3.6. Нанесение порошковых покрытий

Процесс нанесения порошковых полимерных материалов в электрическом поле заключается в зарядке частиц порошка, переносе их потоками воз­духа к напыляемому изделию, осаждению частиц под действием электриче­ского поля на поверхность изделия и оплавлении слоя порошка в электропечах с образованием сплошного полимерного покрытия на поверхности изделия.

Существует два варианта устройств для нанесения порошковых полимерных покрытий в электрическом поле: 1) с помощью распылителей; 2) с по­мощью камер с электрическим кипящим слоем.

При нанесении покрытий распылителем порошковый материал забирается из загрузочного бункера дозирующим эжектором и во взвешенном со­стоянии в потоке воздуха по гибкому трубопроводу подается к распылителю, который выполняет две функции: 1) формирует порошковое облако вокруг из­делия; 2) осуществляет зарядку частиц порошка.

Электропневмораспылители подразделяются на две группы: с внутрен­ней и внешней зарядкой.

Если частицы приобретают избыточный заряд внутри корпуса распыли­теля, то он называется распылителем с внутренней зарядкой. Зарядка может осуществляться как в поле коронного разряда, создаваемого внутри корпуса распылителя, так и путем статической электризации частиц порошка при трении о внутренние стенки полостей в корпусе распылителя (трибоэлектриче-ский распылитель).

Если зарядка частиц порошка осуществляется в поле коронного разряда, создаваемого между коронирующими электродами, расположенными в облас­ти выходного сопла распылителя, и заземленным изделием, то такое устройст­во называется распылителем с внешней зарядкой.

Интенсивность процесса осаждения обычно характеризуется величиной плотности потока массы порошка F:

(3.71)

где т - масса порошка на поверхности площади S; t — время напыления.

По мере нарастания толщины слоя на поверхности изделия напряжен­ность электрического поля в слое возрастает до пробивных значений .E_np₀6, и возникает обратная корона через время t_0K после начала процесса напыления порошка на изделие. После этого плотность потока осаждающихся частиц F

начинает падать, а ток коронного разряда возрастает. Плотность потока частиц порошка в начальный момент времени до возникновения обратной короны F_o:

(3.72)

где Q - массовый расход порошка, кг/с; d_ф - диаметр факела распыления; -коэффициент осаждения (КПД распылителя).

Коэффициент осаждения г\ определяется как доля порошка, осажденного на изделие, по отношению к общему расходу материала через распылитель.

Время возникновения обратной короны находится из условия накопления заряда в слое:

(3.73)

где _сл - относительная диэлектрическая проницаемость слоя, которая вычисляется по формуле _сл = ^Куп, в которой - относительная диэлектрическая проницаемость материала порошка; К_уп - коэффициент упаковки.

Коэффициент упаковки характеризует пористость слоя и равен отношению толщины оплавленного слоя h_ОПЛ к толщине неоплавленного слоя h_СЛ:

(3.74)

где р - плотность материала порошка.

Пробивная напряженность слоя Е_ПРОБ зависит от плотности тока на изделие j, и время возникновения обратной короны может быть найдено как

при j (3.75)

при j (3.76)

При обратном коронном разряде из порошкового слоя внешним электрическим полем в пространство над слоем порошка вытягиваются ионы, про­тивоположные по знаку зарядам осаждающихся частиц. Ионы обратной коро­ны разряжают подлетающие к изделию частицы. В итоге падает плотность потока массы порошка, осаждающегося на изделие, и замедляется рост толщины слоя.

Спад плотности потока массы порошка после возникновения обратной короны соответствует экспоненциальному закону:

(3.77)

где = 1,2t_0K - эквивалентная постоянная времени.

Появление развитого обратного коронного разряда вызывает образование кратеров в порошковом слое, что ухудшает качество получаемого оплав­ленного покрытия. Исходя из этого определяется время нанесения покрытия, при достижении которого еще не происходит заметного снижения осаждения порошка на изделие и ухудшения качества конечного покрытия.

Рациональное время напыления равно

(3.78)

Зная рациональное время напыления и зависимость для плотности пото­ка массы порошка от времени, может быть найдена масса осевшего порошка на единицу поверхности изделия m_уд:

(3.79)

При известной плотности материала порошка р толщина получаемого качественного покрытия будет равна

(3.80)

Задача 3.6.1

Какой тип распылителя необходимо установить в камере напыления на линии нанесения порошковых покрытий, имеющей печь оплавления длиной 40 м, если толщина оплавленного порошкового покрытия должна быть не менее 120 мкм, а покрытие - не хуже 3 класса качества (отсутствие ряби, т.е. )?

Процесс напыления характеризуется следующими условиями: расход

порошка Q = 3 10^-3 кг/с; диаметр факела распыления d_ф = 0,2 м; коэффициент осаждения = 60 % для распылителей с внутренней зарядкой и = 80 % для распылителей с внешней зарядкой; плотность упаковки порошкового слоя К_уп = 0,5; удельный заряд частиц порошка q_уд = 1,0 10^-3 Кл/кг; средняя плотность тока коронного разряда (это относится к распылителям с внешней заряд­кой) j_i=160мкА/м².

На изделие наносится эпоксидный материал с плотностью р = 1,4 г/см³ и относительной диэлектрической проницаемостью = 4.

Время оплавления при температуре в печи 200 °С составляет 20 мин.

Решение

А. Рассмотрим распылитель с внутренней зарядкой.

1) Плотность потока массы частиц порошка до возникновения обратной короны:

2) Плотность тока, переносимая частицами:

а/м².

3) Общая плотность тока на изделие:

.

3) Относительная диэлектрическая проницаемость слоя:

5) Время возникновения обратной короны (плотность тока на изделие:

j < 125 мкА/м²)

6) Рациональное время напыления : .

7) Масса осевшего порошка на единицу поверхности изделия:

т_уд =1.47F₀ t_OK= 1,47 5,73 10^-2 5,1 = 0,43 кг/м² .

8) Толщина оплавленного покрытия:

Таким образом, распылитель с внутренней зарядкой обеспечивает нане­сение покрытия требуемой толщины.

9) Минимальная скорость конвейера ограничивается рациональным временем напыления:

10) Минимальная длина печи, при которой покрытие успеет оплавиться:

т.е. распылитель с внутренней зарядкой подходит для установки в камере напыления.

Б. Рассмотрим распылитель с внешней зарядкой.

1) Плотность потока массы частиц порошка до возникновения обратной короны:

2) Плотность тока, переносимая частицами:

а/м².

3) Общая плотность тока на изделие

.

4) Время возникновения обратной короны (плотность тока на изделие:

j > 125 мкА/м² )

5) Рациональное время напыления:

6) Масса осевшего порошка на единицу поверхности изделия

m:_уд =1.47F₀ t_OK= 1,47*7,64*10^-2 * 2,91 = 0,204 кг/м²

7) Толщина оплавленного покрытия

Таким образом, распылитель с внешней зарядкой обеспечивает нанесение по­крытия требуемой толщины.

8) Минимальная скорость конвейера ограничивается рациональным временем напыления:

9) Минимальная длина печи, при которой покрытие успеет оплавиться:

т.е. для распылителя с внешней зарядкой требуется более длинная печь, чем имеется по условиям задачи.

Таким образом, в камере напыления должен быть установлен распылитель с внутренней зарядкой.

Задача 3.6.2

В камере напыления на линии нанесения порошковых покрытий установлен распылитель с внешней зарядкой.

Расход порошка через распылитель составляет Q = 2,5 10^-3 кг/с; диаметр факела распыления d_Ф = 0,25 м; коэффициент осаждения = 85 %; плотность упаковки порошкового слоя К_уп = 0,6; удельный заряд частиц порошка q_уд=0,810^-3Кл/кг.

На изделие наносится эпоксидный материал с плотностью р = 1,45 г/см³ и относительной диэлектрической проницаемостью = 4,2.

Определить плотность тока коронного разряда, при которой будет полу­чено покрытие не хуже 3 класса качества (т.е. ) толщиной после оп­лавления h_ОПЛ = 200 мкм.

Определить минимальную скорость конвейера.

Задача 3.6.3

В камере напыления на линии нанесения порошковых покрытий установлен распылитель с внутренней зарядкой.

На изделие наносится эпоксидный материал с плотностью р = 1,3 г/см³ и относительной диэлектрической проницаемостью = 3,8.

Коэффициент осаждения порошка = 65 %; плотность упаковки порошкового слоя К_УП = 0,45; удельный заряд частиц порошка q_уд= 1,1*10^-3 Кл/кг.

Определить расход порошка через распылитель, при котором будет получено покрытие не хуже 3 класса качества (т.е. ) толщиной после оплавления h_ОПЛ = 300 мкм.

Задача 3.6.4

Какая должна быть скорость конвейера, чтобы при напылении распыли­телем с внутренней зарядкой на изделии получалось качественное покрытие (до возникновения интенсивной обратной короны)? Как надо изменить ско­рость конвейера, если вместо распылителя с внутренней зарядкой в камере на­пыления использовать распылитель с внешней зарядкой и получать при этом качественное покрытие? Какие толщины покрытия получаются на изделии?

Условия напыления.

Расход порошкового материала через распылитель Q = 3,2*10^-3 кг/с; диа­метр факела распыления d_Ф= 0,2 м; коэффициент осаждения = 60 % для распылителей с внутренней зарядкой и г) = 75 % для распылителей с внешней зарядкой; плотность упаковки порошкового слоя К_уп = 0,6; удельный заряд частиц порошка q_уд =1,0 мКл/кг; средняя плотность тока коронного разряда (это относится к распылителям с внешней зарядкой) j_i = 150 мкА/м² . Напыля­ется эпоксидный материал с плотностью р = 1400 кг/м³ и относительной диэлектрической проницаемостью = 4.

Задача 3.6.5

В камере напыления на линии нанесения порошковых покрытий уста­новлен распылитель с внешней зарядкой.

Расход порошка через распылитель составляет Q = 2,8*10^-3 кг/с; коэффициент осаждения = 80 %; плотность упаковки порошкового слоя К_уп = 0,55; удельный заряд частиц порошка q_yд = 0,9*10^-3 Кл/кг. На изделие наносится эпоксидный материал с плотностью р = 1,5 г/см² и относительной диэлектрической проницаемостью = 4,5. Средняя плотность тока коронного разряда (это относится к распылителям с внешней зарядкой) составляет j_i =140 мкА/м ² . Скорость конвейера v_K0HB = 0,03 м/с.

Определить диаметр факела распыления d_ф , при котором будет получено качественное покрытие (т.е. ) толщиной после оплавления h_ОПЛ =150 мкм.

Л и т е р а т у р а

1. Старк С.Б. Газоочистные аппараты и установки в металлургическом производстве. Москва: Металлургия, 1990. – 348с.

2. Алиев Г.М.Техника пылеулавливания и очистки промышленных газов. Москва: Металлургия, 1996. – 320с.

3. Филатов Ф.П. Монтаж электрофильтров типа ЭГА. Москва: Энергоатомиздат, 1998. – 228с.

4. Ужов В.Н. Очистка промышленных газов электрофильтрами. Москва: Химия, 1997. – 217с.

5. Беззубцева М.М. Специальные виды электротехнологии. Электрофизическая, электрохимическая и электробиологическая обработка материалов. Конспект лекций. СПб: СПбГАУ, 2008. – 48с.

6. Баранов Л.А., Захаров В.А. Светотехника и электротехнология. Уч.пособие. М.: КолосС, 2006. – 344с.

7. Карасенко В.А., Заяц Е.М. и др. Электротехнология. Уч. пособие. М.: Колос, 1992. – 304с.

8. Баран А.Н. и др. Практикум по электротехнологии. Уч. пособие. М.: Колос, 2004. – 256с.

9. Живописцев Е.Н., Косицын О.А. Электртехнология и электрическое освещение. Уч.пособие. М.: Агроатомиздат, 1990. – 303с.

10. Гайдук В.Н., Шмигель В.Н. Практикум по электротехнологии. Уч. пособие. М.: Агроатомиздат, 1998. - 305с.

11. Беззубцева М.М. Методические указания к выполнению курсового

проекта по дисциплине "Электротехнология". СПб: СПбГАУ, 2008.

– 48с.

12. Лекомцев П.Л. Электроаэрозольные технологии в сельском хозяйстве. Монография. Ижевск: ГСХА, 2006. – 219 с.

С о д е р ж а н и е

Методические рекомендации к выполнению расчетных заданий ……………...5

Р а з д е л 1. РАСЧЕТНЫЕ ЗАДАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

ПРОГРАММНЫХ КОМПЛЕКСОВ……………………………6

1.1. Расчет электрофильтров по программе «Эффективность

электрофильтра» ……………………….. ……………………...6

Р а з д е л 2. МЕТОДИКИ И ЗАДАНИЯ ПО ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИ-ЧЕСКИМ РАСЧЕТАМ КУРСОВОГО ПРОЕКТА ………………………... 15

2.1. Расчет установки аэрозольной обработки птицы ……………. 15

2.2. Расчет электрического ионизатора воздуха ……………………18

2.3. Расчет электрокоагулятора белков ……………………………...28

2.4. Расчет параметров рабочей камеры установки обработки

электрическим током влажных кормовых материалов………...31

2.5. Расчет электрического плазмолизатора растительного

сырья ………………………………………………………………...38

2.6. Расчет установок инфракрасного нагрева……………………….41

2.7. Выбор низкотемпературных трубчатыхизлучателей для

сушки зерна………………………………………………………..47

2.8.Расчет генераторов импульсов …………………………………..51

2.9. Расчет обмотки электромагнитного сектора семяочистительной

машины…………………………………………………………... 60

2.10. Расчет обмотки магнитострикционного преобразователя и

выбор ультразвукового генератора……………………………67

Р а з д е л 3. МЕТОДИКИ РАСЧЕТА, ПРИМЕРЫ И ЗАДАЧИ ДЛЯ

САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ……………………72

3.1. Осаждение аэрозольных частиц………………………………….72

3.2. Процессы на осадительном электроде………………………….. 88

3. 3. Коллективные процессы в аэрозольных системах ……………104

3.4. Очистка газов электрофильтрами……………………………… 111

3.5. Электросепарация ……………………………………………….122

3.6. Нанесение порошковых покрытий…………………………….. 138

Литература………………………………………………………………………...147

Учебное издание

Составители:

Беззубцева Марина Михайловна

Волков Владимир Сергеевич

Фокин Сергей Анатольевич

Э Л Е К Т Р О Т Е Х Н О Л О Г И Я

П Р А К Т И К У М

П О Э Л Е К Т Р О Т Е Х Н О Л О Г И Ч Е С К И М Р А С Ч Е Т А М

Редактор В.Н. Карпов

Корректор П.Л. Шенина

3