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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)生的光散射在時間上被分離成單個的散射信號,，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,，就會對噴霧的表征產(chǎn)生一個重要的測量值,，這是很難用其他任何方法做到的。這既是時移測量方法的優(yōu)勢,。SpraySpy^?能夠在真實的應(yīng)用條件下進行測量,。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:在試驗工廠用SpraySpy^?測量一個高旋轉(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,。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,。總而言之,，這個測試設(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。與現(xiàn)有的液滴尺寸測量裝置相比,，該測試裝置在短時間內(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)情況也很少會發(fā)生，因此即便更換到其他測試工位也不會產(chǎn)生任何問題,。

分析四個水性底漆

在一項研究中,，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抗蝕劑薄膜厚度進行傳輸測量。（圖3）,。

圖3:抗蝕劑M1 - M4在10μm薄膜厚度時的透射測量,。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(一個霧化器,，一個特定的測量位置)，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)雜的因果機制,。

Author:

Steffen Rohlmann, Georg Wigger, Christian Bornemann

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