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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

來源:大昌洋行(上海)有限公司(大昌華嘉科學儀器部)   2020年08月04日 10:38  

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、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(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)進行詳細研究。這樣,就能從油漆霧化過程中獲得的信息來更有效預測的油漆配方開發(fā)或設置.優(yōu)的應用參數(shù)。

 

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1:來自AOM-SystemsSpraySpy®LabLine 450

                                                                                                                       

使用SpraySpy®獲得更多關于霧化過程的參數(shù)信息

SpraySpy®測量技術基于移動液滴在激光照射下的產生的光散射。由此產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。這是SpraySpy®技術成為一種直接計數(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,也能夠對透明液滴進行測量。該系統(tǒng)測量所使用的激光束在液滴內或液滴表面上產生穿透和反射。如果把這些結果相互聯(lián)系起來,就會對噴霧的表征產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®能夠在真實的應用條件下進行測量。例如可以測量高電壓下ATEX區(qū)域內的含溶劑涂料。

 

簡便的測量設置

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構。

 

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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。

 

高旋轉鐘罩與測量部分呈45度角,在標準條件下,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.低。這種測量幾何結構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??偠灾?,這個測試設置能夠重復測量不同應用參數(shù)設定下所有霧化器,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)中對透明度產生的影響

  • 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

 

進行分析。為此,預先使用405450 nm (SpraySpy®激光器的波長)10µm抗蝕劑薄膜厚度進行傳輸測量。(圖3)。

 

3:抗蝕劑M1 - M410µm薄膜厚度時的透射測量。NT (%) = SpraySpy®測量中不透明滴劑的比例。

 

正如預期的那樣,M1的透明度.高,而M2M3按照這個順序吸收的能量更多。.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性。這可以解釋為干燥膜中的鋁顏料,它們沒有*平面排列,導致比在噴霧錐的液滴中傳輸更高。通過高旋轉霧化,使用SpraySpy®在三種不同速度(23k43k63k 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)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,M3M4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,較大液滴能夠產生.大的速度,正如圖中的線性趨勢線所說明的那樣。

 

4,涂層M1 - M4在不同速度下的D(N50)與速度(N50)的相關性。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,而噴霧錐外部區(qū)域(18 - 25毫米)的線鋸齒導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。

 

5: 旋杯鋸齒對所選WBL的空間分辨下降速度的影響

 

結論:

結果表明,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用過程中測量和表征噴錐。這些特性能夠獲得非常詳細的霧化參數(shù)信息,并提供關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。指導用戶可以較快地獲得可重復的結果。因此,在標準的測量條件下(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,應用參數(shù)就可以進一步優(yōu)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(fā)和測試,SpraySpay®作為測量的關鍵技術,能夠更有針對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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