مقالات روشهای آبکاری

تبدیل مواد به مواد پایه آب

CONVERTING TO WATERBORNES

تبدیل مواد به مواد پایه آب

 

BY RONALD KONIECZYNSKI

NORDSON CORP., AMHERST, OHIO

درست همانطور که مقررات دولتی درباره مسافت پیموده شده بنزین در دهه 70  به موتورهای پیشرفته موتورهای پیشرفته امروز را تقویت می کند،  مقررات دولتی مربوط به آن است انتشار VOC از خطوط پوشش موجب توسعه برخی از آنها شده است مواد  حمل شده با آب و آب قابل توجه

Just as government regulations concerning gasoline mileage in the ‘70s helped spur today’s improved automobile engines, so government regulations concerning VOC emissions from coating lines have spurred the development of some

remarkable waterborne and water based coating materials

در حال حاضر تولید کنندگان باید بدانند چگونه می توانند عملیات خود را برای استفاده از این مواد جدید به طور موثر تبدیل کنند. این به این معنی است که آنها باید بدانند چه تجهیزات کاربردی مناسب است و چه بهتر از آن برای استفاده از آب دریاها استفاده شود

Now manufacturers need to know how to convert their operations to use these new materials efficiently. This means that they need to know what application equipment is suitable and how best to use it to apply waterbornes

اولین سوال اساسی این است "بهترین روش برای استفاده از مواد محلول در آب  چیست؟ پاسخ این است: "بهترین راه وجود ندارد." فرایند که بهترین کار در یک برنامه خاص با پوشش مبتنی بر حلال است، معمولا پس از تبدیل برنامه به یک پوشش آب. پویایی دریافت مواد از اپلیکاتور به قسمت مشابه است، آیا مواد حاوی بیشتر حلال یا بیشتر آب اس

A likely first question is “What is the best way to apply a waterborne material?”

The answer is “There is no best way.” The process that works best in a particular application with a solvent-based coating will usually continue to be the best after converting the application to a waterborne coating. The dynamics of getting material from the applicator to the part are similar whether the material contains mostly solvents or mostly water.

انتخاب اتمایزر

اکثر مواد اعمال کننده مواد پوشش مواد را به قطرات خوب یا ذرات تقسیم می کنند که سپس از طریق هوا به قسمت پوشش داده می شودفرايند شكستن ماده، اتميزاسيون ناميده ميشود و تجهيزاتي كه اتميزاسيون را انجام ميدهند، اتمایزر  نامیده می شوند.

ATOMIZER SELECTION

Most coating material applicators break the material up into fine droplets or particles, which are then carried through the air to the part being coated.

The process of breaking up the material is called atomization, and the equipment that does the atomization is called an atomizer.

اتمایزرهای معمولی تفنگ های اسپری هوا هستند، اسپری های چرخشی و دیسک ها. هیچ یک از این ها "بهترین" برای همه برنامه های کاربردی آب است در عوض، شکل بخشی پوشش داده شده، پوشش مورد نیاز و میزان تولید بهترین اسپری کننده را برای یک برنامه خاص با استفاده از آب، تعیین می کند، درست همانطور که با مواد بر اساس محلول

Typical atomizers are air spray guns, rotary atomizers, and disks. None of these is “best” for all waterborne applications.

 Instead, the shape of the part being coated, the coverage required, and the production rate determine the best atomizer for a particular application using waterbornes, just as they do with solvent-based materials.

برای نشان دادن اهمیت پیکربندی بخش در انتخاب اسپری، یک قسمت ساده مانند جعبه را در نظر بگیرید که از  یک طرف باز است، نیاز به رنگ در سطوح داخل و بیرونی.در خارج از جعبه بهتر است با یک اسپری نرم با استفاده از الکترواستاتیک نقاشی کنید تا پوشش بخشی خوبی داشته باشید، بازده انتقال بالا (TE)، و بسته بندی خوب.یک اتمیزر چرخشی با الکترواستاتیک می تواند انتخاب خوبی برای خارج از جعبه باشد.

To illustrate the importance of part configuration on atomizer selection, consider a simple box-like part, open on one end, requiring paint on both the inside and outside surfaces. The outside of the box might best be painted with a soft spray using electrostatics to get good part coverage, high transfer efficiency (TE), and good wrap.

A rotary atomizer with electrostatics would be a good choice for the outside of the box.

با این حال، دستگاه اسپری دوار و الکترواستاتیک یک گزینه ضعیف استدرون جعبه ی مشابه، زیرا اثر قفس فارادی ناشی از الکترواستاتیک و دیوارهای جعبه عمدتا بیشتر رنگ را از جعبه نگه می دارد. یک انتخاب بهتر برای داخل جعبه، یک اسپری خنک کننده بدون هوا است. اسپری بی هوازی با استفاده از جرم ذرات رنگ به منظور جذب رنگ به قسمت، به جای جذب الکترواستاتیک

The rotary atomizer and electrostatics would be a poor choice, however, for

the inside of the same box because the Faraday cage effect caused by the electrostatics and the walls of the box would actually keep most of the paint out of the box.

A better choice for the inside of the box would be an airless spray atomizer. Airless spray uses the momentum of the paint particles to get the paint to the part, rather than electrostatic attraction.

نکته این است که سازنده ای که زمان زیادی را صرف انجام این کار کرده استفرایند کاربرد پوشش برای مواد بر اساس حلال باید با آن روند در هنگام تبدیل به آب، اگر آخرین فن آوری و تجهیزات خوب در حال حاضر در محل و خوب TE در حال به دست آوردن است.

The point is that a manufacturer who has spent a lot of time perfecting the

coating application process for solvent-based material should stick with that process when converting to waterbornes,

 if the latest technology and good equipment are already in place and good TE is being obtained.

گاهی اوقات ممکن است نیاز به تشکیل فرمولاسیون خاصی از پوشش آب باشد اصلاح شده برای جا به جا کردن اسپری. به عنوان مثال، یک امولسیون ممکن است تمایل به جدا شدن در هنگام اعمال نیروی شدید گریز از مرکز در یک فنجان اسپری دوار اسپری

Sometimes a particular waterborne coating formulation may need to be

modified slightly to accommodate the atomizer.

 For example, an emulsion

may tend to separate when subjected to severe centrifugal force on a spinning rotary atomizer cup.

آیا این بدان معنی است که شما نیازی به تغییر چیزی برای تبدیل  محلول آبی ندارید نه، اینطور نیست حتی اگر فرآیند اولیه ممکن است تغییر نکند، برخی از قطعات خاصی از تجهیزات مورد استفاده برای این فرایند ممکن است برای مواد قابل حمل مناسب نباشد. قطعات فلزی ممکن است باعث خرابی شود. مهر و موم ممکن است تورم یا نشت

Does this mean that you don’t have to change anything in order to convert

to waterbornes?

No, it doesn’t. Even though the basic application process may not change, some of the specific pieces of equipment used for that process  may not be suitable for waterborne materials. Metal parts may corrode. Seals may swell or leak.

 

 

 

مواد ساخت

 Waterbornes فولاد زنگ زده و در برخی موارد به آلومینیوم حمله می کندحتی قطعات برخی از قطعات فولادی ضد زنگ می توانند توسط بعضی فرمولاسیون آسیب دیده باشند. به عنوان مثال، فولاد ضد زنگ 400 سری می تواند در طول زمان در تماس با فرمول بسیار اسیدی باشد.از سوی دیگر قطعاتی که از فولاد ضد زنگ 316 ساخته شده اند، با بیشترین مقدار آب در آمده اند.

CONSTRUCTION MATERIALS

Waterbornes rust plain steel and in some cases attack aluminum. Even stainless-steel parts can be damaged by some formulations. For example, 400 series stainless steel can dissolve over time in contact with a highly acidic formulation.

 On the other hand, parts made from 316 stainless steel hold up well with most waterbornes.

این به این معنی است که حداقل برخی از تجهیزات کاربردی باید باشد هنگامی که یک سیستم به آب انتقال می یابد جایگزین می شود پمپ های پیستونی ساخته شده از فولاد ساده یا آلیاژی باید با پمپ های ساخته شده از فولاد ضد زنگ جایگزین شوند. لوله ها و سیستم های توزیع باید از مواد مقاوم در برابر خوردگی مانند فولاد ضد زنگ ساخته شود

This means that at least some of the application equipment will need to be

replaced when a system is converted to waterbornes.

 Piston pumps made of plain or alloy steel have to be replaced with pumps made of stainless steel. Pipes and distribution systems need to be made of corrosion-resistant materials such as stainless steel.

اتمیزرها باید شامل قطعات فولادی ضد زنگ یا مرطوب پلاستیکی باشند. قطعات ساخته شده از آلومینیوم برای برخی از مواد آبرسانی رضایت بخش هستند، اما در تماس با دیگران به سرعت آسیب می رسانندبرخی از فرمولاسیون های آب در تماس با آلومینیوم حتی می توانند "انفجاری" داشته باشند.

Atomizers should contain only stainless steel or plastic wetted parts. Parts made from aluminum will perform satisfactorily for some waterborne materials, but will corrode quickly in contact with others.

Some waterborne formulations can even become “explosive” in contact with aluminum.

مهر و موم در اسپری کننده ها و پمپ ها باید اصلاح شوند اگر سازگار نباشندبا مواد آبرسانی هیچ یک از بهترین مواد مهر و موم برای آب در دسترس نیست زیرا فرمولاسیون ها بسیار متفاوت است.در برخی موارد، مهر و موم در تجهیزات استفاده شده برای مواد پوشش روی بر اساس حلال نیز مناسب برای حمل و نقل آب است.به عنوان مثال، Buna-N مناسب برای برخی از رنگ های مبتنی بر حلال است و همچنین انتخاب خوبی برای بسیاری از آب دریاها است

Seals in atomizers and pumps need to be changed if they are not compatible

with the waterborne material.

 There is no single best seal material for waterbornes because the formulations vary so much.

 In some cases, the seals in equipment used for solvent-based coating materials are also suitable for waterbornes. For example, Buna-N is suitable for some solvent-based paints and is also a good choice for many waterbornes.

یک مورد احتیاط در مورد استفاده مجدد از تجهیزات از عملیات پوشش بر اساس حلال برای آب، مقدار قابل توجهی از "خاک" از مواد پوشش قدیمی می تواند در مواد پوشش جدید پس از تبدیل به آب درچند فیلتر در خطوط مایع می تواند از زمان زیاد  خرابی نازل و خروجی ها جلوگیری کند.

One caution about reusing equipment from a solvent-based coating operation for waterbornes, a surprising amount of “dirt” from the old coating material can turn up in the new coating material after the conversion to waterbornes. A few filters in the fluid lines can prevent a lot of downtime due to plugged nozzles and orifices.

همانطور که با فرایند اعمال پوشش و بیشتر تجهیزات، گیاه فیزیکی لزوما نیاز به تغییر به منظور تبدیل به آب

As with the coating application process and most of the equipment, the physical plant does not necessarily need to change in order to convert to waterbornes.

اغلب فرمولاسيون مواد آبرسان را ميتوان به صورت کوچکتري براي انطباق با تسهيلات تنظيم کرد. برای مثال، ممکن است زمان خشک شدن برای آغازگر آب در زمان قبل از پوشش رنگ، باید تنظیم شود

Often the formulation of the waterborne material can be tweaked a little to accommodate the facility. For example, the drying time for a waterborne primer may need to be adjusted for the time available before the color coat is applied.

TE می تواند پس از تبدیل به آب انتقال، حتی اگر فرآیند نرم افزار یکسان است و بسیاری از تجهیزات بدون تغییر است. این امر به ویژه در صورتی صورت میگیرد که فرآیند برنامه شامل انفجار مواد است.

The TE can drop after converting to waterbornes even though the application process is the same and much of the equipment is unchanged. This is especially true if the application process includes atomizing the material.

تمام اسلحه های اسپری و اپلیکاتور های سانتریفیوژ مانند چرخدنده ها و دیسک ها، مواد را پوشش می دهند و ذرات اتمی را به سمت قسمت هایی که پوشش داده شده اند پرتاب می کنند.با این دستگاه ها، تمام ذراتی که به طور مستقیم در قسمت هدف قرار نمی گیرند، از دست می دهند و از بین می روند. زباله ها می توانند به حداقل برسند و TE بهبود می یابند اگر مواد پوشش داده شده در اتمسفر به یک بار الکتریکی داده می شود که در قطب مقابل با شارژ با آن پوشش داده شده است

ELECTROSTATICS

All spray guns and centrifugal applicators, like rotaries and disks, atomize the coating materials and propel the atomized particles toward the part being coated.

 With these devices, all the particles that are not aimed directly at the part will miss it and be wasted. The waste can be minimized and TE improved if the atomized coating material is given an electrical charge that is opposite in polarity to the charge on the part being coated.

اتهامات الکتریکی متضاد جذب می شود و برخی از مواد که بخشی از آن را از دست می دهند، به طور کامل توسط نیروهای الکتریکی به آن متصل می شود.این روش الکترواستاتیک نامیده می شود و برای سالها توسط نقاشان و متصديان استفاده شده استاعمال پوشش برای بهبود TE از عملیات خود.

Opposite electrical charges attract and some of the material that would miss the part entirely instead gets drawn to it by the electrical forces.

The technique is called electrostatics and has been used for years by painters and coating applicators to improve the TE of their operations.

تا همین اواخر اکثر مواد پوشش بر پایه حلال بود و به راحتی برق را انجام نمی دادند.این باعث شد که استفاده از الکترواستاتیک با این مواد آسان با قرار دادن یک الکترود ولتاژ بالا در مواد پوشش در نازل اسپری ماده پوششی یک بار اتفاقی الکتریکی را به دلیل اتمیزه شدن به دست می آورد.

Until recently, most coating materials were solvent based and did not conduct electricity readily. This made it easy to use electrostatics with these materials by simply placing a high-voltage electrode in the coating material at the atomizer nozzle. The coating material picks up a static charge of electricity as it is atomized.

با این حال، مواد پوشش محافظ در آب، بسیار راحت تر از مواد شیمیائی حلال استفاده می کنند، و شارژ الکتریکی، شلنگ های رنگ را تخلیه می کند. هیچ یک از این شارژ ها به ذرات ماده پوشش اتمی وارد نمی شود، بنابراین جذب الکترواستاتیک بین ذرات و قسمت پوشش داده شده وجود ندارد. بدون الکترواستاتیک، TE به سطح غیر قابل قبول کاهش می یابد.

Waterborne coating materials conduct electricity much more readily than solvent-based materials, however, and the electrical charge drains off down the paint hoses.

None of the charge gets into the particles of atomized coating material, so there is no electrostatic attraction between the particles and the part being coated. Without electrostatics, TE drops to unacceptably low levels.

چالش در تبدیل به آب در TE قابل مقایسه  با این مواد رسانا مشابه  مواد مبتنی بر حلال نارسانا که  جایگزین آنهاست می باشد.  

این به معنی پیدا کردن یک راه برای به دست آوردن ولتاژ الکترواستاتیک در ذرات اتمی، به جای آن که آن را از طریق شیلنگ و تجهیزات تولید شده توسط رسانای مواد پوشش آب است. هر وسیله ای که با یک زمین الکتریکی، مانند یک لوله یا یک کف بتونی مرطوب، تماس می گیرد، یک مسیر الکتریکی را ایجاد می کند که الکترواستاتیک را تخلیه می کند.

The challenge in converting to waterbornes is getting comparable TE with these conductive materials as with the nonconductive solvent-based materials they replace.

This means finding a way to get the electrostatic voltage into the atomized particles rather than letting it drain away through hoses and equipment made conductive by the waterborne coating material.

Any equipment that contacts an electrical ground, such as a pipe or a damp concrete floor, provides an electrical pathway that drains off the electrostatics.

این به این معنی است که الکترواستاتیک در سیستم آبرسانی کار نمی کند مگر اینکه تمام تجهیزات مرطوب جدا از زمینه های بالقوه باشد.

This means that the electrostatics won’t work in a waterborne system unless all the wetted equipment is

isolated from potential grounds.

سیستم های ایزولهسیستم های Waterborne معمولا در یکی از سه روش جدا شده اند. (1) انزوا کامل از تمام تجهیزات که با مواد پوشش مرطوب تماس بگیرید. (2) جداسازی الکترود شارژ از ماده پوشش مرطوب. (3) جداسازی تنها اسپری کننده و شلنگ تغذیه آن با استفاده از یک دستگاه انسداد ولتاژ. هر روش دارای مزایا و معایب است.

SYSTEM ISOLATION

Waterborne systems are commonly isolated in one of three ways. (1) Complete isolation of all equipment that contacts wet coating material. (2) Isolation of the charging electrode from the wet coating material. (3) Isolation of only the atomizer and its feed hose by using a voltage blocking device. Each method has advantages and disadvantages.

جداسازی کامل مزیت جداسازی کامل سیستم نرم افزاری این است که ماده پوشش را می توان به طور مستقیم با ولتاژ الکترواستاتیک متصل کرد اگر جداسازی موفقیت آمیز باشد، نتیجه TE به بالاترین احتمال ممکن برای برنامه خاص خواهد بود. TE دقیق که می تواند در یک برنامه خاص به دست آید بستگی به هندسه بخش، سرعت خط، تجهیزات کاربردی و سایر عوامل دارد، همانهمانطور که با مواد پوشش بر پایه حلال است.

Complete Isolation

 

 

 

The advantage of completely isolating the entire application system is that the

coating material can be directly charged with electrostatic voltage.

If isolation is successful, the resulting TE will be the highest possible for the specific application. The exact TE that can be achieved in a specific application depends on the part geometry, line speed, application equipment, and other factors, the same

as it would with a solvent-based coating material.

برای جداسازی کامل سیستم آبرسانی، هر پمپ، مخزن، لوله، اسپری کننده و یا یک قطعه دیگر که مواد پوشش مرطوب را می بیند باید روی یک میز پلاستیکی قرار گیرد یا از یک میله پلاستیکی آویزان یا در یک آستین لوله پلاستیکی پر شود.

To isolate a complete waterborne system, every pump, tank, pipe, atomizer, or other piece of equipment that sees wet coating material must be set on a plastic table or hung from a plastic rod or stuffed in a plastic pipe sleeve.

مواد پلاستیکی رایج و ارزان برای این منظور عبارتند از پی وی سی کلرید (PVC)، پلی اتیلن و پلی پروپیلن تفلون، برخی از نایلون، و دلرین نیز مواد جداسازی خوب برای ولتاژ بالا، اما نسبتا گران هستند

 Suitable common and inexpensive plastic materials for this purpose include polyvinyl chloride

(PVC), polyethylene, and polypropylene. Teflon, some nylons, and Delrin are also good isolation materials for high voltage, but are relatively expensive

هوا خشک یکی از بهترین مواد انزوا است. 12 اینچ شکاف هوا تجهیزاتی را که با ولتاژ الکترواستاتیک شارژ می شوند، جدا می کند، به جز موارد رطوبت شدید.

Dry air is one of the best isolation materials. A 12-in. air gap will isolate equipment charged with electrostatic voltage, except in cases of extreme humidity.

هوا بعضی از مزایای پلاستیکی را به عنوان یک جداساز برای سیستم الکترواستاتیک دارد

رنگ پاشنه پای میز پلاستیکی می تواند آن را هدایت کند. رطوبت در یک پوشش ضخیم گرد و غبار در یک لوله پلاستیکی می تواند آن را هدایت کند. ناسازگاری از هوا به عنوان یک جداساز کننده این است که آن یک سد به راحتی نفوذ می کند بین یک قسمت شارژ و یک قسمت زمینی به راحتی توسط پرسنل یا توسط شلنگ های شل یا سایر تجهیزات نفوذ می کند.

Air has some advantages over plastic as an isolator for an electrostatic system. A paint spill down a plastic table leg can make it conductive. Humidity in a thick coating of dust on a plastic pipe can make it conductive. The disadvantage of air as an isolator is that it is an easily penetrated barrier between a charged part and a grounded part — too easily penetrated by personnel or by loose hoses or other equipment.

متأسفانه تقریبا غیرممکن است که یک سیستم جداگانه طراحی شود که نمی خواهد تصادفی مبتنی بر، و یک سیستم که مبتنی بر خارج از آن، کمتر کارآمد است.

Unfortunately, it’s almost impossible to design an isolated system that won’t

accidentally ground out, and a system that grounds out is less efficient. In

در یک مورد، به عنوان مثال، 18 اینچ. طولانی، پایه توخالی پاکت پی وی سی یک مسیر مستقیم به زمین را فراهم می کند، زیرا بر روی یک طبقه بتنی و رطوبت از بتن ساخته شده است که درون پلکان هدایت می شود. این کوتاهی کوتاه مدت یک هفته کامل از عیب یابی برای پیدا کردن و تصحیح انجام شد.

one case, for example, an 18-in. long, hollow PVC table leg provided a direct path to ground because it was set on a concrete floor and humidity from the concrete made the inside of the leg conductive. That particular short took a full week of troubleshooting to find and correct.

علاوه بر عدم کارایی، سیستم های جدا شده می توانند خطرناک باشند زیرا می توانند انرژی الکتریکی بیش از حد را ذخیره کنند. تمام تجهیزاتی که با مواد پوشش داده شده الکتریکی خیس میشوند، انرژی الکتریکی را ذخیره می کنند، مانند خازن غول پیکر.

Besides being inefficient, isolated systems can be dangerous because they can store too much electrical energy. All the equipment that gets wetted with electrically charged coating material stores electrical energy, much like a giant capacitor.

در صورتی که سیستم خاموش شود، تمام انرژی ذخیره شده تخلیه می شود. اگر این سیستم به اندازه کافی بزرگ است و انرژی الکتریکی به اندازه کافی ذخیره می کند، یک اپراتور می تواند آن را با کوتاه کردن آن  به طور تصادفی با دست زدن به یک شلنگ یا اسپری کننده شارژ خراب کند.

All that stored energy gets discharged if the system gets shorted out.

If the system is big enough, and stores enough electrical energy, an operator can get injured by shorting it out accidentally by touching a charged hose or atomizer.

نمیتوان یک خط مشخص تعریف کرد که بیان کند:  "این سیستم کوچک ایمن است، و یک سیستم بزرگ خطرناک است. " تلاش برای تعریف یک شوک الکتریکی ایمن مانند تلاش برای تعیین یک ارتفاع ایمن است که از آن سقوط کند.

به عنوان مثال، شوک خود را فقط می تواند آزار دهنده باشد، اما قربانی می تواند به طوری از آن نا امید شده است که در نتیجه یک ضربه بر روی سر و یا آسیب در برخی از راه های دیگر.

It is impossible to draw a definite line that says, “A system this small is safe,

and a system that big is dangerous.” Trying to define a safe electrical shock is like trying to define a safe height from which to fall.

For example, a shock itself might only be annoying, but the victim might be so startled by it that it results in a bump on the head or an injury in some other way.

اگر چه یک سیستم ایمنی با توجه به ذخیره انرژی الکتریکی ممکن است در تناقض باشد، برخی از راهنمایی ها درباره اندازه سیستم احتمالا ناامن مفید خواهد بود.

متاسفانه، هیچ مقرراتی که به طور مستقیم برای سیستم های حمل و نقل الکتریکی قابل استفاده هستند در دسترس هستند.

Although a safe system, with regard to storage of electrical energy, may be a contradiction in terms, some guidance regarding the size of a “probably unsafe” system would be useful.

Unfortunately, no regulations directly applicable to electrically charged waterborne systems are available

با انجام بعضی مفروضات در مورد اطلاعات ناقص منتشر شده، برای مقادیر 70،000 / 100،000 ولت مورد استفاده برای الکترواستاتیک، با اضافه کردن مقادیر ولتاژ و ظرفیت Capacitance به معادله استاندارد برای ذخیره انرژی الکتریکی در یک خازن،

به شکل زیر می تواند گسترش یابد:

By making some assumptions about the meager data that is published,

extrapolating to the 70,000\100,000 V range used for electrostatics, and plugging the resulting voltage and capacitance values into the standard equation for storing electrical energy in a capacitor, the following can be developed:

Maximum\Energy = 3.5 Joules = CV2

where C=Capacitance (farads)

Rearranging: CMAX =7/V2

Maximum\Energy = 3.5 Joules = CV2

where C=Capacitance (farads)

Rearranging: CMAX =7/V2

جایی که ولتاژ حداکثر از پکیج قابل دسترس است

این معادله را می توان به عنوان یک شاخص از پتانسیل سیستم یک سیستم مشخص برای ایجاد یک خطر شوک جدی استفاده کرد. ظرفیت سیستم، همانطور که با یک پل خازنی یا یک اندازه خازن مناسب اندازه گیری می شود، باید کمتر باشد

از مقدار CMAX در صورت احتمال تماس تصادفی با انسانی وجود دارد می تواند منجر به شوک الکتریکی شود

به عنوان مثال، اگر یک سیستم رنگ آمیزی الکترواستاتیک 100،000-V دارای یک پیکو فاراد ظرفیت خازنی G700 باشد، برای حفاظت اپراتور باید برای قفل کردن و قفل کردن

where the voltage is the maximum available from the power pack.

This equation can be used as an indicator of the potential for a given isolated system to pose a serious shock hazard. The capacitance of the system, as measured with a capacitance bridge or a suitable capacitance meter, must be less

than the value of CMAX if there is a possibility of accidental human contact, which could result in an electrical shock.

 For example, if a 100,000-V electrostatic paint system has a capacitance G700 Pico farads, caging and interlocks should be considered for operator protection.

برای مقاصد مقابله، یک 55-gal تنها. درام و 200 فوت 3/8 اینچ. درونی شلنگ قطر، تمام 12 عدد در بالای زمین قرار دارد، میتواند بین 450 تا 900 عدد خازن داشته باشد.

این بدان معنی است که سیستم رنگ معمولی که دارای سخت افزار بسیار بیشتری است، تقریبا قطعا از حداکثر مقدار خازنی بالاتر می رود و می تواند سطوح بالقوه خطرناک انرژی الکتریکی را ذخیره کند.

For comparison purposes, a single 55-gal. drum and 200 ft of 3/8-in. inner

diameter hose, all set 12 in. above a ground, can have between 450 and 900 picofarads of capacitance.

 This means that a typical paint system, which has much more hardware, would almost certainly exceed the maximum capacitance value and could store potentially dangerous levels of electrical energy.

ذخیره انرژی الکتریکی را می توان با کاهش ولتاژ الکترواستاتیک کاهش داد. عبارت ولتاژ در معادله ذخیره انرژی در یک خازن به صورت مربع است.

  این به این معنی است که یک سیستم داده شده در 100000 V چهار برابر انرژی که در 50،000 وات است ذخیره خواهد کرد

در ولتاژ پایین، نه تنها سیستم امن تر خواهد بود، بلکه اسلحه ها و کابل ها قبل از شکستن الکتریکی بسیار طولانی تر خواهند شد

The storage of electrical energy can be reduced by lowering the electrostatic voltage. The voltage term is squared in the equation for energy storage in a capacitor.

This means that a given system at 100,000 V will store four times the energy that it would at 50,000 V.

At the lower voltage, not only will the system be safer, but guns and cables will last much longer before breaking down electrically. Perhaps an even more compelling reason for lowering the voltage is to maximize TE.

حداکثر TE برای اکثر مواد پوششی آب در بین 40،000 تا 60،000 V اتفاق می افتد در مقایسه، حداکثر TE برای یک ماده برپایه حلال با هدایت کمتر می تواند 90،000 V یا بیشتر باشد

اسلحه های چوبی یک مشکل خاص را در زمانی که یک سیستم کاربردی پوشش از مواد بر اساس حلال به آب منتقل می شود، از خود نشان می دهند.

The maximum TE for most waterborne coating materials occurs between 40,000 and 60,000 V.

By comparison, the maximum TE for a less conductive solvent-based material can be 90,000 V or more. Handguns present a special problem when a coating application system is converted from solvent-based materials to waterbornes.

یک سیستم الکترواستاتیک منفرد برای آمحلول در آبها می تواند چند اسپری اتمایزر  یا یک تفنگ دستی تنها داشته باشد.این نمی تواند هر دو را داشته باشد، و نه می تواند بیش از یک تفنگ را داشته باشد. مقررات انجمن ملی پیشگیری از آتش سوزی (NFPA) مقرر می دارد که ولتاژ الکترواستاتیک هر نوع تفنگ دستی هنگام آزاد شدن ماشه باید خاموش شود

An isolated electrostatic system for waterbornes can have multiple automatic atomizers or it can have a single handgun.

It cannot have both, nor can it have more than one handgun. National Fire Prevention Association (NFPA) regulations dictate that the electrostatic voltage to any handgun must turn off when the trigger is released.

از آنجایی که تمام اسپری کننده ها در یک سیستم محلول در آببه وسیله شلنگ های مایع به صورت الکتریکی متصل می شوند، ولتاژ  یک تفنگ ساچمه ای تا زمانی که اتمایزر دیگری در سیستم وجود داشته باشد روی هر دستگاه اسپری در سیستم برقرار باقی می ماند. 

این بدان معنی است که اگر تفنگ های دیگر در سیستم وجود داشته باشد، تفنگ با استفاده از الکترواستاتیک نمی تواند مورد استفاده قرار گیرد و بدون الکترواستاتیک امکان دستیابی به حداکثر TE

Since all the atomizers in a waterborne system are connected electrically by their fluid hoses, the voltage remains “on” to an idle handgun as long as it is “on” to any atomizer in the system.

This means that a handgun cannot be used with electrostatics if there are other atomizers in the system, and without electrostatics it is impossible to achieve the maximum TE

برای خلاصه کردن، سیستم های کاملا جدا شده دارای پتانسیل هایی هستند که اجازه می دهندحداکثر TE برای یک برنامه داده شده، زیرا آنها اجازه می دهد ماده پوشش 200 به طور مستقیم با الکترواستاتیک شارژ شود. 

در عمل، این پتانسیل به ندرت به دست می آید، مگر اینکه سیستم کاربردی بسیار کوچک باشد زیرا انباشته شدن انبساط الکترواستاتیک دشوار است.

To summarize, completely isolated systems have the potential to allow the

maximum TE for a given application because they allow the coating material 200 to be directly charged with electrostatics.

 In practice, that potential is rarely achieved unless the application system is very small because it is difficult to keep the electrostatic charge isolated.

سیستم های کاملا جدا شده می توانند انرژی الکتریکی زیادی را ذخیره و خطرناک باشند.

برای جلوگیری از آسیب های اپراتور، چنین سیستمی نیاز به قفل شدن و مجهز به قفل های متصل شده برای جلوگیری از دسترسی در حالی که سیستم عامل است. متاسفانه این بدان معنی است که حتی نگهداری جزئی در تجهیزات غیر ممکن است در حالی که هر بخشی از سیستم در ولتاژ بالا عمل می کند زیرا تمام تجهیزات الکتریکی توسط شلنگ های مایع وصل شده است.این نیز همین دلیل است که تنها یک تفنگ دستی میتواند در یک سیستم کاملا جداگانه مجاز باشد

Fully isolated systems can store too much electrical energy and become dangerous.

To prevent operator injury, such systems need to be caged and equipped with interlocks to prevent access while the system is operating. Unfortunately, this means that even minor maintenance to the equipment is impossible while any part of the system is operating at high voltage because all the equipment is

electrically connected by the fluid hoses. This is also why only one handgun can be permitted in a completely isolated system.

باردار کردن غیر مستقیم

باردار کردن غیر مستقیم از بسیاری از مشکلات سیستم های کاملا جدا شده جلوگیری می کند، جز مساله هزینه.سیستم های باردار کننده غیر مستقیم ماده پوشش را بین نازل اتمایزر و قطعه باردار می کند، نه در اتمایزر.

Indirect Charging

Indirect charging avoids many of the problems of completely isolated systems, but at a price. Indirect charging systems charge the coating material between the nozzle of the atomizer and the part, rather than at the atomizer.

این کار با قرار دادن الکترود ولتاژ بالا در جریان هوا در نزدیکی نازل انجام می شود اما در تماس مستقیم نیست. ذرات ماده پوشش پس از ترک اتمایزر، باردار می شوند.

This is done by placing the high-voltage electrode in the air stream near the nozzle but not in direct contact. The coating material particles pick up a charge after they leave the

atomizer.

از آنجا که ولتاژ بالا هرگز به طور مستقیم با تجهیزات نرم افزاری ارتباط برقرار نمی کند، شارژ کردن شارژ کردن شلنگ های رنگی امکان پذیر نیست.

از سوی دیگر، هر گونه بار که  به طور تصادفی به سیستم کاری انتقال پیدا کند،  به محیط بی ضرر زمین انتقال پیدا میکند به زمین برسد زیرا سیستم از زمین جدا نیست. در واقع این سیستم ها می توانند و باید  به منظور جلوگیری از ذخیره انرژی الکتریکی به طور عمدی به زمین  پایه گذاری شوند

Because the high voltage never directly contacts the application equipment, there is no opportunity for the charge to drain away down paint hoses.

On the other hand, any charge inadvertently imparted to the application system drains away harmlessly to ground because the system is not isolated from ground.

 In fact these systems can, and should, be intentionally grounded to prevent storage of electrical energy.

ذخیره سازی خازنی کمی از انرژی الکتریکی در یک باردار کردن غیر مستقیم سیستم الکترواستاتیک وجود دارد.بنابراین هر گونه خطر الکتریکی به شدت کاهش می یابد. این به  معنی است که  قفل گذاری و قفل ایمنی می تواند کمتر ضروری و یا کاملا  قابل حذف شود

با استفاده از تفنگ های دستی که  توسط شلنگ های الکتریکی  متصل نیستند، نیازی به محدود کردن تعداد سلاح در یک سیستم برنامه خاص نیست.

There is little capacitive storage of electrical energy in an indirect charged

electrostatic system so any electrical hazard is greatly reduced.

 This means that safety caging and interlocks can be less intrusive, or eliminated completely.

 With handguns no longer connected electrically by their hoses, there is no need to limit the number of handguns in a particular application system.

چندین دستگاه تولید کننده تجهیزات پوشش دهنده، اسپری های ویژه را برای شارژ غیر مستقیم طراحی می کنند

Several coating application equipment manufacturers offer atomizers specially designed for indirect charging.

این دستگاه الکترود الکترواستاتیک را دور از جریان مواد پوشش قرار می دهد به طوری که بین تجهیزات کاربردی و اجزای باردار با ولتاژ بالا ارتباطی مستقیم وجود ندارد. 

بعضی از اسپری های معمولی نیز می توانند با دستگاه شارژ مستقیم غیرمستقیم، تبدیل و به آسانی تبدیل به آب  نسبتا ارزان باشند

These devices position the electrostatic electrode away from the coating material stream so that there is no direct electrical contact between the application equipment and components charged with high voltage.

Some conventional atomizers can also be retrofit with indirect charging apparatus, making the conversion to waterbornes easy and relatively inexpensive.

ضعف شارژ غیر مستقیم کمتر از TE است. شارژ غیر مستقیم باعث افزایش TE در مقایسه با سیستم های غیر الکترواستاتیک می شود.متاسفانه، آزمون ها ثابت می کنند که TE با باردار کردن غیر مستقیم کمتر از TE با روش باردار کردن مستقیم در در کاربردی خاص قابل دستیابی است. این به معنای استفاده از همان اپلیکاتور ها، مواد پوشش، شکل بخشی، و غیره است.

The downside of indirect charging is lower than optimum TE. Indirect charging does improve TE over comparable non-electrostatic systems. Unfortunately, tests prove that the TE with indirect charging is less than the TE that can be achieved by direct charging in any given application — that means using the same applicators,

coating material, part shape, etc.

تفاوت می تواند قابل توجه باشد، تا 40٪ بهبود در TE در موارد شدید. حتی بهترین سیستم های باردار غیر مستقیم  به ندرت به TEs در 10 درصد از آنچه برای یک برنامه کاربردی در شرایط استفاده از باردار کردن مستقیم برای الکترواستاتیک قابل دستیابی است می رسد.

The difference can be considerable, up to 40% improvement in TE in extreme

cases. Even the best indirect charged systems rarely achieve TEs within 10 percentage points of what is possible for the same application but using direct charging for the electrostatics.

برای به حداکثر رساندن TE، ماده پوشش باید به طور مستقیم با ولتاژ الکترواستاتیک شارژ شود، اما برای به حداقل رساندن خطرات شوک و مشکلات عملیاتی، اندازه بخش های شارژ سیستم باید حداقل باشد. این را می توان با استفاده از یک ولتاژ بلوک در هر atomizer به دست آورد. سپس هر دستگاه اسپری می شود. سیستم بدون اتصال برق به هر دستگاه اسپری کننده دیگر در سیستم.

To maximize TE, the coating material should be directly charged with electrostatic voltage, but to minimize shock hazards and operational problems, the size of the charged parts of the system should be minimized. This can be achieved by using a voltage block at each atomizer. Each atomizer then becomes a miniisolated

system with no electrical connection to any other atomizer in the system.

بلوک های ولتاژ

بلوک های ولتاژ دستگاه هایی هستند که به مواد پوشش می دهند تا از طریق آن عبور کنند

اما برای جلوگیری از انفجار ولتاژ از راه دیگر.

آنها اجازه می دهد مواد پوشش را از پمپ های زمینی یا آشپزخانه به اتمایزرهای باردار انتقال داده شود.

Voltage Blocks

 

Voltage blocks are devices that allow coating material to pass through to the

atomizer but prevent voltage from leaking back the other way.

They allow coating material to flow from the grounded pumps or kitchen to charged atomizers.

این بدان معنی است که سخت افزار در پمپ و سیستم توزیع می تواند تقریبا با یک سیستم مبتنی بر حلال تبدیلی یکسان  باشد یا برای یک سامانه غیرمستقیم باردار محلول در آب.

This means that the hardware in the pump house and distribution system can be virtually the same as for a conventional solvent-based system, or for an indirect charged waterborne system.

از آنجا که مزیت اصلی فن آوری ولتاژ بلوک این است که آن را محدود کردن مقدار سخت افزار در ولتاژ بالا، مهم است که این دستگاه ها را به عنوان نزدیک به atomizer نصب کنید که ممکن است

شلنگ های اتصال بین بلوک ولتاژ و اسپری کننده در ولتاژ بالا هستند، بنابراین کوتاه نگه داشتن آنها باعث کم کردن ظرفیت خازن و امکان وقوع زمین های تصادفی می شودیک بلوک ولتاژ برای یک اتمایزر فشرده، فضای کمتری را به اندازه یک جعبه کنترل الکتریکی کوچک احتیاج دارد، بنابراین می توان آن را درون اسپری یا  تهویه نزدیک به اتمایزر نصب کرد

Since the primary advantage of voltage block technology is that it limits the amount of hardware at high voltage, it is important to install these devices as close to the atomizer as possible.

The connecting hoses between the voltage block and the atomizer are at high voltage, so keeping them short minimizes both the capacitance and the opportunity for accidental grounding.

 A voltage block for one atomizer is compact, requiring about as much space as a small electrical control box, so it can be mounted inside the spray or ventilation booth close to the atomizer.

سیستم های مینی جدا شده توسط بلوک های ولتاژ مشکلاتی را در سیستم های جداگانه ای پیدا نمی کنند زیرا سخت افزار کمتری با انرژی الکتریکی شارژ می شود.ظرفیت به میزان قابل توجهی کاهش می یابد و سیستم به طور ذاتی ایمن تر می شود.  سیستم های امن تر دسترسی آسان تر به داخل کابین اسپری را معنی می کنند. اغلب راه آهن گارد ساده و علائم هشدار دهنده می تواند جایگزینی جداسازی و قفل گذاری دقیق را تغییر دهد.

The mini-isolated systems created by voltage blocks do not have the problems found in large isolated systems because less hardware is charged with electrical energy. Capacitance is greatly reduced, making the system inherently safer.

 Safer systems mean easier access to the inside of the spray booths. Often a simple guard rail and warning sign can replace elaborate caging and interlocks.

ولتاژ

مشکلات نشتی به حداقل می رسند، زیرا فقط یک دستگاه اتمایزر و شلنگ کوتاه باردار می شود، و این باعث می شود تا TE ها تا سطح بالا نگه داشته شوند.

Voltage

leakage problems are minimized, since only the atomizer and a short hose are

charged, making it easy to keep the TEs up to a high level.

 با جدا کردن اسپری کننده ها از یکدیگر، سیستم های کوچک مجهز دارای مزایای غیر منتظره ای هستنداول، محدودیت NFPA در مورد تفنگ های ساچمه ای دیگر اعمال نمی شود. هر تفنگ ساچمه ای به طور جداگانه از هر تفنگ دیگر جدا شده است، به طوری که ولتاژ تفنگ خالی می تواند خاموش شود.

By isolating atomizers from each other, mini-isolated systems have some unexpected advantages.

First, the NFPA limitation concerning handguns no longer applies.

Each handgun is independently isolated from every other handgun so the voltage to idled guns can be turned “off.”

در حقیقت، پاشش آب به وسیله تفنگ ساچمه ای و بلوک ولتاژ می تواند ساده تر از پاشش ماده ی مبتنی بر حلال با استفاده از تفنگ ساچمه ای باشد. مواد مستقر در محلول در بشکه تفنگ شارژ می شود بنابراین یک کابل ولتاژ بالا به تفنگ لازم است

از آنجایی که ماده پوشش آب در آب باعث تولید برق می شود، اما می توان آن را به طور مستقیم در واحد ولتاژ متصل کرد و کابل را به تفنگ می توان حذف کرد.

با استفاده از کابل، اسلحه احساس سبک تر می شود و بسته نرم افزاری شل سبک تر می شود

In fact, spraying waterbornes with a handgun and voltage block can be easier than spraying the old solvent-based material with the handgun.

 Solvent-based material is charged at the gun barrel so a high-voltage cable to the gun is required.

Since waterborne coating material conducts electricity, however, it can be directly charged at the voltage block and the cable to the gun can be eliminated.

 With the cable gone, the gun feels lighter and the hose bundle flexes more easily.

حتی اتمایزرهای اتوماتیک مانند چرخدنده ها یا دیسک ها نیاز به تعمیر و نگهداری کمتر دارند، اگر مواد پوشش در بلوک ولتاژ جای داده شود، نه در اسپری کننده، همانطور که در هنگام اسپری مواد مبتنی بر حلال 

این به این علت است که کابلهای ولتاژ بالا زمانی طول می کشد که آنها با حرکت اسلحه یا ربات به بالا و پایین نمی روند.

Even automatic atomizers, such as rotaries or disks, require less maintenance if the coating material is charged at the voltage block rather than at the atomizer, as it was when spraying solvent-based material.

This is because the high-voltage cables last longer when they don’t get flexed over and over by the motion of the gun mover or robot.

دومین مزیت غیرمنتظره ساخت هر نوع اسپری کننده به یک سیستم مینی جدا شده این است که هر اسپری کننده می تواند با ولتاژ مختلف یا ولتاژ صفر به صورت دلخواه عمل کند

به عنوان مثال، تجربه در کارخانه ممکن است نشان دهد که اتمیزر چرخشی در یک خط رنگی بهترین در 60،000 V است، اما دست زدن به آنها در 45،000 V بهتر عمل می کند. با استفاده از بلوک های ولتاژ، تفنگ ساچمه ای و اسپری کننده های چرخشی می توانند در ولتاژ های مختلف اجرا شوند، اما همه می توانند از یک سیستم توزیع رنگ معمول

A second unexpected advantage of making each atomizer into a mini-isolated system is that every atomizer can operate at a different voltage, or at zero voltage, as desired.

For example, in-plant experience might show that the rotary atomizers in a paint line run best at 60,000 V, but the handguns perform better at 45,000 V. With voltage blocks, the handguns and the rotary atomizers can run at different voltages, yet all can be supplied from a common paint distribution system.

در نهایت، در یک سیستم کاربردی برای انتقال آب و استفاده از بلوک های ولتاژ، هر دستگاه اسپری در سیستم می تواند خاموش و تعمیر و یا تغییر، حتی اگر اسپری های دیگر در ولتاژ بالا کار می کنند

سهولت دسترسی به تجهیزات کاربردی تولید قابل مقایسه است بین یک سیستم آبگیر با ولتاژ متوقف شده و سیستم مواد پوشش دهنده مبتنی بر حلال جایگزین می شود.

Finally, in an application system for waterbornes and using voltage blocks,

any atomizer in the system can be shut down and repaired or changed out, even though the other atomizers are operating at high voltage. The ease of access to production application equipment is comparable between a voltage-blocked waterborne system and the solvent-based coating material system it replaces.

نتیجه گیری

یک هدف اغلب ناگفته در هنگام تبدیل یک سیستم کاربردی پوشش به آب به منظور جلوگیری از "همانطور که اکنون انجام می شود" برای به حداقل رساندن ممکن است، به خصوص اگر سیستم موجود دارای تجهیزات مناسب و خوب عمل کند

این هدف از دسترس نیست، زیرا فرآیند موجود و بسیاری از تجهیزات موجود، اغلب می تواند برای آب در نظر گرفته شود.

CONCLUSION

An often-unstated goal when converting a coating application system to waterbornes is to disrupt “the way it’s done now” as little as possible, particularly if the existing system has good equipment and is performing well.

 That goal is not out of reach because the existing process, and much of the existing equipment, can often be used for waterbornes.

معمولا فقط اتمایزر ها باید برای آبی ها نیاز به  جایگزینی اسپری های مخصوص طراحی شده برای مدیریت  مواد قابل حمل آب دارد. 

تجهیزات و سیستم توزیع باقی مانده را می توان مجددا استفاده کرد، مگر اینکه از موادی ساخته شده باشند که در داخل آب خورده می شوند یا تحت تاثیر قرار گرفتن در معرض آنها قرار گیرد.

Usually only the atomizers will need to be modified for waterbornes, or replaced with atomizers specifically designed to handle waterborne materials.

The remaining equipment and distribution system can be reused unless made of materials that will corrode in waterbornes or be damaged by exposure to them.

تبدیل مهندسی شده  از مواد پوشش دهنده بر پایه حلال به آب، باعث افزایش کارایی عملیاتی در هزینه کم و حداکثر ایمنی اپراتور می شود.  هزینه عملیاتی، از لحاظ TE، باید در حدود همان سیستم رنگی مبتنی بر حلال باشد. برای دریافت TE بالا، الکترواستاتیک باید در حداکثر کارایی کار کند..  به این معنی است که به طور مستقیم مواد را با ولتاژ الکترواستاتیک شارژ می کند، اما محدود کردن سخت افزار که شارژ می شود.

Well-engineered conversions from solvent-based coating materials to waterbornes result in the highest possible operating efficiency at low cost and with maximum operator safety.

The operating cost, in terms of TE, should be about the same as that of a good solvent-based paint system.

To get high TE, electrostatics must operate at peak efficiency. This means directly charging the material with electrostatic voltage, but limiting the hardware that gets charged.

دستگاه های مسدود کننده ولتاژ، ولتاژ الکترواستاتیک بالا را فقط برای دستگاه های اسپری و شلنگ به دستگاه اسپری متصل می کنند.

این بدان معنی است که بقیه سیستم کاربرد مواد پوشش می توانند مشابه همان یا مشابه سیستم هایی که قبلا ساخته شده است باشد.

Voltage-blocking devices confine high electrostatic voltage to only the atomizer and hoses to the atomizer. This means that the rest of the coating material application system can be the same or similar to the system before the conversion is made

الکترواستاتیک همچنان با راندمان بالا کار خواهد کرد، زیرا ماده پوشش را می توان به طور مستقیم باردار کرد، بنابراین TE قبل و بعد از تبدیل قابل مقایسه خواهد بود.

از آنجا که ظرفیت خازنی سیستم یا ظرفیت ذخیره انرژی الکتریکی می تواند تا رسیدن  به سطح "ایمن" کنترل شود، مسائل ایمنی با سیستم های تبدیل شده ممنوع نیست.

The electrostatics will still operate at high efficiency because the coating material can be directly charged so the TE will be comparable before and

after conversion.

Because system capacitance, or the capacity to store electrical energy, can be controlled to “safe”’ levels, safety issues with the converted systems are not prohibitive

به عبارت دیگر، یک سیستم محلول در آب با ولتاژ متوقف شده تا حد امکان به سیستم مواد مبتنی بر حلال در حدی مشابهت دارد که می تواند با مواد پوشش داده شده که برق را هدایت کند جایگزین شود.

In other words, a voltage-blocked waterborne system is as close as possible to the solvent-based material system it replaces with a coating material that conducts electricity.

به طور خلاصه، در اینجا نحوه تبدیل یک سیستم کاربردی از مواد پوشش دهنده مبتنی بر حلال به آبرسانی در اینجا است

1.     استفاده مجدد از فرآیند موجود و سخت افزار اگر به روز بوده و به خوبی برای سیستم مبتنی بر حلال عمل می کند. زمانی که مواد با محلول در آبها سازگاری ندارند اجزا را تغییر دهید.  

To summarize, here is how to convert an application system from solvent-based coating materials to waterbornes:

(1) Reuse the existing process and hardware if it is up to date and performing well for the existing solvent-based system. Change components where materials are not compatible with waterbornes.

2. هر دستگاه اتمایزر را از طریق  نصب یک بلوک ولتاژ در شیلنگ مواد پوشش، تا  نزدیک ترین بخش ممکن به اتمایزر به یک سیستم مینی جدا شده تبدیل کنید.

(2) Turn each atomizer into a mini-isolated system by installing a voltage block in the coating material hose, as close to the atomizer as possible. Directly charge the material for maximum TE.

3.ولتاژ را برای به حداکثر رساندن TE، افزایش عمر تجهیزات و کاهش خطر شوک کاهش دهید

(4) از این مزیت که محلول در آبها جریان الکتریسیته را عبور می دهد استفاده کنید.کابل های الکترواستاتیک را از اتمایزرها جدا کنید  و در بلوک ولتاژ باردار کنید. کابلها طول عمر بیشتر داشته و اسلحه ها راحت تر حرکت خواهند کرد.

(3) Lower the voltage to maximize TE, extend equipment life, and reduce shock hazard.

 (4) Take advantage of the fact that waterbornes conduct electricity. Remove the electrostatic cables from the atomizers and charge at the voltage blocks. Cables will last longer and the guns will move easier.

تهیه شده در واحد تحقیق جلاپردازان پرشیا

تیر 97

 

ملاحظات در انتخاب آلیاژ بابیت یاتاقان

ملاحظات در انتخاب آلیاژ بابیت یاتاقان

What's the Babbitt?

 

Babbitt, also called Babbitt metal or bearing metal, is any of several alloys used for the bearing surface in a plain bearing. The original Babbitt alloy was invented in 1839 by Isaac Babbitt in Taunton, Massachusetts, United States. He disclosed one of his alloy recipes but kept others as trade secrets.

بابیت چیست؟

 بابیت که به عنوان بابیت فلزی و یا فلز حامل نیز شناخته شده است  یکی از چندین آلیاژی است که برای سطح بلبرینگ استفاده می شود. آلیاژ بابیت اصلی در سال 1839 توسط ایساک بابیت در ماساچوست، ایالات متحده اختراع شد. او یکی از دستورالعمل های آلیاژ خود را افشا کرد اما سایر دستورالعمل هایش را به عنوان اسرار تجاری نگه داشت.

Properties of the Alloys:

 

Tin base babbitts commonly contain copper and antimony following the pattern, though not necessarily the proportions, of Isaac Babbitt’s original alloy. They have good hardness which gives them excellent load-carrying characteristics. They show low friction resistance, low wear, good run-in properties and good emergency behavior in the absence of adequate lubrication. Resist corrosion, are easily cast and bonded and retain good mechanical properties at elevated temperatures.

خواص آلیاژهای بابیت

بابیت پایه قلع معمولا شامل مس و آنتیموان است که ترکیب آن ، هر چند نه لزوما نسبت دقیق آن، مشابه آلیاژ اصلی اسحاق بابیت است.

این آلیاژ،  سختی خوبی دارد که به آن، توان حمل بار بسیار عالی می دهد. در صورت نبود روانکاری مناسب، مقاومت اصطکاک کم، سایش کم، خواص کاربری خوب  و واکنش سریعی را از خود نشان می دهند. این آلیاژ مقاومت خوبی در برابر خوردگی از خود نشان میدهد ،به راحتی قالب گیری شده و خواص مکانیکی خود را در دمای بالا حفظ میکند. بابیت پایه سرب معمولی حاوی آنتیموان و قلع است که به شدت قدرت و سختی سرب را افزایش می دهد.  

Conventional lead base babbitts contain antimony and tin, which greatly increase the strength and hardness of lead. Properties of the lead-base alloys improve with the addition of antimony up to a maximum of 18% above which the alloy becomes excessively brittle. The addition of tin to the lead and antimony improves mechanical and casting properties.

خواص آلیاژهای بر پایه سرب با افزودن آنتیموان تا حداکثر 18٪ بهبود پیدا می کند. افزودن بیش از این مقدار باعث شکنندگی ساختار خواهد بود. افزودن قلع به سرب و آنتیموان خواص مکانیکی و ریخته گری را بهبود می بخشد.   

At 10% tin, room-temperature strength and hardness reach a maximum.

The lead-antimony-tin alloys are not the equal of tin-base alloys but are fully adequate for lower loads and moderate temperatures. Though alloys with lower tin content are easier to handle in the kettle, they are more difficult to bond. The very good frictional properties, reasonably good corrosion resistance and low cost of the lead-antimony-tin alloys makes them ideal for a wide range of applications.

در دمای اتاق و با میزان  10٪ قلع، مقاومت و سختی آلیاژ به حداکثر میزان خودش  می رسد. آلیاژ سرب آنتیموان قلع برابر با آلیاژهای پایه قلع نیست، اما برای بارهای پایین و دمای متوسط ​​کاملا مناسب هستند. اگرچه کار کردن با آلیاژهای دارای  محتوای قلع پایین تر در وان راحت تر است، پیوند دادن آنها کار دشوار تری است. خواص اصطکاکی بسیار خوب، مقاوم در برابر خوردگی نسبتا خوب و هزینه کم آلیاژ آلومینیوم سرب آنتیموان قلع آنها را برای طیف وسیعی از کاربردها مناسب می سازد. 

The lead-antimony-arsenic alloys are the equal of tin-base alloys in their ability to retain hardness and strength at elevated temperatures. In this respect they are superior to conventional lead-base alloys

 آلیاژهای سرب آنتیموان آرسنیک و آلیاژهای پایه قلع توانایی برابری  در حفظ سختی و مقاومت در دمای بالادارند. بنابراین، آنها نسبت به آلیاژهای معمولی سرب، برترند.

Bearing Operating Conditions:

The method or efficiency of lubrication is one of the factors affecting the choice of an alloy.

Under poor lubricating conditions, an alloy of good conformity and run-in behavior is required.

Temperature, rotating speed, pressure per unit area and even the procedure for fabricating the bearing have an influence on alloy selection;

شرایط تحمل بار:

روش یا کارایی روانکاری یکی از عوامل موثر بر انتخاب آلیاژ است. در شرایط روانکاری ضعیف، وجود آلیاژی  سازگار که دارای رفتاری کاربری مناسب ضروری است. دما، سرعت چرخش، فشار در واحد سطح و حتی روش برای ساخت بلبرینگ بر روی انتخاب آلیاژ تاثیر می گذارد.

The design of the bearing and its bonding are also significant. For example, a thick lining, mechanically anchored, requires a babbitt of good ductility at room temperature that will seat itself in the anchors under load.

 طراحی بلبرینگ و اتصال آن نیز حایز اهمیت است. به عنوان مثال، یک پوشش ضخیم، که به لحاظ مکانیکی محکم شده است، نیاز به یک بابیت خوب هادی در دمای اتاق است که تحت بار لنگر گیری خوبی از خود نشان دهد.

 

The tin-base alloys, which have good plasticity at room temperature, adjust well to these conditions under moderate to severe loads. For bearings which are difficult to seal and align, and where line contact occurs in the early moments of operation before full lubrication is established,

آلیاژهای پایه قلع، که در دمای اتاق انعطاف پذیری خوبی دارند، به خوبی تحت شرایط تحت بارهای متوسط ​​تا شدید سازگاری خوبی از خود نشان میدهند. برای یاتاقانهایی که برای مهر و موم کردن و هماهنگی دشوار است و جایی که تماس خط در لحظات اولیه عملیات قبل از پر شدن رخ می دهد روانکاری تاسیس شده است.

،he conventional lead-base alloys have the required ductility and conformability. Their use is limited, however, to moderate speeds and loads. Where thin linings and precision castings are used, certain lead base alloys containing only a nominal 1% tin should be considered;

آلیاژهای معمولی سرب دارای قابلیت ورق و سازگاری مورد نیاز هستند. با این وجود، استفاده از آنها محدود به سرعت و بارگیری متوسط ​​است. در مواردی که از ورق های نازک و ریخته گری دقیق استفاده می شود، آلیاژهای خاصی که حاوی تنها قلع 1٪ اسمی هستند باید مورد توجه قرار گیرد.

in properly designed and properly cast bearings they perform as well as tin-base babbitts and are much less expensive. They have excellent fatigue resistance, which is important to bearings of this type. Naturally, they do not have the ductility of lead-base antimony-tin bearings but this is a minor factor with thin liners.

                       

در بلبرینگ هایی که به درستی طراحی شده باشند، ویژگی های بابیت های بر پایه قلع  را به خوبی از خود نشان می دهند و همچنین از بابیت های قلع پایه بسیار ارزان تر هستند. به علاوه  دارای مقاومت شکست عالی هستند که در این نوع بلبرینگ اهمیت بالایی برخوردار است. به طور طبیعی، آنها انعطاف پذیری بلبرینگ آنتیموان – قلع پایه سرب را ندارند، اما در لایه های نازک  این عاملی جزئی به حساب می آید.

Proper type selection of Babbitt:

In selecting the proper type of Babbitt for a particular job there are a number of factors to take into consideration, the most important of which are as follows:

1. Surface speed of the SHAFT

2. Load bearing is required to carry

Secondly, but no less important, the following points must also be taken into account:

A. Continuity of service 

B. Bonding possibilities

C. Cooling facilities

D. Lubrication

 E. Cleanliness

F. Attention given to the bearings in question

انتخاب نوع مناسب بابیت: در انتخاب نوع مناسب بابیت برای یک هدف خاص تعدادی از عوامل را باید در نظر گرفت. مهمترین این عوامل  به شرح زیر است:

1.      سرعت سطح شفت

2.      توان تحمل بار لازم

ثانیا، اما نه کم اهمیت، باید نکات زیر نیز مورد توجه قرار گیرد

A. کارکرد مستمر

B. توان اتصال

C. تجهیزات خنک کننده

D. روانکاری

E. پاکیزگی

 F. توجه به بلبرینگ مورد نظر

There is no doubt that if a bearing be highly loaded in relation to its size, a high tin alloy is desirable; whereas for much  slower speed work and less heavily loaded bearings, a lead-base one may be employed, and is far more economical.

A .Surface speed of the shaft: (The number of feet traveled per minute by the shaft circumferentially.)  

 

بی شک  اگر بار زیادی نسبت به ابعاد تحمیل شده باشد، یک آلیاژ قلع بالا مطلوب است در حالی که برای سرعتهای کمتر و باربری کمتر، یک آلیاژبرپایه سرب بهتر و مقرون به صرفه تر خواهد بود.

سرعت سطح شفت: (تعداد فوت در دقیقه توسط محور به دور از دور حرکت می کند .

 

2. Load Bearing is required to carry: (The weight which is being exerted through the combined weights of the shaft and any other direct weights on the shaft and measured in pounds per square inch.)  

توان حمل بار  مورد نیاز: (وزن که از طریق وزنهای ترکیب شفت و هر وزن مستقیم دیگر بر روی شفت اعمال می شود و در پوند در هر اینچ مربع اندازه گیری می شود). 

The effect of elemental percentage on alloy properties:

 By increasing the copper content in babbitts, the hardness can be increased to 27 HV. The sliding layer thus has a higher load capacity. However, copper cementation already occurs at this copper content. In contrast, with a bath composition of 69.73% lead, 26.9% tin, 2.36% copper and 1.01% antimony a composition of the electro-facing layer of 90.14% Lead, 4.24% tin, 3.69% copper and 1.93% antimony and a hardness of 41 HV. 

تاثیر عناصر مختلف روی ویژگی های آلیاژ:

با افزایش محتوای مس در بابیت، سختی را می توان به 27 HV ​​افزایش داد بنابراین لایه کششی دارای ظرفیت بار بیشتری خواهد بود. با این حال، با وجود این درصد بالای مس سیمان سازی مس رخ می دهد.

در مقابل، با تغییر ترکیبات حمام از 69.73٪ سرب، 26.9٪ قلع، 2.36٪ مس و 1.01٪ آنتیمس ، به  ترکیب لایه الکترونی به 90.14٪ سرب، 4.24٪ قلع، 3.69٪ مس و 1.93٪ آنتیموان می توان به سختی  41 HV  دست یافت.

This increase in hardness is due to the favorable influence of the deposition of copper and tin (copper is present at a higher concentration than in the bath, tin deposited in a lower concentration) caused by the antimony, which in the sliding layer due to its affinity to the other components, the hardness and fatigue strength the sliding layer influenced. At the same time occurs at this low copper levels in the bath no copper cementation. 

این افزایش سختی ناشی از نفوذ مطلوب رسوب مس و قلع است (مس در غلظت بالاتری نسبت به حمام وجود دارد، و قلع در یک غلظت پایین ذخیره می شود) که ناشی از آنتیموان است که در لایه کششی به علت وابستگی اش به اجزای دیگر، سختی و مقاومت خستگی، لایه کشویی را تحت تاثیر قرار داده است.  در همان زمان در این سطح پایین مس در حمام سیمان سازی مس رخ نخواهد داد.

Equilibrium behavior of Sn,Sb and Cu by phase diagram :

In below you can see the phase diagram of Sn, Sb and Cu.

The isothermal section of the Sn–Sb–Cu ternary system at 260 °C has been determined in this study by experimental examination. Experimental results show no existence of ternary compounds in the Sn–Sb–Cu system. An extensive region of mutual solubility existing between the two binary iso- morphous phases, Cu3Sn and Cu4Sb, was determined and labeled as δ.

Intermetallic compounds (IMCs) Cu2Sb, SbSn, and Cu6Sn5 are in equilibrium with the δ solid solution. Up to about 6.5 at.%Sb can dissolve in the Cu6Sn5 phase, and the solubility of Sn in the Cu2Sb is approximately 6.2 at.%. Each of the Sb and SbSn phases has a limited solubility of Cu. Only one stoichiometric compound, Sb2Sn3, exists. Besides phase equilibria determination, the interfacial reactions between the Sn–Sb alloys and Cu substrates were investigated at 260 °C. Sb was observed to be present in the Cu6Sn5 and δ phases, and Sb did not form Sn–Sb IMCs in the interfacial reactions.

 Moreover, the addition of up to 7 wt% of Sb into Sn does not significantly affect the total thickness of IMC layers. It was found that the phase formations in the Sn–Sb/Cu couples are very similar to those in the Sn/Cu couples

تحلیل رفتار تعادلی سه فلز آنتیموان-قلع و مس توسط دیاگرام فازی سه جزیی

در شکل زیر دیاگرام فازی سه جزیی قلع، آنتیموان و مس نشان داده شده است.

در این بخش  با استفاده از آزمایش تجربی، رفتار سیستم سه بعدی Sn-Sb-Cu در دمای 260 درجه سانتیگراد تعیین شده است.

نتایج تجربی نشان می دهد احتمال وجود ترکیبات سه تایی سیستم Sn-Sb-Cu وجود ندارد. منطقه گسترده ای از حلالیت متقابل بین دو فاز ایزومورفیک دوتایی، Cu3Sn و Cu4Sb وجود دارد و به عنوان δ علامت گذاری شده است.

 

 

 

ترکیبات Cu2Sb، SbSn و Cu6Sn5 در تعادل با محلول جامد δ تا حدود  در.٪ Sb 6.5در فاز Cu6Sn5 حل می شود و محلول بودن Sn در Cu2Sb تقریبا 6.2 در٪ هر یک از فازهای Sb و SbSn دارای حلالیت محدود Cu است

علاوه بر تعیین تعادل فاز، واکنشهای بین فاز بین آلیاژهای Sn-Sb و Cu در دمای 260 درجه سانتیگراد بررسی شد. مشاهده شد که Sb در فازهای Cu6Sn5 و δ وجود دارد و Sb IMCs Sn-Sb را در واکنش های بین فازی ایجاد نمی کند

افزون بر این، اضافه کردن تا 7 درصد وزنی Sb به Sn به طور قابل توجهی بر ضخامت کل لایه های IMC تاثیر نمی گذارد. نتیجه این که  تشکیل فاز در زوج Sn-Sb / Cu بسیار شبیه به زوج Sn / Cu است

Babbitt plating

high-tin Babbitt used extensively in the manufacture of heavily-loaded friction pairs, in particular, slide bearings of steam turbines [1]. The formation of an antifriction layer from the given alloy is conventionally affected by the method of stationary and centrifugal casting.

A babbitt layer obtained by casting is often characterized by instability of its chemical composition, a high degree of liquation, and lamination of the alloy in the process of crystallization. Higher properties of the babbitt antifriction layer are achieved by depositing it on the base during repair of a slide bearing by gas-flame or plasma deposition. However, gas-flame deposition does not enable avoidance of the formation of porosity in the bulk of the babbitt layer.

A promising approach for obtaining an effective antifriction layer on the surface of bushes of slide bearings is  electrodeposition of a ternary alloy close in composition to high-tin babbitt. Electrodeposition has several advantages in comparison with other methods, one of which is the fact that using it does not destroy the structure and properties of the substrates. Another important advantage of the method is the possibility of obtaining a fine-grained structure and controlling the process of structure formation.

آبکاری بابیت:بابیت پایه قلع به طور گسترده ای در ساخت جفت های سایشی  به شدت بارگیری شده  بخصوص بلبرینگ های توربین های بخار استفاده می شود.

شکل گیری یک لایه ضد سایشی از آلیاژ داده شده به طور معمول توسط روش ریخته گری ثابت و گریز از مرکز تحت تاثیر قرار می گیرد

یک لایه بابیت به دست آمده توسط ریخته گری اغلب توسط ناپایداری ترکیب شیمیایی آن، درجه ی بالای گداختگی، و ورقه شدن  آلیاژ ها در فرایند کریستالیزاسیون شناسایی می شود.

 

خصوصیات لایه ضد سایش بابیت با قرار دادن آن بر روی پایه در حین تعمیر یک سیلندر توسط شعله گاز یا رسوب پلاسما به دست می آید.

یک رویکرد مطمئن برای به دست آوردن یک لایه ضد سایش مؤثر بر روی سطح لغزشی یاتاقان، رسوب الکترولیتی آلیاژ سه تایی نزدیک به ترکیب بابیت دارای قلع بالاست.  الکترواانباشتگی در مقايسه با ساير روشها مزايای متعددی دارد، حقیقت این است که استفاده از آن، ساختار و خواص بسترها را نابود نمی کند. یکی دیگر از مزایای مهم این روش این است که امکان ساخت یک ساختار ریز دانه و کنترل فرآیند تولید ساختار را فراهم آورد.

 

References:

1.     Lubricants 2015, 3, 91-112; doi:10.3390/lubricants3020091

2.     Russian Engineering Research, 2016, Vol. 36, No. 1, pp. 46 52. © Allerton Press, Inc., 2016.

3.     Materials 2017, 10, 1128; doi:10.3390/ma10101128

 

تهیه شده در واحد پژوهش و گسترش جلاپردازان پرشیا

Prepared by research and development unit of Jalapardazan Persia

اسفند 96

فرایند های کاربردی اسپری - ENGLISH

coating materials and application methods

SPRAY APPLICATION PROCESSES

 

BY JERRY P. HUND

JPH FINISHING CONSULTANTS, WEST CHICAGO, ILL.

The spray application of coatings to protect and decorate products has undergoneconsiderable change since its inception some hundred years ago. TheIndustrial Revolution has given us an unlimited supply of new products to finish,along with an ever-increasing variety of coating materials to use on thoseparts to provide them with protection and decoration.Presently, we have four major processes of spray applications: (1) air atomization-conventional air spray and high-volume, low-pressure (HVLP) atomization,

(2) airless atomization,

(3) air-assisted airless atomization, and (4) electrostaticatomization, which can be combined with any of the three previously mentionedforms, or used with rotational atomizers. Regardless of the finishing system, allhave their advantages as well as their limitations. What may be suitable for onesituation may not be suitable in another.To select properly which system is best suited for your needs, a review of theadvantages and limitations of each process is in order. Table I lists advantagesand limitations for each process (see also Figs.1–3).

CONVENTIONAL AIR SPRAY

Conventional air spray (siphon/gravity/pressure feed) is the oldest system, cominginto prominence during the 1920s with the growth of the automobile andfurniture industries. It remains today as the finishing system most widely usedby industry.

Advantages

Conventional air spray lays claim to two basic advantages over the other methodsas follows.Control. This is the most controllable process available. The spray operator,when properly trained, can control the spray pattern from a fine dot to a largeproduction-type spray pattern. This permits the spraying of small or large areaswithout changing guns or nozzles.Also, the degree of atomization can be controlled. This process provides thefinest degree of atomization available in a hand-held system. Needless to say, itis the choice for those who want the best quality finish possible.Versatility. This process affords the operator the ability to spray the widest rangeof coating materials. It is also the easiest system to operate and maintain. Just thefact that the process has been around so long has resulted in a huge inventory ofequipment, plus volumes of knowledge regarding application techniques.

Disadvantages

On the other hand, conventional air spray has a low level of transfer efficiency.Often, more material is wasted than is actually deposited on the part.This condition is usually aggravated by excessive pressure and poor operatortechnique. Air spray also consumes large amounts of compressed air (7–35cfm at 100 psi).

How the System Works

The material to be sprayed is supplied to the spray gun by either a siphon orgravity cup mounted to the gun or by a pressure feed device such as a pressuretank or pump. When the gun is triggered, the material is discharged throughthe fluid nozzle of the gun in the form of a liquid stream. Upon exiting the gun,this stream is immediately surrounded by a hollow column of compressed air,usually under high pressure, emitted from the center of the air nozzle of thegun. The action of this column of air on the fluid stream converts it into smalldroplets and imparts forward velocity to them. Additional jets of high-pressurecompressed air from the face and horns of the air nozzle are directed into thedroplets, forming even smaller droplets and an elliptical or fan spray pattern.The ability to control these forces at work at the head of an air spray gun isthe key to a successful spray application. The proof that you have this controlis in the quality of the spray pattern produced.

HIGH-VOLUME LOW-PRESSURE ATOMIZATION

Worldwide concern over increased air pollution has necessitated numerouschanges, including in how we finish our products. HVLP air atomization andelectrostatics are now the only accepted methods of production spraying incertain parts of the country.Although all HVLP spray guns operate with the same objective in mind, howthey accomplish this goal may differ. First, air used in the atomization processreaches the HVLP spray gun’s nozzle in one of four ways:

(1) standard highpressurecompressed air, which has its pressure restricted within the gun body;

(2) standard high-pressure compressed air, which is assisted with a venturi feedand then filtered ambient air prior to its pressure restriction within the gun’sbody;

(3) standard externally fed HVLP turbine air; and (4) compressor-assistedexternally fed turbine air. Items 1 and 3 have seen the most growth and ultimateacceptance in recent years.All HVLP spray guns should operate at air pressures between 0.1 and 10 psi (atthe air nozzle) and consume air volumes of 15–30 cfm to be considered true HVLPspray guns. Although some HVLP guns with internal restrictors can exceed 10 psiair pressure, it is up to the operator to follow local regulations when necessary.

Advantages

The benefits of HVLP atomization are improved transfer efficiency, oftenapproaching 65–75%, compliance with local finishing regulations, a softer spraythat penetrates easily into recesses or cavities, reduced material (costs) consumptionas well as reduced spray booth maintenance and reduced hazardous waste.Turbine-operated HVLP systems enjoy great portability and ease of operationwhere compressed air is not available. HVLP spray guns with internal restrictorsuse existing air supplies, are easy to operate, and are low in cost.

Disadvantages

The most notable limitation to the HVLP process is that the finish quality fromsome HVLP spray guns is not as fine as conventional air spray. This may not posea problem to some finishers, but to others it may mean additional polishing,a change in the material formulation, or switching to electrostatics. TurbinegeneratedHVLP systems may be expensive to purchase and to operate. HVLPguns using internal restrictors must have an adequate supply of clean and dry airto operate efficiently. Turbine guns use a larger air hose, which may be difficultto work with. Some high-volume production lines may find HVLP to be too slow.Fluid deliveries that exceed 20 oz/min. may sacrifice finish quality for speed.

AIRLESS ATOMIZATION

In the 1960s, attention turned to another process of atomization known todayas airless spraying. Airless spraying is a method of spray application that doesnot directly use compressed air to atomize the coating material. Hydraulic pressureis used to atomize the fluid by pumping it at high pressure (500–4,500 psi)through a small orifice (0.007–0.072 in.) spray nozzle tip located at the front ofthe airless gun. As the fluid is released at these high pressures, it is separated intosmall droplets, resulting in a finely atomized spray. The fluid is dischargedatsuch a high velocity that it tears itself apart and sufficient momentum remainsto carry the minute particles to the surface. The spray pattern size, or fan angle(3–21 in.) and orifice are usually preselected, but different spray angles depositthe same amount of paint over a different area. A good rule is to determine thelargest fan angle and the smallest orifice that is practical for your needs

Advantages

The main benefit of airless atomization is speed of application. It is the fastestmethod of spray atomization. This process can deliver twice the amount of materialas a compressed air system. Other advantages include improve transfer efficiencydue to a reduction in fog and overspray, the ability to spray into recesses and cavitieswith a minimum of material bounce-back, and reduced spray booth maintenance.

Disadvantages

The airless process has had to cope with several limitations over the years and oneis coarse atomization. Although some users, such as maintenance painters, shipbuilders, and highway stripers, find airless atomization acceptable, others may not.Automotive finishers and refinishers, for example, would not select airless atomization.Other limitations include less control of spray pattern when compared toair spray or HVLP.An airless gun is either on or off; there is no “feathering” capability. The tendencyis to flood the surface, causing runs or sags if the spray gun movement is momentarilydelayed. Also, one must provide strict maintenance with this system. Any foreignobject in the fluid supply that is larger than the spray-tip orifice will cause thesystem to block or shut off. Equipment maintenance on pumps is also high becauseof the high pressures used. Nozzle tips will wear and may prove costly to replace.Finally, the high velocity of the fluid stream and spray pattern, as it immediatelyexits the gun or hose, is a potential hazard. Never allow any part of your body tocome into close contact with this high-pressure material. Failure to keep severalinches away from the coating as it exits the gun or hose will cause serious injury.

AIR-ASSISTED AIRLESS ATOMIZATION

In the 1970s, various combinations of spraying systems emerged. Air-assistedairless was one that developed to fill a need that resulted from escalated materialcosts and newly enacted Environmental Protection Agency (EPA) regulations.Air-assisted airless, under ideal conditions, combines the best features of airspray along with the best of airless.Air-assisted airless spray guns first partially atomize the fluid with a specialfluid nozzle tip similar to a standard airless tip. Second, they complete theatomization with small amounts of compressed air from the face and/or thehorns of the air nozzle that they use. The result is a finely atomized spray patternclosely resembling that of a compressed air system. Newly designed low-pressure,air-assisted airless systems are also available. Some systems restrict the atomizingair pressure to comply with various EPA guidelines; as a result, these systems canbe considered HVLP air-assisted airless.

Advantages

The primary advantage of air-assisted airless is its “soft” spray atomization.Atomization air pressures are usually low, and as a result, this system provides afine finish with most coatings approaching that of compressed-air atomization.With air-assisted airless we can see an approximate 30% improvement in transferefficiency over compressed air. This system allows us to increase flow rates, whilealso spraying into recesses and cavities, without excessive bounce-back of material.This means less booth maintenance and cleanup time. We also can expect a reductionin compressed-air supply requirements. Since fluid pressures generally rangefrom 200 to 800 psi, less wear on the pump and tip is to be expected.

Disadvantages

Tip plugging may still be a problem with air-assisted airless. Many operators feelthat air-assisted airless is too slow when compared to airless and that the finishis still not as good as compressed-air atomization. Many operators tend to useexcessive fluid and air pressures with this process. There are more controls tolearn to use it correctly.

ELECTROSTATIC ATOMIZATION

During World War II, paints and solvents were in short supply or very expensivewhen available. Thus, to fill that need and to maximize the use of these materials,electrostatic atomization was developed.The coating is first atomized using either the compressed air, airless, or airassistedairless methods previously discussed. Although these systems requireequipment designed for electrostatic use, the atomization principles are thesame as those for nonelectrostatic applications. The atomized paint particles,at this point, are provided with forward velocity and direction.The particles are made to pass through a cloud of free-floating electrons(negative charges) produced by a high-voltage source such as an independentpower supply, cable, and electrode at the gun, or a turbine-operated generatorlocated inside the spray gun. The basic principle of electrostatics is that “like”electrical charges repel one another and “unlike” electrical charges attract.Since each particle of material is negatively charged from 30–140 kV and0–200 mA, it will want to seek the closest grounded object (positive) to completethe electrical circuit. If the product is sufficiently grounded, particles thatwould have missed that part will now be drawn back or attracted to it. This iscommonly referred to as the “wrap effect.”

Rotational Atomizers

The first low-speed rotational atomizers premiered in the early 1950s. This typeis sometimes referred to as a “true electrostatic” system. The atomization is createdby the high voltage itself. The rotation of the electrically driven disk or bellevenly disperses the paint to the edge of the spinning disk or bell.When the unit is charged to approximately 120 kV DC, a current flow developsbetween it and the grounded object. This current flow pulls the particles ofcoating off the spinning disk or bell and carries them to the product.With the introduction of paints high in solids these atomizers had to use higherspeeds. Thus, electric motors were replaced with high-speed air-driven turbines.These high-speed rotational atomizers (10,000–60,000 rpm) use centrifugal forceto atomize the coating and carefully directed compressed air to give the atomizedpaint particles forward velocity and direction. A voltage differential (120 kV DC)then takes over and allows the charged particles to migrate to the grounded part.

Disk versus Bell

The spray pattern needed for the kind of parts being finished, the shape of theproduct, and racking, or the existing facility, determine whether a disk or bellis used. For long, thin parts and flat stock, the reciprocating disk directs thehorizontal spray in the thin, narrow plane that is needed to provide a fine evencoat in conjunction with the omega-style conveyor and booth. For shorter,wider parts, the donut-shaped cloud produced by a bell directs a fine even coatand is mounted horizontally or used with a vertical short-stroke oscillator in astandard overhead conveyor system and booth.

Advantages

The principal advantage of electrostatic spraying is the savings in material andlabor. This process can provide transfer efficiency ratings from 65 to 95% ifall conditions are favorable. Air velocity in the spray booth where electrostaticspraying is performed may be reduced from 100 to 60 ft/min. This means a40% reduction in air makeup costs as well as reduced emissions.

Disadvantages

The old saying “Where the current goes, so goes the paint” applies here. TheFaraday cage effect will make painting in some corners and recesses difficult,thus manual nonelectrostatic touch up will be necessary. Contrary to somebeliefs, electrostatics will not improve adhesion or provide superior gloss,nor will it always provide a complete wrap effect. Also, some users may findexcessive buildup on corners and edges unacceptable. The parts you want to spray electrostatically must alwaysbe conductive, either by virtue of thematerial from which it is made orthrough the application of a conductivepretreatment.Recent equipment developmentsnow make it relatively simple toapply water-reducible coatings withelectrostatic equipment. Both handheldand automatic systems are available.Since the material is highly conductive,it is necessary to isolate thematerial supply. The fluid supply willbe highly charged, and it is, therefore, necessary to erect barricades to preventphysical contact with this portion of the system.Sometimes the added expense to apply this coating may not justify the materialsavings. Also, added maintenance — cleaning the hangers, supports, or conveyors— to assure conductivity to ground is necessary. All electrically conductiveitems, such as containers and spray equipment, within 10 ft of the spray areashould be grounded to prevent static buildup. Operators grounding out anystatic buildup may experience a severe shock.

COMPONENTS OF A SPRAY SYSTEM

A spray finishing system consists of the following components: a spray gun, acompressed air supply, a fluid supply, and other necessary items such as hoses,fittings, regulators, and proper respiratory equipment

Spray Gun

Spray guns (see Fig. 4) are available in a wide variety of performance capabilitiesand costs. The three factors in order of importance are function, service,and price. As with anything, you pay for quality. Cheap spray guns, which maylook like the expensive guns they imitate, have no place in a production finishingshop. Consult your spray gun supplier for correct air and fluid nozzlerecommendations. After all, this is the part of the spray gun that develops theatomization desired.

Compressed Air Supply

The compressor you use does not make air, it only compresses it. The conditionof your air supply usually tells a lot about the compressor and the air-supplylines. A compressor is rated for its volume,measured in cubic feet per minute(cfm), and its pressure, measuredin pounds per square inch (psi). Toassure maximum performance of anyspray finishing system, the compressedair supply should always exceed therequired psi and cfm requirements ofits components. This is especially truewhen using HVLP spray guns. The ruleof thumb is to expect about 4 cfm forevery 1 horsepower at 100 psi with anelectric compressor. Gas compressorsare somewhat lower in performance.Do not ignore the necessity ofproperly selected, cleaned, and operatingair-supply components such asextractors, regulators, ball valves, andhoses. Failure to do so only adds tofinishing-room difficulties.Pulling back slightly on the triggeropens the air valve to allow use of thegun as a blow gun. In this position thetrigger does not actuate the fluid needleand no fluid flows. As the trigger isfurther retracted, it unseats the needlein the fluid nozzle, and the gun beginsto spray. The amount of paint leaving the gun is controlled by the pressure on thecontainer, the viscosity of the paint, the size of the fluid orifice, and the fluid needleadjustment. In industrial finishing where pressure tanks or pumps are used, thefluid needle adjustment should normally be fully opened. In a siphon cup operation,the needle valve controls the flow of paint.

Fluid Supply

The fluid supply can range from siphon cups, to pressure tanks, to materialhandling pumps for dead-end or circulating systems. Siphon and gravity cupsremain popular with refinishers, and those on touch-up lines. Pressure tanksremain popular with those on low- to medium-production lines, using compressedair or HVLP atomization. Pumps are generally used on medium- tohigh-volume production lines, circulating systems, and airless and air-assistedairless production lines. Pumps may be powered by compressed air, hydraulics,or electricity.

Paint Heaters

Paint heaters, when used correctly, provide viscosity control, reduced solventuse, sprays of higher solids, reduced flash time, reduced air and fluid pressures,and improved flow. Heaters may be used with pumps on compressed air,HVLP, airless, air-assisted airless, and all types of electrostatic systems. Paintheaters are becoming more prominentin the finishing industry as solvent useis restricted to meet compliance standards.

OPERATOR TECHNIQUES

More often than not, spray painters areusually improperly trained (if trainedat all), allowed to develop many badhabits, and, in many cases, frequentlychange positions or employers, takingtheir knowledge and skills with them.On the other hand, managementsometimes fails to recognize the importance of traininguntil problems exist. The organization may havethe best coating materials and spray equipment moneycan buy, but without skilled operators the entiresystem will fail.Examine the following variables that can lead toproblems in the finishing room. Failure to observethese rules may result in finishing problems. These arethe five operator variables that must be controlled toimprove application efficiency.

1. Distance of gun to work.

2. Stroking speed.

3. Pattern overlap.

4. Spray gun attitude (heeling, toeing, fanning).

5. Triggering.

Figures 5 through 8 illustrate proper versus improper spraying technique.

SPRAY PATTERNS AND PRESSURES

The general rule of thumb for setting pressures is to always use the lowest pressurethat will give a satisfactory pattern. This rule applies to all spraying processes.Failure to observe this rule, or using faulty or dirty nozzles, will usually result infaulty spray patterns. Typical patterns with suggested corrections are shown inFigures 9–13Keeping the spray gun too far from the substrate will increase the likelihood offallout. Fan patterns that are excessive in width will increase overspray. Excessivepressures will contribute to off-spray and rebound (see Fig.14).

MAINTENANCE

The spray gun is a precision tool andwill perform best if kept clean andlubricated.Siphon Spraying: Wipe off the siphon tube with asolvent rag. Dip the siphon tube into a container ofclean solvent and spray. Trigger repeatedly to thoroughlyflush the passageway and clean the fluidnozzle and needle. (Consult local codes for restrictionson spraying solvent.)Gravity Spraying: Turn off atomization air to spraygun. Remove material from cup. Wipe interior ofcup clean with solvent rag. Pour solvent into cup.Pull trigger allowing gravity to flush all fluid passages.Repeat until clean.Pressure Spraying: Substitute clean solvent underpressure for the paint being sprayed, using low fluidpressure (no atomizing air is necessary) trigger thegun repeatedly to permit the solvent to flush out thepassageway. Do this until clean.Wipe off the gun body with a cloth wet with solventand lubricate the spray gun with a drop of lightmachine oil each day.

TROUBLESHOOTING SPRAY GUNS

If fluid is leaking from the needle packing nut, check fora loose packing nut or dried-out packing. Tighten the nutuntil leaking stops, or replace packing, if required.If air is leaking from the front of the gun, check forforeign matter on the air valve stem or seat, a brokenair-valve spring, or a bent air-valve stem; check the airvalve packing nut to see if it is too tight, the air-valveassembly to see if is tight enough, and the air valveassembly gasket for leaks; and check to see if the gun isa bleeder-type spray gun.If fluid is leaking from the front of gun, check fora worn or damaged needle or fluid nozzle, dirt in thefluid needle seat, and a broken fluid controlspring; check to see if the fluid packingnut is too tight, and if the wrong sizeneedle is being used.

FAULTY PATTERNS AND HOW TO

CORRECT THEM

Dried material in a side port of a spraynozzle restricts passage of air through theport on one side resulting in full air pressurecoming from the clean side of thepart in a “C” or fan pattern in the directionof the clogged side (see Fig. 9). Thissituation can be remedied by dissolvingthe material with thinner. Do not usemetal devices to probe into the air nozzleopenings.Dried material also gets stuck aroundthe outside ofthe fluid nozzletip restrictingpassage ofatomized air toa point at thecenter of the airnozzle openingcausing an inverted tear-drop-shaped spray pattern(see Fig. 10). This faulty pattern can also be caused bya loose air nozzle, or a bent fluid nozzle or needle tip.If dried material is causing the trouble, remove the airnozzle and wipe off the fluid tip using a rag soakedwith thinner. Tighten the air nozzle and replace thefluid nozzle and/or the needle, if it is bent.

؟؟؟

Fig. 13. Fan spray pattern

caused by low atomizing air

pressure or too much spray

material being fed through

the gun. To correct the problem,

increase air pressure

from air supply.

A split spray pattern — heavy oneach end of a fan pattern and weakin the middle — is usually causedby (1) too much atomizing air pressure;(2) attempting to get too widea spray with thin material; or (3)too little spray material available topump through the spray apparatus.This situation can be remedied by (1)reducing the air pressure; (2) openingthe fluid control knob to the full position;and (3) turning the spray patterncontrol down to narrow the spray patternwidth. This reduces the width ofspray but will correct the split pattern(see Fig. 11). Spitting is caused by airentering the fluid supply, and by dried or missing packing around the materialneedle valve that permits air to get into the fluid passageway. Dirt betweenthe fluid nozzle seat and body, or a loosely installed fluid nozzle, can alsocontribute to the problem, as well as a loose or defective swivel nut, siphoncup, or material hose. To stop the spitting, be sure all fittings and connectionsare tight.A fan spray pattern that is heavy in the middle, or a pattern that has anunatomized (salt-and-pepper) effect, indicates that the atomizing air pressureis not sufficiently high or that there is too much material being fed to the gun.This problem can be solved by increasing the pressure from the air supply.Correct air pressures are discussed elsewhere in this article.

؟؟؟

Fig. 14. Improper spraying creates paint losses

in the form of overspray, rebound, and fallout.

رسوب دهی شیمیایی بخار

 رسوب دهی شیمیایی بخار
 
:مقدمه
رسوب¬دهی شیمیایی بخار (CVD: Chemical Vapor Deposition) یک فرایند شیمیایی است که به منظور ایجاد یک لایه با کیفیت و با کارامدی بالا بر روی سطح استفاده می¬شود. این تکنیک
اصولا توسط صنایع تولید کننده قطعات نیمه رسانا برای تشکیل یک فیلم نازک مورد استفاده قرار می¬گیرد. در این روش، پیش ‌ماده‌ ها تبخیر شده و وارد راکتور می‌ شوند. در این راکتور مولکول‌ های پیش ماده جذب سطحی زیرپایه می ‌شوند. معمولا دمای زیرپایه در محدوده خاصی تنظیم می شود. مولکول‌ های جذب شده، یا در اثر حرارت تجزیه می شوند و یا با گازها و بخارات دیگر واکنش داده و فیلم جامدی را روی زیرپایه تشکیل می ‌دهند. واکنش ‌هایی که روی سطح زیرپایه انجام می ‌شود،  واکنش‌ های ناهمگن هستند. این فرآیند از انعطاف‌ پذیری بالایی برخوردار است و برای ساخت بسیاری از مواد مانند فلزات، مواد {{نیمه رسانا}} و سرامیک ها به‌ کار می رود. فیلم ‌های جامد تهیه شده می‌ تواند آمورف، پلی‌کریستال و یا تک کریستال باشد. هم چنین  می ‌توان با تنظیم شرایط رشد، فیلم‌های جامد با خواص منحصر به فرد تهیه کرد
.
 
نمایش شماتیک از فراند لایه نشانی CVD
 
از میان روش‌های لایه‌نشانی، روش رسوب‌دهی شیمیایی بخار  به علت هزینه پایین دستگاه، بازدهی بالای محصول و سهولت در توزین بیشترین کاربرد را دارد. با روش رسوب‌دهی شیمیایی بخار می‌توان موادی با خلوص بسیار بالا ایجاد کرد که ساختار آن تا مقیاس اتمی یا نانومتری قابل کنترل است. علاوه بر این، با این فرآیند می‌توان موادی تک لایه، چندلایه، کامپوزیت، نانوساختار و پوشش‌هایی با ساختار دانه‌بندی معین با کنترل ابعادی بسیار عالی و ساختار یکنواخت در فشارهای پایین تولید کرد. همچنین  CVDیک فرآیند مناسب برای ساخت و تولید پوشش¬ها، پودرها، فیبرها و اجزاء یک¬پارچه می¬باشد. با این روش تولید اغلب فلزات، تعدادی از عناصر غیر فلزی مثل کربن و سیلیسیم و هم¬چنین تعداد زیادی از ترکیبات شامل کاربیدها، نیتریدها، اکسیدها، ترکیبات بین فلزی و غیره ممکن است. این تکنولوژی اکنون یکی از فاکتورهای ضروری در ساخت نیمه رساناها و دیگر اجزاء الکترونیکی، پوشش ابزارها، یاتاقان¬ها، قطعات مقاوم به سایش و خوردگی و وسایل نوری می¬باشد.
 
  تاریخچه CVD
روش CVD جزء تکنیک¬هایی است که به طور نسبی پیشرفت زیادی داشته است. تشکیل دوده به دلیل اکسیداسیون ناقص هیزم در حال سوختن، در زمان¬های ما قبل تاریخ احتمالا قدیمی¬ترین نمونه رسوب گذاری با استفاده از CVD می¬باشد. بهره برداری صنعتی از CVD به مقاله de Lodyguine در سال 1893 مربوط می¬شود که تنگستن (W) را بر روی رشته¬های لامپ کربنی از طریق کاهش WCl6 به وسیله H2رسوب داده بود. در این دوره فرآیند CVD به عنوان یک فرآیند صنعتی اقتصادی در زمینه استخراج و پایرومتالورژی برای تولید فلزات دیرگداز با خلوص بالا مانند Ti، Ni، Zr و Ta گسترش داده شده بود.
در 40 سال گذشته کاربردهای CVD به طور فزاینده¬ای رشد داشته است. تکنیک CVD اخیرا در ابعاد جدید با تکیه بر جنبه¬های رسوب گذاری کاربردهای بسیار زیادی پیدا کرده است. تغییر کاربرد فرآیند CVD از استخراج به رسوب گذاری باعث شده است که فرآیند CVD یک تکنیک مهم در پوشش¬دهی، برای تولید لایه¬های نازک نیمه هادی¬ها و پوشش¬هایی با خصوصیات سطحی بهبود یافته مانند محافظت در برابر سایش، خوردگی، اکسیداسیون، واکنش¬های شیمیایی، شک حرارتی و جذب نوترون به حساب آید.
در اوایل سال 1970، فرآیند CVD موفقیت¬های عمده¬ای در ساخت نیمه هادی¬های الکترونیکی و پوشش-های محافظ برای مدارهای الکترونیکی به دست آورد. این موفقیت¬ها باعث گسترش سریع تکنولوژی CVD در حوزه¬های دیگر مانند فرآیندهای سرامیکی شد به خصوص در سرامیک¬های پیشرفته برای ساخت ابزارهایی که در دماهای بالا مانند مته¬ها، تیغه¬های توربین، کامپوزیت¬های مقاوم شده با الیاف و سلول¬های خورشیدی را فراهم کرده است. امروزه، تکنولوژی CVD اهمیت فزاینده¬ای در زمینه¬های هوافضا، نظامی، علم و مهندسی پیدا کرده است.
 
انواع CVD
این روش¬ بر اساس اینکه با چه روش شیمیایی آغاز می¬شود دسته بندی ¬های متفاوتی دارد.
 
  طبقه بندی براساس فشار عملیاتی
  انجام فرایند در فشار اتمسفر  CVD (APCVD) – CVD
  انجام فرایند در فشار پایین CVD (LPCVD) – CVD2-
  انجام فرایند در فشار فوق پایین (خلا) CVD (UHVCVD) – CVD
 
  طبقه بندی بر اساس ویژگیهای فیزیکی بخار
  روش آئروسل CVD (AACVD) – CVD که در این روش پیش ماده توسط یک آئروسل گاز/مایع که از طریق اولتراسونیک منتقل می¬شود. این روش برای پیش¬مادهای غیر فرار مناسب است. 
 تزریق مستقیم مایع CVD (DLICVD) – CVD که در این روش پیش ماده¬ها به فرم مایع می-باشند (مایع یا جامد محلول در حلال معمولی). مایع داخل محفظه تبخیرتزریق می¬شود. بخارات پس از تولید به قسمت فرایند CVD منتقل می¬شوند. این روش برای پیش¬ماده هایی که بصورت مایع یا جامد هستند مفید است.
 
  طبقه بندی بر اساس گرمایش بستر

1-دیواره گرم که دراین روش محفظه بخار از طریق یک منبع خارجی گرم می­شود.

2-دیواره سرد که در این روش بستر با عبور از روی منبع حرارتی مستقیما حرارت داده می­شود.

از سایر روشها می­توان به روش پلاسما ، CVD بصورت لایه اتمی، آغاز شدن فرایند به روش تجزیه نوری پیش ماده، رسوب­دهی بخار شیمیایی به روش احتراق شیمیایی(CCVD) ، هیبرید رسوب بخار به روش شیمیایی و فیزیکی و ... اشاره کرد.

نمایش شماتیک از یک CVD انجام گرفته از طریق فرایند حرارتی

 

نمایش شماتیک از یک CVD انجام گرفته از طریق فرایند پلاسما

 

مزایا و معایب رسوب دهی شیمیایی بخار
با استفاده از این روش می‌ توان نانو ساختار های متنوعی را مانند نقاط کوانتومی، نانوساختار های سرامیکی، کاربید ها، نانولوله ‌های کربنی و حتی الماس ساخت و این موضوع، یکی از نقاط قوت این روش محسوب می‌ شود. به دلیل سرعت بالای این روش، می ‌توان با استفاده از آن، نانوساختار های مختلف را به‌ صورت صنعتی تهیه کرد. به‌ طوری که حتی نانولوله ‌های تک دیواره را به ‌صورت صنعتی از این روش تولید می کنند. به دلیل دمای بالای واکنش، می‌ توان از پیش ماده‌ های متنوعی استفاده کرد. یکی دیگر از مزایای این روش، نبود محصولات جانبی زیاد است که عموماً نیز گازی شکل‌ هستند و به ‌راحتی می ‌توان محصولات اصلی را از محصولات جانبی جدا کرد. اگر از مواد اولیه بسیار خالص استفاده شود، محصولات خالصی نیز به‌ دست خواهد آمد. به گونه ‌ای که محصولات جانبی تشکیل ‌شده کم بوده و به‌ راحتی از محیط واکنش خارج می ‌شود در نتیجه محصول اصلی از مواد جانبی و مواد اولیه به ‌راحتی جدا می ‌شود. اگر هدف تهیه مواد اکسیدی باشد می‌ توان واکنش را در اتمسفر هوا انجام داد و در نتیجه دستگاه ساده‌ تر و ارزان ‌تری لازم خواهد بود. می ‌توان با تغییر زیرپایه، واکنش، ساختار، شکل و ترکیب محصولات موردنظر را کنترل کرد.
البته با توجه به اینکه از دما های بسیار بالا در این روش استفاده می ‌شود، ایجاد و کنترل دما مشکل به ‌نظر می‌ رسد. همچنین انرژی مصرفی در این روش بسیار زیاد است. به دلیل گرادیان دمایی در این روش، کنترل شکل و ساختار ذرات و یا فیلم تهیه شده، مشکل خواهد بود. همچنین فیلم ‌های ایجاد شده در این روش از کیفیت مطلوبی برخوردار نیست، مگر اینکه از تدابیر مختلفی مانند
استفاده از لیزر به‌عنوان منبع حرارتی، تنظیم گرادیان دمایی مناسب، جلوگیری از واکنش ‌های فاز گازی ناخواسته و غیره استفاده شود.
 
 

جواهر بیرنگی که از یک قطعه الماس رشد داده شده توسط CVD تهیه شده است.

 

گان های اسپری پودر - english

coating materials and application methods

POWDER SPRAY GUNS

 

BY ALAN J. KNOBBE

NORDSON CORP., AMHERST, OHIO

Two basic types of electrostatic powder guns are used for the spray applicationof powder coating materials. They are corona guns and tribo guns, where coronaand tribo refer to the predominant process used in the guns for electrostaticallycharging the powder particles.

CORONA GUNS

Corona charging guns work by bombarding powder particles sprayed fromthe gun with charged particles called ions. The corona charging process isillustrated in Figure 1.The corona charging process begins with a potential (or voltage) applied toone or more electrodes at or near the front of the gun. A high-voltage generatoris used to produce this voltage of up to 100,000 V. As the voltage on the electrodeis increased, an electric field is produced between the gun and the groundedworkpiece. When the electric field in the vicinity of the electrode reaches astrength of about 30,000 V/cm, the field is strong enough to break down theair in the vicinity of the electrode. This electrical breakdown of air results in thecreation of charged molecules or ions in the form of a continuous dischargeknown as a corona discharge. Powder particles exiting the gun travel near theelectrode where they are bombarded by these ions and accumulate a charge.Both the charged ions and the charged powder particles are influenced by theelectric field between the gun and the workpiece and tend to follow the electricfield to the part, as illustrated by lines in Figure 1. Ions that do not becomeattached to powder particles in flight are known as excess ions or free ions.Typically, only a few percent of the ions generated actually become attached topowder particles in flight. Some powder particles may be shielded from otherparticles in the charging zone and, therefore, do not accumulate a charge. Forthese particles, aerodynamic forces resulting from the powder conveying airmight propel them toward the workpiece.Charged powder particles and excess ions are both deposited on the groundedworkpiece. The charged powder particles are held onto the workpiece electrostaticallyuntil it is transported into an oven for curing. Heat causes the powderparticles to flow together and fuse into a continuous film.The Pauthenier equation describes the charge, over time, accumulated by apowder particle exposed to a corona discharge:

Q(t) =Ar2Et/(t+t)

where, A = a constant, which depends on the particle composition, r = particleradius, E = electric field strength = electrode voltage/gun-to-workpiece distance,t = time, and t = charging time constant.The charging performance of a corona gun can be affected by the gunto-workpiece distance. Today, corona guns are available that use speciallydesigned high-voltage generators or gun-control modules to reduce or eliminatethis dependency.The high-voltage generator may be located remotely from the gun in thegun-control module or, alternatively, part of it may be located within the gunbody itself. When the high-voltage generator is located in the gun-controlmodule, a high-voltage cable is used to transmit the power to the gun. Whena portion of the high-voltage generator is located within the gun body, a lowvoltagecable is used.For spraying most types of finishing powders, a negative-polarity voltage isproduced in the high-voltage generator.This results in the powder particlesaccumulating a negative charge. Positive-polarity generators are also typicallyavailable as an option and are used primarily for charging nylon powders.Two basic types of spray heads are available for shaping the powder particlesinto a cloud as they exit a corona gun. They are called conical deflectors and flatspraynozzles. Conical deflectors shape the powder cloud into a circular, hollow,dome-shaped pattern. These spray heads can produce a large, low-velocity spray,360° SD in circumference. They are best for simple-shaped workpieces and canproduce a very high transfer efficiency. Flat-spray nozzles typically have a singleslot through which the powder particles exit. The resulting powder cloud is fanshapedfrom the side, but has a narrow width. These nozzles may have a highervelocity than a conical spray head and are, therefore, best for spraying parts withdeep recesses and corners.Many equipment manufacturers design their electrostatic corona powderspray guns to comply with the different codes governing the manufacture anduse of these products worldwide. Some of the worldwide agencies that testand issue approvals on these spray guns are Factory Mutual (United States),Canadian Standards Association, European Committee for ElectrotechnicalStandardization (CENELEC), and the Research Institute of Industrial Safety(RIIS, Japan). In the United States, a local fire marshal would typically look for“Approved” equipment or compliance with National Fire Protection Association(N.F.P.A.) Standard 33, Spray Application Using Flammable and CombustibleMaterials, before permitting an installation to start production.

TRIBO GUNS

Tribo or triboelectric charging guns charge powder particles as a result of theintimate contact and subsequent separation of the powder particles from thegun walls. The word “tribo” comes from the Greek word tribein meaning to rub.The tribo charging process is illustrated in Figure 2. Charged powder particles and excess ions are both deposited on the groundedworkpiece. The charged powder particles are held onto the workpiece electrostaticallyuntil it is transported into an oven for curing. Heat causes the powderparticles to flow together and fuse into a continuous film.The Pauthenier equation describes the charge, over time, accumulated by apowder particle exposed to a corona discharge:

Q(t) =Ar2Et/(t+t)

where, A = a constant, which depends on the particle composition, r = particleradius, E = electric field strength = electrode voltage/gun-to-workpiece distance,t = time, and t = charging time constant.The charging performance of a corona gun can be affected by the gunto-workpiece distance. Today, corona guns are available that use speciallydesigned high-voltage generators or gun-control modules to reduce or eliminatethis dependency.The high-voltage generator may be located remotely from the gun in thegun-control module or, alternatively, part of it may be located within the gunbody itself. When the high-voltage generator is located in the gun-controlmodule, a high-voltage cable is used to transmit the power to the gun. Whena portion of the high-voltage generator is located within the gun body, a lowvoltagecable is used.For spraying most types of finishing powders, a negative-polarity voltage isproduced in the high-voltage generator. This results in the powder particlesaccumulating a negative charge. Positive-polarity generators are also typicallyavailable as an option and are used primarily for charging nylon powdersTwo basic types of spray heads are available for shaping the powder particlesinto a cloud as they exit a corona gun. They are called conical deflectors and flatspraynozzles. Conical deflectors shape the powder cloud into a circular, hollow,dome-shaped pattern. These spray heads can produce a large, low-velocity spray,360° SD in circumference. They are best for simple-shaped workpieces and canproduce a very high transfer efficiency. Flat-spray nozzles typically have a singleslot through which the powder particles exit. The resulting powder cloud is fanshapedfrom the side, but has a narrow width. These nozzles may have a highervelocity than a conical spray head and are, therefore, best for spraying parts withdeep recesses and corners.Many equipmentmanufacturers design their electrostatic corona powderspray guns to comply with the different codes governing the manufacture anduse of these products worldwide. Some of the worldwide agencies that testand issue approvals on these spray guns are Factory Mutual (United States),Canadian Standards Association, European Committee for ElectrotechnicalStandardization (CENELEC), and the Research Institute of Industrial Safety(RIIS, Japan). In the United States, a local fire marshal would typically look for“Approved” equipment or compliance with National Fire Protection Association(N.F.P.A.) Standard 33, Spray Application Using Flammable and CombustibleMaterials, before permitting an installation to start production.

TRIBO GUNS

Tribo or triboelectric charging guns charge powder particles as a result of theintimate contact and subsequent separation of the powder particles from thegun walls. The word “tribo” comes from the Greek word tribein meaning to rub.The tribo charging process is illustrated in Figure 2.When two different materials are brought into contact, there will be a transferof charge from one material to the other in order to eliminate the imbalance ofcharge. The magnitude and direction of the charge transfer depends on manyfactors including the chemical and electronic structure of both materials. Overthe years, a lot of testing has been done contacting one material against anotherand measuring the resulting magnitude and polarity of the charge attained oneach of the materials. The results of one such study, presented in the form ofa so-called “triboelectric series,” are shown in Table I. The farther two materialsare away from each other in the series, the greater the triboelectric chargethat should be produced when these two materials come in contact. Note thatpolytetrafluoroethylene (PTFE) is shown at one end of the series as being thestrongest electron acceptor and nylon 6/6 is shown at the other end as beingthe strongest electron donor. According to this study, all materials that contact

Electron Donor (+)

Electron Donor (+)

Nylon 6/6

Cellulose

Cellulose acetate

Polymethyl methacrylate

Polyacetal

Polyethylene terephthalate

Polyacrylonitrile

Polyvinyl chloride

Polybisphenol carbonate

Polychloroether

Polyvinylidene chloride

Polystyrene

Polyethylene

Polyproplene

Polytetrafluoroethylene

Electron Acceptor (-)

Table I. Triboelectric Series

PTFE should become positively charged.PTFE is typically used for the powder contact walls in a tribo gun. Powder particles,of course, are a composition of resin, pigment, fillers, and possibly otheradditives. Experience agrees well with this series in that most finishing powdersbecome positively charged as a result of their contact with PTFE. Today, mostpowder manufacturers formulate powders specifically for tribo guns.Tribo guns charge powder particles as long as the powder particles contactthe PTFE gun walls. Compared with corona charging, tribo charging is a highlyefficient charging process. The more contacts a powder particle makes withthe walls and the harder it hits them, the greater the charge on the particle.Theoretically, the gun walls will be left with a charge equal in magnitude butopposite in polarity to the charge accumulated on the powder particles. Thischarge on the gun walls must be conducted away or else it will build up insidethe gun and the gun will stop charging.Tribo guns are also available with optional powder-contact parts made outof nylon 6/6. Because of its location in the triboelectric series, nylon parts areideal for charging PTFE powders. In this case, the PTFE powder particles becomenegatively charged and the nylon gun walls become positively charged.Since a tribo gun does not rely on a high-voltage generator or an electrodeat high potential, there is only a weak electric field between a tribo gun and theworkpiece. The airflow from a tribo gun thus plays a significant role in transportingthe powder particles to the workpiece.The spray head can also play a significant role in the performance of a tribogun. Since the powder particles are already highly charged by the time theyenter the spray head, many spray head designs are possible for optimizing thetransport of the particles in just the right quantity, in the right direction, andat the right velocity, onto a workpiece.Tribocharging guns can have a very hightransfer efficiency and they can effectively coat the widest variety of workpieces.They are particularly good at coating difficult-to-coat workpieces, which havedeep recesses and many Faraday cage areas.

صفحه1 از3