Расчет процесса истечения

 

Вязкость проверяется на стандартных приборах — вискозиметрах ВЗ-4 и реже ВЗ-1. Они представляют собой металлические или пластмассовые цилиндрические резервуары, переходящие внизу в конус с калиброванным съемным соплом и стержнем, запирающим сопло. Под резервуаром находится градуированный стаканчик. Резервуар устанавливается в центре ванны с теплой водой и заполняется краской. Когда температура краски достигает 20°С, сопло открывают. Время в секундах, затраченное на истечение определенного объема краски, называется условной вязкостью. Сопло ВЗ имеет диаметр 2,5 или 5,4 мм; сопло ВЗ-4 — 4 мм; емкость резервуара вискозиметра ВЗ-4 равняется 100 мл.

Повышенная вязкость окрасочных составов является причиной получения неровной шероховатой пленки и образования натеков краски; при пониженной же вязкости слой краски получается тонким и неукрывистым.

Краску необходимо разбавлять только теми разбавителями, которые указаны в Технических Условиях (ТУ) для данного материала. Перед применением краску следует фильтровать. Несоблюдение этих условий является причиной получения неровной грязной поверхности с посторонними включениями, способствующими образованию в окрасочном слое пор и трещин.

Покрытие должно быть нанесено равномерным слоем установленной толщины, оно не должно иметь пропусков, быть плотным и минимально пористым.

Толщина покрытия определяется прибором ИТП-1; действие этого прибора основано на изменении силы притяжения магнита к поверхности окрашиваемого металла в зависимости от толщины немагнитной пленки, для определения же сплошности покрытия применяют электрические переносные дефектоскопы ЭД-4 и ЭД-5, Снабженные световыми индикаторами, сигнализирующими о дефектах (порах) в пленке.

По внешнему виду поверхность покрытия должна быть ровной, гладкой, однотонной или иметь какой-либо характерный рисунок.

Для получения покрытия высокого качества и предупреждения брака на машиностроительных заводах существует система технического контроля. В его функции входит: проверка материалов, идущих для окраски; систематический контроль каждой операции технологического процесса окраски, включая подготовительные работы; систематический надзор за состоянием оборудования и инструментов, применяемых для окрасочных работ.

Методы и способы окраски, т.е. нанесения защитно-декоративного слоя лакокрасочного материала (ЛКМ) на подлежащую основу, разнообразны, как и сами краски. Каждый год, а то и чаще, фирмы-производители красок предлагают новые материалы, а фирмы-производители оборудования не отстают от них в разработке соответствующего инструмента для нанесения этих материалов.

Мы не будем рассматривать здесь такие общеизвестные методы, как нанесение материала кистью, валиком, шпателем, а также экзотические способы: губкой или полиэтиленовым пакетом и пр.– описание этих методов Вы найдете у фирм, торгующих специальными строительными красками.

Важные показатели

Качество, или класс покрытия по ГОСТу

Эффективность, или коэффициент переноса, - количество краски, перенесенное на окрашиваемую поверхность по отношению к общему распыленному объёму, в процентах.

Скорость нанесения материала, в единицах площади, или количества материала, за единицу времени (кв.м/мин, гр/мин).

Стоимость оборудования.

Сложность работы с оборудованием и его обслуживания.

Итак,

1. Пневматическое распыление и его разновидности:

·            Конвенциональная (стандартная) система

·            Система НА

·            Система HVLP

·            Система Geo

·            Турбо-HVLP

2. Безвоздушное распыления (Airless)

3. Смешанное распыление (Mist-Less)

Пневматическое распыление основано на принципе последовательного дробления струи краски при помощи потока воздуха, скорость движения которого многократно превосходит скорость истечения краски из сопла. Воздушные и материальные сопла чаще расположены соосно, но используются и взаимно перпендикулярный тип их расположения.

а) У конвенциональных, или стандартных, систем давление воздуха на выходе в распыляющей головке 3-6 бар и, как следствие, очень высокая скорость воздушного потока, факел окрасочного аэрозоля состоит из капель различного диаметра (от 5 мкм до 100 мкм), и различной скорости движения в вихревом потоке воздуха. При встрече с окрашиваемой поверхностью лишь 30-40% частиц аэрозоля, имеющие оптимальные размеры и скорость, остаются на плоскости.

Мелкие частицы, их около 50%-60%, быстро теряют скорость. не достигают поверхности и образуют так называемый «туман», сдуваемый потоком воздуха краскопульта.

5-10% аэрозоля составляют крупные капли с высокой скоростью движения, при ударе об окрашиваемую поверхность они отскакивают, образуя дефекты в плёнке ЛКМ, и сдуваются настилаемым потоком воздуха на соседние участки. Если скорость крупных частиц невелика, сила удара о плоскость недостаточна для преодоления сил поверхностного натяжения капли материала, что приводит к неравномерной толщине слоя краски.

Таким образом, у стандартных систем при достаточно высокой скорости работы и удовлетворительном качестве получаемого покрытия, коэффициент переноса ЛКМ не превышает 40%.

Оборудование в своем «классическом» виде в настоящее время используется все реже, однако за последние годы разработаны «промежуточные» варианты, так называемая

б) технология HA (High Atomisation), TransTech, RP и пр., использующая давление на выходе распыляющей головки 1,2-1,4 бар, а также большой объём воздуха в распыляющей головке (до 600 л), что позволило резко, до 79% улучшить показатели эффективности переноса, снизить «туманообразование», сохранив высокую скорость и высокое качество нанесения материала. Правда, пока с одним ограничением: технология не столь “универсальна”, как стандартная или HVLP, т.е. работает с менее широким спектром материалов. Тем не менее, краскопульты НА все чаще используются с автомобильными финиш-красками и лаками, а также базами «металлик» и «перламутр».

Принципы работы с данным оборудованием те же, что и с конвенциональным, что облегчает и ускоряет переход на эти краскораспылители. 

в) в 1988 году экологи США озаботились высоким содержанием загрязняющх веществ в курортном воздухе Калифорнии, следствием чего стало принятие Закона Штата Калифорния за номером 1151, помимо прочего содержащего запрет на превышение паров сольвента и окрасочной пыли в воздухе и требующего применение систем HVLP при производстве окрасочных работ. Пример оказался заразительным, и действие закона распостранилось по всей территории США. В дальнейшем этому последовали и страны Западной Европы.

Конструкция современных краскораспылителей позволяет преобразовать небольшой поток сжатого до 2-3 бар воздуха на входе, в больший (600-800 л/мин) объём и меньшее, 0,7 бар, давление на выходе распыляющей головки.

Это и есть принцип HVLP (Большой Объём-Низкое Давление) при этом воздух имеет низкую скорость истечения из сопла, отсутствует турбуленция, что создает идеальные условия для образования однородного по составу (30-60 мкм) и скорости движения капель аэрозоля и обеспечивает равномерный «мягкий» перенос 65%-75% ЛКМ на окрашиваемую поверхность, с одновременным резким снижением «туманообразования».

Стабильный, без завихрений, «настил» воздушного конуса позволяет получить высококачественное покрытие при хорошей скорости нанесения

Хорошие характеристики по качеству, экологчность, низкая себестоимость, простота работы и обслуживания обусловили широкое применение данного метода в автомобильном, авиакосмическом и мебельном секторах, строительно-отделочных работах и в промышленном производстве.

г) В 1992 г компания Walcom разработала и запатентовала способ GEO – способ “двойного распыления” с помощью особой микрокамеры дополнительного смешивания ЛКМ с воздухом, т. е дробление идет как бы в два последовательных этапа, что позволяет получить оптимальные (30-60 мкм) размеры частиц окрасочного аэрозоля, обеспечивая идеальное качество, и резко, на 67%, снизить “туманообразование”. Кроме того, работая при тех же параметрах давления (не более 0,7 бар) в распыляющей головке, что и система HVLP, краскораспылители GEO имеют меньший, порядка 220 л/мин на входе, расход воздуха, что значительно экономит ресурсы.

Краскораспылители системы GEO наносят покрытия с первоклассным качеством и широко используются в автоделе и производстве мебели.

в) Турбо HVLP подразумевает ещё больший, >800 л/мин, воздушный поток при избыточном давлении не более 0,5 бар, что в полной мере позволяет избавиться от недостатков конвенционального распыления.

Большой поток воздуха низкой скорости равномерно и мягко атомизирует материал, плавно переносит его к поверхности и прижимает, препятствуя обратному “отбою” краски, в то же время тщательно прокрашивая криволинейные поверхности и т.н. “мертвые” зоны.

Немаловажное преимущество метода – отсутствие водоконденсата и паров масла в воздухе, получаемом при помощи турбины-нагнетателя.

Недостатки - невысокая скорость нанесения и значительный нагрев воздуха вследствие его трения о лопатки турбины, что может вызвать “схватывание” материала в дюзе во время работы.

Метод Турбо HVLP –его ещё называют “пневматической кистью”, широко используется в современном производстве дорогой мебели, музыкальных инструментов, т.е. там, где приходится работать с материалами различной - от 15 до 160 сек вязкости, и получать покрытие наивысшего качества при коэффициенте переноса до 80%-85%.

2. Безвоздушное распыление (AIRLESS)

-это не окраска в вакууме, как может показаться из названия метода, а распыление материала без участия воздуха в качестве рабочего тела, т.е. дробление краски происходит вследствие продавливания её под высоким, от 40 до 500 бар, гидравлическим давлением через сопло специальной формы, с очень высокой скоростью. При трении об окружающий воздух струя краски распадается на разнокалиберные капли, одновременно теряя скорость, и оседает на окрашиваемой поверхности.

Метод достаточно специфичен, поскольку не позволяет получить покрытие высокого класса вследствие неоднородности частиц окрасочного аэрозоля, кроме того, величина, форма факела и расход материала строго заданы размерами дюзы и не регулируются в процессе работы.

 Но есть и явные преимущества:

· Основное - возможность наносить составы любой, даже очень большой, вязкости

· очень высокая скорость работы – количество распыляемого материала может измеряться десятками литров в минуту!

Преимущества и недостатки данного метода обусловили сферу применения оборудования данного типа - это строительно-отделочные, особенно фасадные, работы, огнезащита, судостроение, защита металлоконструкций от коррозии, гидроизоляция, нанесение дорожной разметки и т.п.

3. Смешанное распыление (Mist-Less)

 как избавиться от недостатков, свойственных безвоздушному распылению, сохранив его преимущества? Правильно, совместить безвоздушный и воздушный способы распыления. Эта идея была реализована в технологии, получившей название смешанного, или комбинированного распыления, также его называют безвоздушным распылением в воздушном конусе, безвоздушным распылением с воздушной поддержкой. Идея такова: окрасочный аэрозоль, полученный безвоздушным распылением, подвергается дополнительному тщательному дроблению воздушным потоком, подаваемым непосредственно в факел. Дополнительно, через отдельные воздуховоды, происходит образование воздушного конуса, формирующего факел и без потерь доставляющего краску к поверхности.

Таким образом, характеристики факела при смешанном распылении приближаются к таковым у получаемого методом пневматического распыления – высокое качество покрытия, высокий коэффициент переноса, при сохранении свойственных безвоздушному методу преимуществ –высокой скорости и возможности нанесения составов любой вязкости.

Это-то и позволило с успехом применить данный метод при поточном производстве мебели, промышленной финиш-окраске, в аэрокосмической области, при окраске строительных, сельскохозяйственных и других крупногабаритных машин, станков и оборудования.

В заключение данного раздела можно привести сводную таблицу характеристик вышеуказанных методов окрашивания

показатель	Пневматическое					Airless	Mistless
	Стандарт	GEO	НА	HVLP	Турбо HVLP
Качество	+	++++	+++	+++	++++	+	+++
Эффективность	+	++++	++++	+++	+++++	++	+++
Скорость	+++	++	+++	+++	+	++++	++++
Стоимость	+	++	++	++	+++	++++	+++++
Сложность	+	+++	++	++	+++	+	+++
Окупаемость	+	+++	+++	+++	++++	++	++