2020-08-04
水性底漆在噴霧過程中的液滴大小測量- SpraySpy®現場報告
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公司研發的SpraySpy®噴霧檢測系統（圖1）開發了一套測量裝置，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或設置.優的應用參數。
圖1:來自AOM-Systems的SpraySpy®LabLine 450
使用SpraySpy®獲得更多關于霧化過程的參數信息
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。
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，這個測試設置能夠重復測量不同應用參數設定下所有霧化器，旋杯和油漆系統。此外，對于用戶來說，這種測量裝置還有許多優點。與現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，測量系統對不準情況也很少會發生，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）。解決系統中對透明度產生的影響
進行分析。為此，預先使用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。
正如預期的那樣，M1的透明度.高，而M2和M3按照這個順序吸收的能量更多。.后，除M4鋁系統外，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(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)和M4(鋁效果顏料)中發現了更小的透明液滴，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，M3和M4系統的進一步區分成功了，在M4鋁系統中，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。
圖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= 18.2µm)和有鋸齒的旋杯(D中位數= 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。
圖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，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分不同的油漆系統，并進一步更精確地了解霧化過程。有了表面特性的知識，應用參數就可以進一步優化。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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