來區分不同的油漆系統,并進一步更精確地了解霧化過程。有了表面特性的知識,應用參數就可以進一步優化。在巴斯夫涂料部門的技術管理中,例如新涂料和涂料工藝的開發和測試,SpraySpay®作為測量的關鍵技術,能(neng)夠更(geng)有針(zhen)對(dui)性地闡明復雜的因果機制。

 

Author:

Steffen Rohlmann, Georg Wigger, Christian Bornemann

ECO/TAVB, Application Process Technology Europe, BASF Coatings GmbH Münster, Glasuritstrasse 1

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