Физико-химические основы электростатического распыления порошковой краски

Сущность заключается в распылении ЛКМ с одновременным сообщением образующимся аэрозольным частицам электростатического заряда, благодаря чему они равномерно осаждаются на противоположно заряженном изделии. Возникновение заряда частицах связано с наложением постоянного электрического поля высокого напряжения (50-140 кВ), изделие заземляется. Возможна ионная и контактная зарядка частиц. В данном случае используется контактная зарядка частиц (путем электростатической индукции). Происходит в результате контакта ЛКМ с острой кромкой распылителя, т.е. коронирующего электрода. Чем меньше радиус распылителя, тем больше напряженность электрического поля в этом месте и легче возникает коронный заряд, вызывающий распыление и зарядку материала.

Коронный заряд образуется на острие кромки электрода, если напряженность поля достигает определенного значения.  При  этом электрические заряды интенсивно стекают в воздух, вызывая его ионизацию в прилегающем к электроду пространстве. При подключении высокого напряжения к коронирующему электроду на острие его кромки создается поверхностный заряд большой плотности. Если на такую кромку подать тонкий слой ЛКМ, то он будет заряжаться и под влиянием сил электрического поля вытягиваться и стекать с поверхности в направлении заземленного изделия. Образуется направленный движущийся аэрозоль заряженных частиц (капель) ЛКМ.

Заряд капли аэрозоля, полученный при контактной зарядке:

q_max=r²U/(ρ*ln(2l/ρ))*[1-Aeρ_v(U-U_k)/l²],

где  U — напряжение, подаваемое на электрод;

U_k— напряжение тока, соответствующее появлению тока коронного разряда;

ρ — радиус кромки распылителя;

l — расстояние от распылителя до изделия;

А — расчетная постоянная;

e — диэлектрическая проницаемость ЛКМ;

ρ_v — удельное объемное электрическое сопротивление ЛКМ.

Как следует из формулы заряд возрастает с повышением приложенного напряжения и уменьшается при увеличении l, e, ρ. Масса капли, определяющая кинетическую устойчивость аэрозоля, увеличивается еще быстрее, поэтому высокая степень диспергирования ЛКМ благоприятно сказывается на распылении.

При контактной зарядке ЛКМ заряд частиц в 10-30 раз больше, чем при ионной. Зарядка капель способствует не только их дроблению и направленному движению, но и образованию частиц. Факел образуется в результате взаимного  отталкивания одноименно заряженных капель.

tg(β)= f(E, r, Q),

где β — угол факела.

Большой угол факела не всегда желателен, т.к. возрастают потери ЛКМ за счет уноса вентиляцией. На практике используют различные способы фокусирования материалов с учетом габарита и формы покрываемых изделий.

Заряженные частицы двигаются к поверхности окрашиваемого изделия по определенной траектории. Она формируется под воздействием следующих сил:

∑F= F_q+F_k+F_E+F_c,

где  F_q— сила тяжести,

F_k — сила, обусловленная действием электрического поля,

F_E— сила, обусловленная неравномерным распределением напряженности электрического поля,

F_c — сила взаимодействия частицы с ближайшими частицами.

Противодействующей силой является сила, обусловленная сопротивлением воздуха перемещению частицы. Скорость движения падает пропорционально логарифму радиуса частицы. Крупные частицы, получившие небольшой заряд, при движении могут отклониться настолько, что выпадут из-под влияния электрического поля и будут унесены вентиляцией, не достигнув поверхности изделия. Разрядка частиц — завершающая стадия процесса. Капли нейтрализуются и сливаются. При прямом контакте с поверхностью скорость разрядки определяется проводимостью материала: чем она больше, тем быстрее происходит стекание зарядов. Т.о. удельное объемное сопротивление облегчает зарядку, но и затрудняет разрядку. Если на изделии уже есть слой покрытия, то учитывают его сопротивление. При большом сопротивлении происходит накопление зарядов на поверхности, осаждение ЛКМ при этом может полностью прекратиться. Поэтому  на практике наносят 1-3 слоя. Часто предусматривается нанесение сдвоенных слоев: последующий наносят на слой с относительно низким удельным, объемным сопротивлением.