水性底漆在噴霧過(guò)程中的液滴大小測(cè)量- SpraySpy^®現(xiàn)場(chǎng)報(bào)告

霧化研究

涂料的使用對(duì)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(duì)霧化效果有決定性的影響,。因此,，了解油漆的霧化過(guò)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(cè)系統(tǒng)（圖1）開(kāi)發(fā)了一套測(cè)量裝置,，可以對(duì)汽車涂料的霧化過(guò)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(guò)程中獲得的信息來(lái)更有效預(yù)測(cè)的油漆配方開(kāi)發(fā)或設(shè)置.優(yōu)的應(yīng)用參數(shù),。

圖1:來(lái)自AOM-Systems的SpraySpy^®LabLine 450

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

SpraySpy^®測(cè)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(hào)，并被光子接收器記錄下來(lái),。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(cè)量方法,。與其他測(cè)量方法相比,，他既測(cè)量噴霧中的透明液滴，也能夠?qū)ν该饕旱芜M(jìn)行測(cè)量,。該系統(tǒng)測(cè)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(lái)，就會(huì)對(duì)噴霧的表征產(chǎn)生一個(gè)重要的測(cè)量值,，這是很難用其他任何方法做到的,。這既是時(shí)移測(cè)量方法的優(yōu)勢(shì)。SpraySpy^®能夠在真實(shí)的應(yīng)用條件下進(jìn)行測(cè)量,。例如可以測(cè)量高電壓下ATEX區(qū)域內(nèi)的含溶劑涂料,。

簡(jiǎn)便的測(cè)量設(shè)置

為了表征汽車噴漆錐，使用了如圖2所示的測(cè)試裝置,。

圖2:使用SpraySpy^®測(cè)量涂料滴度的示意圖結(jié)構(gòu)。

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

高旋轉(zhuǎn)鐘罩與測(cè)量部分呈45度角,，在標(biāo)準(zhǔn)條件下，實(shí)際測(cè)量激光位于鐘罩邊緣以下25mm,。因此,，過(guò)噴,、紊流和逆流都能夠降到.低。這種測(cè)量幾何結(jié)構(gòu)提供了激光透鏡或探測(cè)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(cè)量結(jié)果具有較高的統(tǒng)計(jì)確定性,。此外,，在55毫米的測(cè)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(cè),。總而言之,，這個(gè)測(cè)試設(shè)置能夠重復(fù)測(cè)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(duì)于用戶來(lái)說(shuō),，這種測(cè)量裝置還有許多優(yōu)點(diǎn)。與現(xiàn)有的液滴尺寸測(cè)量裝置相比,，該測(cè)試裝置在短時(shí)間內(nèi)就可以安裝就位,，測(cè)量程序十分簡(jiǎn)便。同樣地,，測(cè)量系統(tǒng)對(duì)不準(zhǔn)情況也很少會(huì)發(fā)生,，因此即便更換到其他測(cè)試工位也不會(huì)產(chǎn)生任何問(wèn)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(duì)透明度產(chǎn)生的影響

• M1，WBL無(wú)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(jìn)行分析。為此,，預(yù)先使用405和450 nm (SpraySpy^®激光器的波長(zhǎng))對(duì)10µm抗蝕劑薄膜厚度進(jìn)行傳輸測(cè)量,。（圖3）。

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

正如預(yù)期的那樣，M1的透明度.高，而M2和M3按照這個(gè)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(guò)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(méi)有*平面排列，導(dǎo)致比在噴霧錐的液滴中傳輸更高,。通過(guò)高旋轉(zhuǎn)霧化,，使用SpraySpy^®在三種不同速度(23k、43k和63k rpm)下對(duì)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(cè)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(cè)量到,。一般來(lái)說(shuō)，較大液滴能夠產(chǎn)生.大的速度,，正如圖中的線性趨勢(shì)線所說(shuō)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(duì)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(wú)鋸齒鐘形和b）線鋸齒旋杯,。首先看一下平均值,，沒(méi)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(méi)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(duì)于兩種旋杯產(chǎn)生的液滴來(lái)說(shuō),，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(duì)于沒(méi)有鋸齒的旋杯來(lái)說(shuō)不明顯,。

圖5: 旋杯鋸齒對(duì)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(cè)量系統(tǒng),，特別適用于在汽車涂料的應(yīng)用過(guò)程中測(cè)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(cè)量條件下(一個(gè)霧化器,，一個(gè)特定的測(cè)量位置)，SpraySpy^®提供了非常有用的方法來(lái)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(guò)程,。有了表面特性的知識(shí)，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(kāi)發(fā)和測(cè)試，SpraySpay^®作為測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù),，能夠更有針對(duì)性地闡明復(fù)雜的因果機(jī)制,。

Author:

Steffen Rohlmann, Georg Wigger, Christian Bornemann

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