Порошковая окраска и клетка Фарадея
Порошковая окраска сопряжена с трудностями, обусловленными рядом причин. Одной из них из них является «клетка Фарадея».
Британский физик Майкл Фарадей, родившийся в сентябре 1791 года и умерший в августе 1867 года, обнаружил, что электричество движется по пути наименьшего сопротивления. В 1836 году он построил металлическую клетку и забрался внутрь, после чего его помощники начали «обстреливать» конструкцию разрядами высокого напряжения. Фарадей остался невредим — электричество обтекало клетку снаружи, не проникая внутрь:
Принцип работы клетки Фарадея основан на поведении электрических зарядов в проводящих материалах. Когда внешнее электрическое поле воздействует на металлическую сетку или сплошную металлическую поверхность, свободные электроны в металле начинают перераспределяться. Они создают внутреннее электрическое поле, которое точно компенсирует внешнее воздействие.
Проще говоря, металлическая оболочка «съедает» электромагнитное излучение, не давая ему проникнуть внутрь. При этом важно понимать — клетка не поглощает энергию полностью, а перенаправляет её по своей поверхности, создавая внутри зону электромагнитной тишины.
Что и происходит, когда вы распыляете порошок во внутренний угол металлического короба: порошок притягивается к краям и стенам, прежде чем проникнуть в углубление:
Проблема эффекта клетки Фарадея в порошковой окраске
Эффект клетки Фарадея представляет собой серьёзную проблему в порошковой окраске, влияя на качество и равномерность нанесения покрытия.
На практике «клетка Фарадея» — это участок металлической детали, имеющий внутренний угол не более 90 градусов. При нанесении покрытия на такую поверхность образуется множество клеток Фарадея.
Хотя полностью предотвратить эффект клетки Фарадея, скорее всего, невозможно, существуют способы его преодоления. Прежде чем перейти к любому из них, убедитесь, что окрашиваемые детали надёжно заземлены. Ниже приведены несколько вариантов тактики и советов, которые помогут вам лучше покрывать внутренние углы, углубления у деталей с нестандартной геометрией:
- Преодоление эффекта клетки Фарадея:
-
- Используйте щелевой наконечник для концентрации распыления порошковой краски.
- Направляйте порошок в углубления.
- Увеличьте скорость подачи порошка. Если из пистолета поступает недостаточно порошковой краски, её попадание в труднодоступные места будет затруднено. Правильное рассеивание порошковой краски в воздухе создает мягкое и устойчивое облако. При необходимости отрегулируйте подачу и увеличьте её расход в единицу времени.
- Максимально увеличьте расстояние от пистолета до детали.
Издержки: чрезмерный расход порошковой краски. Более высокая, чем необходимо, и неравномерная толщина плёнки покрытия.
- Точная настройка параметров пистолета:
-
- Используйте щелевой наконечник для концентрации распыления.
- Уменьшите скорость потока порошка в пистолете.
- Снизьте напряжение пистолета до 40-60 кВ.
- Уменьшите силу тока. Снижение силы тока до 20 микроампер или менее позволит сконцентрировать заряд в центре облака порошковой краски.
- Поддерживайте расстояние от пистолета до детали 20-30 см.
Издержки: Эти настройки пистолета могут обусловить более длительное время нанесения порошковой краски.
- Изменение техники распыления для предотвращения эффекта клетки Фарадея:
-
- «Тонко» нанесите порошок сначала в углы, щели и углубления геометрически сложных деталей, оставив поверхности, которые легко покрыть, для последующих проходов.
- Распыляйте порошок в углы и углубления детали под тупыми углами. Это позволит
-
-
- Уменьшить турбулентность воздуха.
- Обеспечить более глубокое проникновение.
- Минимизировать раннюю обратную ионизацию.
- Использовать больше силовых линий.
-
Не забудьте вернуть настройки окрасочного оборудования к нормальным значениям после нанесения порошковой краски в труднодоступные места.
| Возможные причины плохого перекрытия труднодоступных участков детали | Коррекция, тестирование, процедуры |
|---|---|
| Слишком высокая подача дополнительного воздуха; повышенная подача воздуха на трибопистолет | Изменение давления воздуха |
| Слишком высокая скорость воздуха | Регулировка подачи воздуха |
| Слишком высокий расход порошка | Регулировка подачи порошка |
| Недостаточный расход порошка | Регулировка подачи порошка |
| Неправильное нанесение, неподходящая форсунка | Использование плоской распылительной форсунки или дефлектора; регулировка форсунки |
| Недостаточный заряд порошковой краски, неисправный пистолет | Регулировка напряжения (увеличение, тестирование). Обращение к производителю оборудования |
| Слишком высокое напряжение | Регулировка/уменьшение напряжения |
| Эффект клетки Фарадея из-за электрического поля | Использование трибостатического оборудования; уменьшение напряжения |
| Недостаточное заземление | Использование чистых крючков, проверка сопротивления подвески |
| Слишком широкое распыление порошка | Использование другой форсунки или дефлектора пистолета |
| Неподходящий гранулометрический состав порошковой краски | Оптимизация путем тестирования. Обратитесь к производителю порошка |
| Расстояние от пистолета до детали слишком большое или слишком маленькое | Увеличьте или уменьшите расстояние |
Следует наносить порошковую краску на всю поверхность детали ровными, механическими и равномерными движениями. Обязательно обработайте также и ранее покрытые участки. Нанесенное порошковое покрытие обеспечит изоляцию, помогая контролировать чрезмерное образование плёнки.
Иногда предварительный нагрев детали позволяет порошку быстрее прилипнуть к подложке. Это увеличивает общую толщину плёнки и улучшает сцепление порошка с внутренними углами. Это не идеально, поскольку тепло притягивает порошок как магнит, и в результате может получиться слишком толстое покрытие.
Инновационные решения проблемы «клетки Фарадея»
Поскольку проблемы, связанные с эффектом клетки Фарадея, продолжают стимулировать развитие технологии нанесения порошковых красок, появились значительные инновации для решения этой сложной задачи. Они охватывают широкий спектр разработок, от новых конструкций оборудования до использования передовых материалов и методов.
Двухкомпонентная порошковая краска?
В ответ на присущие традиционным процессам порошкового нанесения покрытий ограничения, связанные с эффектом клетки Фарадея, Кевин Дж. Киттл представил новаторскую концепцию в виде соответствующего патента на двухкомпонентную порошковую краску, предназначенную для окраски сложных геометрических деталей с эффектом «клетки Фарадея». Идеи, лежащие в основе его патента:
Порошковая краска для борьбы с Фарадеем по Кевину Дж. Киттлу — это не однородный порошок, а физическая смесь двух разных порошковых составов (компонентов A и B).
Эти два компонента должны находиться далеко друг от друга в трибоэлектрическом ряду. При трении они приобретут максимально разные заряды:
При распылении краски частицы двух компонентов трутся друг о друга. В результате частицы компонента A заряжаются положительно, а частицы компонента B — отрицательно. Например:
|
Компоненты краски |
Пример смолы |
Особенность материала |
|
Первый компонент (склонен заряжаться отрицательно) |
Полиэфиры на основе ТМТ (тримеллитового ангидрида) |
Кислотные полиэфиры, которые в трибоэлектрическом ряду находятся ближе к «отрицательному» полюсу. |
|
Второй компонент (склонен заряжаться положительно) |
Эпоксидные смолы или полиэфиры на основе ГПТ |
Материалы, которые в ряду находятся ближе к «положительному» полюсу. |
Проникновение в клетку Фарадея: разноименно заряженные частицы начинают притягиваться друг к другу. Это создаёт дополнительное движение и проталкивает облако краски в труднодоступные зоны, куда не добирается внешнее электрическое поле от пистолета.
В результате маляр порошковой окраски должен получить:
- Равномерное покрытие: детали сложной формы (автомобильные диски, радиаторные решетки, внутренности микроволновок или холодильников) окрашиваются равномерно, без непрокрасов в углублениях.
- Экономию материала: чтобы прокрасить глубокую выемку, не нужно наносить чрезмерно толстый слой краски на всю деталь.
- Совместимость с существующим оборудованием: эту краску можно наносить стандартным корона-пистолетом — переоснащение цеха не требуется.
Объективности ради надо признать, что возраст этого патента тов. Кевина Дж. Киттла вступает в период юбилеев. Но примеров его использования на практике никто пока привести не смог. Возможно, нам ещё предстоит увидеть воплощение в жизнь других идей неистового Кевина.
По материалам зарубежной печати
Выпуск подготовил
Болдырев Андрей Анатольевич