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水性底漆在噴霧過程中的液滴大小測量- SpraySpy現(xiàn)場報(bào)告

麥奇克/Microtrac 2020-07-28 | 閱讀：1365

水性底漆在噴霧過程中的液滴大小測量- SpraySpy^?現(xiàn)場報(bào)告

霧化研究

涂料的使用對成品的色調(diào)、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(yīng)用方法本身是決定性的。例如在高轉(zhuǎn)速霧化情況下,，轉(zhuǎn)速,、流量、轉(zhuǎn)向空氣等應(yīng)用參數(shù)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(fā)的SpraySpy^?噴霧檢測系統(tǒng)（圖1）開發(fā)了一套測量裝置，可以對汽車涂料的霧化過程（甚至是靜電霧化）進(jìn)行詳細(xì)研究,。這樣,，就能從油漆霧化過程中獲得的信息來更有效預(yù)測的油漆配方開發(fā)或設(shè)置最.優(yōu)的應(yīng)用參數(shù)。

圖1:來自AOM-Systems的SpraySpy^?LabLine 450

使用SpraySpy^?獲得更多關(guān)于霧化過程的參數(shù)信息

SpraySpy^?測量技術(shù)基于移動(dòng)液滴在激光照射下的產(chǎn)生的光散射,。由此產(chǎn)生的光散射在時(shí)間上被分離成單個(gè)的散射信號,，并被光子接收器記錄下來。散射階數(shù)的特征與液滴的大小,、速度和不透明度密切相關(guān),。這是SpraySpy^?技術(shù)成為一種直接計(jì)數(shù)測量方法。與其他測量方法相比,，他既測量噴霧中的透明液滴,，也能夠?qū)ν该饕旱芜M(jìn)行測量。該系統(tǒng)測量所使用的激光束在液滴內(nèi)或液滴表面上產(chǎn)生穿透和反射,。如果把這些結(jié)果相互聯(lián)系起來,，就會(huì)對噴霧的表征產(chǎn)生一個(gè)重要的測量值，這是很難用其他任何方法做到的,。這既是時(shí)移測量方法的優(yōu)勢,。SpraySpy^?能夠在真實(shí)的應(yīng)用條件下進(jìn)行測量。例如可以測量高電壓下ATEX區(qū)域內(nèi)的含溶劑涂料,。

簡便的測量設(shè)置

為了表征汽車噴漆錐,，使用了如圖2所示的測試裝置。

圖2:使用SpraySpy^?測量涂料滴度的示意圖結(jié)構(gòu),。

典型的測量設(shè)置:在試驗(yàn)工廠用SpraySpy^?測量一個(gè)高旋轉(zhuǎn)的霧化器,。

高旋轉(zhuǎn)鐘罩與測量部分呈45度角，在標(biāo)準(zhǔn)條件下,，實(shí)際測量激光位于鐘罩邊緣以下25mm,。因此，過噴,、紊流和逆流都能夠降到最.低,。這種測量幾何結(jié)構(gòu)提供了激光透鏡或探測器受到污染較少的優(yōu)點(diǎn)。由于噴霧比較稠密,，保證了較高的液滴密度,，使得測量結(jié)果具有較高的統(tǒng)計(jì)確定性。此外,，在55毫米的測量截面上,，所有噴霧部分都能夠被捕捉到,，因此即使非常寬的噴霧錐也能被檢測?？偠灾@個(gè)測試設(shè)置能夠重復(fù)測量不同應(yīng)用參數(shù)設(shè)定下所有霧化器,，旋杯和油漆系統(tǒng),。此外，對于用戶來說,，這種測量裝置還有許多優(yōu)點(diǎn),。與現(xiàn)有的液滴尺寸測量裝置相比，該測試裝置在短時(shí)間內(nèi)就可以安裝就位,，測量程序十分簡便,。同樣地，測量系統(tǒng)對不準(zhǔn)情況也很少會(huì)發(fā)生,，因此即便更換到其他測試工位也不會(huì)產(chǎn)生任何問題,。

分析四個(gè)水性底漆

在一項(xiàng)研究中，使用SpraySpy^?分析了四種不同的水性底漆（WB）,。解決系統(tǒng)中對透明度產(chǎn)生的影響

l M1,，WBL無填料

l M2，WBL使用硫酸鋇作為填料

l M3,，WBL有填料,，并且有碳黑顏料

l M4，WBL有填料,，碳黑和鋁效果顏料

進(jìn)行分析,。為此，預(yù)先使用405和450 nm (SpraySpy^?激光器的波長)對10μm抗蝕劑薄膜厚度進(jìn)行傳輸測量,。（圖3）,。

圖3:抗蝕劑M1 - M4在10μm薄膜厚度時(shí)的透射測量。NT (%) = SpraySpy^?測量中不透明滴劑的比例,。

正如預(yù)期的那樣,，M1的透明度最.高，而M2和M3按照這個(gè)順序吸收的能量更多,。最.后,，除M4鋁系統(tǒng)外，干燥膜中的透射率與霧化過程中不透明液滴的比例有很好的相關(guān)性,。這可以解釋為干燥膜中的鋁顏料,，它們沒有完全平面排列，導(dǎo)致比在噴霧錐的液滴中傳輸更高,。通過高旋轉(zhuǎn)霧化,，使用SpraySpy^?在三種不同速度(23k,、43k和63k rpm)下對四種涂層進(jìn)行分析。如圖4所示,，可以清楚地區(qū)分不同的油漆,。大于35μm (中值)的透明大液滴在M1霧化中產(chǎn)生，而M2中的填充劑將液滴尺寸減小到27 ~ 31μm,。在含有顏料涂層的M3(炭黑)和M4(鋁效果顏料)中發(fā)現(xiàn)了更小的透明液滴,，大小約為15 - 17μm。如預(yù)期的那樣,，在較高的速度下可以得到更小的液滴,，這在非透明測量模式下尤為明顯。在這里,，M3和M4系統(tǒng)的進(jìn)一步區(qū)分成功了,，在M4鋁系統(tǒng)中，較大的非透明液滴在所有速度下都能夠被測量到,。一般來說,，較大液滴能夠產(chǎn)生最.大的速度，正如圖中的線性趨勢線所說明的那樣,。

圖4,，涂層M1 - M4在不同速度下的D(N50)與速度(N50)的相關(guān)性。左:透明液滴,，右:不透明液滴,。

鐘形鋸齒決定空間解決的水滴大小

進(jìn)一步的研究表明，旋杯邊緣對空間分辨的液滴大小有顯著的影響,。為此,，選擇一個(gè)WBL霧化速度為43000 rpm，出流率為300 mL/min,，轉(zhuǎn)向空氣為400 NL/min,，有兩種不同形狀的旋杯：a）無鋸齒鐘形和b）線鋸齒旋杯。首先看一下平均值,，沒有鋸齒的旋杯（D中位數(shù)= 18.2μm)和有鋸齒的旋杯(D中位數(shù)= 18.9μm)之間沒有顯著差異,。然而，噴霧錐彼此之間差異很大,，如圖5所示,，基于0 - 30mm的空間分辨下降速度。對于兩種旋杯產(chǎn)生的液滴來說,，液滴的速度從噴霧錐的內(nèi)部(0毫米)向中.心下降,，而噴霧錐外部區(qū)域(18 - 25毫米)的線鋸齒導(dǎo)致透明液滴和非透明液滴明顯具有高速。這種特征對于沒有鋸齒的旋杯來說不明顯,。

圖5: 旋杯鋸齒對所選WBL的空間分辨下降速度的影響

結(jié)論：

結(jié)果表明,，SpraySpy^?是一種易于使用的測量系統(tǒng),，特別適用于在汽車涂料的應(yīng)用過程中測量和表征噴錐。這些特性能夠獲得非常詳細(xì)的霧化參數(shù)信息,，并提供關(guān)于空間分辨的液滴大小,、速度和液滴類型(透明vs.非透明)的信息。指導(dǎo)用戶可以較快地獲得可重復(fù)的結(jié)果,。因此,，在標(biāo)準(zhǔn)的測量條件下(一個(gè)霧化器，一個(gè)特定的測量位置),，SpraySpy^?提供了非常有用的方法來區(qū)分不同的油漆系統(tǒng)，并進(jìn)一步更精確地了解霧化過程,。有了表面特性的知識,，應(yīng)用參數(shù)就可以進(jìn)一步優(yōu)化。在巴斯夫涂料部門的技術(shù)管理中,，例如新涂料和涂料工藝的開發(fā)和測試,，SpraySpay^?作為測量的關(guān)鍵技術(shù)，能夠更有針對性地闡明復(fù)雜的因果機(jī)制,。