/
Text
I
ЛИСТЕРСТВО ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СССР
1АУЧИО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНОЛОГИИ
" АКОКРАСОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ
1ИИТЛГГ)
ОКРАСКА ИЗДЕЛИЙ
3
ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ
ПОД РЕДАКЦИЕЙ
Е. Н. Владычиной и М. М. Гольдберга
ИЗДАТЕЛЬСТВО «ХИМИЯ
Москва 1966
УДК 66.099.6.087.065
М61
В сборнике освещаются вопросы окраски промыш-
ленных изделий в электрическом поле высокого напря-
жении. Приводятся необходимые сведения об электри-
ческих свойствах лакокрасочных материалов. Описыва-
ются новейшее оборудование и аппаратура, используе-
мые на электроокрасочных установках. Приводятся дан-
ные об экономической эффективности метода окраски
изделий в электрическом поле. Рассматриваются вопро-
сы организации труда и техники безопасности при про-
ведении работ по окраске изделий в электрическом поле.
Сборник предназначается дли инженерно-техничес-
ких работников промышленности, транспорта и других
отраслей народного хозяйства., использующих электро-
окрасочные установки. Он будет также полезен работ-
никам проектных организаций, занимающихся механи-
зацией и автоматизацией окрасочных производств.
ОКРАСКА ИЗДЕЛИЙ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ
Издательство «Химия», М., 1966 г.
224 с.
Редактор С. М. Беленькая
i Техн, редактор Л. А. Пантелеева
Художник Г. А. Петров
Корректоры Л. Е. Ерике ина, И. А. Платов
Т 10026 Подписано к печати 15/VII 1966 г»
Формат бумаги 60X901/16=14 печ. л.—7 бум. л.
Уч.-изд. л. 12,94 Тираж 5700 экз. Цена 80 Коп*
Зак. 1348 Темплан 1966, № 109, типогр. бум. № 2.
кн. торг. инд. 3—14—-2.
Московская типография № 21 Главполиграфпрома
.Комитета по печати при Совете Министров СССР
Москва, 88. Угрешская, 12.
Содержание
Предисловие ............................................. 5
Левитов В. И. Электронно-йонная технология и процессы
электроокраски ....................................... 7
Моисеев Е. В. Основные электрофизические процессы, про-
исходящие при электроркраске......................... 12
Волков В. И., Палкин Л. Н., Горюнов Ю. Д. Применение
теории подобия к исследованию траектории движения
заряженных частиц лакокрасочного материала в электри-
ческом поле.............................................. 24
Губенский В. А., Фукс Н. А. Определение размеров и заря-
дов отдельных частиц при электростатическом распыле-
нии жидких систем ................................... 35
Губенский В. А,, Кузьмичева 3. Н., Егорова Т. Е. Факторы,
влияющие на траекторию движения заряженных частиц
и факел распыления............................... 59
Виснапуу Л. Ю., Рейнет Д. Ю. Изучение возможности ис-
пользования пневматических распылителей для элек-
трической зарядки распиливаемых жидкостей. ... 71
Стехин П. С. Действие поперечного магнитного поля на
заряженные частицы краски............................ 80
Стехин П. С. Влияние дополнительного электрода на ре-
жим электроокраски .................................. 87
Фрейдин М. М. Окраска поверхностей с диэлектрическими
свойствами в электрическом поле...................... 89
Владычина Е. И., Серебряников С. Н., Шелехина А. Л.,
Степанова М. И. Электрические свойства лакокрасочных
материалов и оптимальные режимы их распыления
в электрическом поле................................... 106
Казарновский С. Н. Опыт окраски вагонов в электрическом
поле на заводах МПС................................. 138
Алексеев С. Н., Розенталь Н. К. Нанесение в электрическом
поле защитных покрытий иа арматурные каркасы изде-
лий из ячеистых бетонов............................. 158
Кожущенко Б. А. Электроокрасочная аппаратура, разра-
ботанная в НИИ технологии лакокрасочных покрытий 163
Бескоровайный В. Г., Казарновский С. Н. Импульсный до-
затор краски........................................ 179
Холоденко Э. Б., Розно Л. И. Электроокрасочная аппа-
ратура Горьковского автомобильного завода .... 187
3
Калганов А. Ф., Корзенников Ю. А., Пацевич В. В. Элек-
тростатические генераторы в качестве высоковольтных
источников питания для электроокрасочных установок 195
Гельруд И. Я-, Кутаков Ю. Я- Окраска деталей ручным
электрораспылителем................................ 200
Цеслюк А. П., Казарновский С. Н. Установка УЭРЦ-1 для
ручной окраски изделий в электрическом поле .... 203
Другомилов В. Е. Лабораторные испытания емкостного
электростатического генератора марки ГЕЭС-1. . . . 209
Ветухновский 3. Б. Экономическая эффективность приме-
нения метода электроокраски ...................... 213
Боярчук И. Ф., Гурвиц Б И., Тюрин М. С., Чернев-
ская И. Э., Чукленкова Г. П. Гигиена труда при меха-
низированной окраске и сушке грузовых вагонов. 218
ПРЕДИСЛОВИЕ
Метод окраски в электрическом поле высокого напряжения
(метод электроокраски) за сравнительно короткое время получил
в нашей стране большое распространение. С его помощью уда-
лось решить проблему экономичной окраски таких изделий мас-
сового производства, как холодильники, стиральные машины,
электродвигатели, детали и кузова автомобилей, детали вело-
сипедов, головки швейных машин, корпуса будильников й др.
Благодаря тому, что вся распыленная краска достигает за-
земленного изделия, резко сокращаются ее потери, составляющие
при обычном пневматическом способе окраски 40—70%. При
окраске в электрическом поле потери краски не превышают
5—10%.
В настоящее время этот метод применяется даже для окраски
таких крупных объектов, как железнодорожные вагоны.
Он широко используется для окраски не только металличе-
ских, но и деревянных изделий. В частности, этим методом окра-
шивают дверные и оконные блоки, древесно-волокнистые плиты,
стулья, музыкальные инструменты, игрушки и т. д.
В результате внедрения метода электроокраски полностью авто-
матизируется процесс окраски, повышается культура производства,
улучшаются санитарно-гигиенические условия труда в окрасочных
цехах. При этом методе не образуется туман краски, который нужно
удалять, и поэтому затраты на электроэнергию в этом случае
значительно меньше, чем в установках той же производитель-
ности, работающих с пневматическими распылителями. Потреб-
ление тока электроокрасочными установками крайне незначи-
тельное.
Вместе с тем процесс электроокраски выдвигает специфиче-
ские требования к лакокрасочным материалам. Хорошо распы-
ляются в электрическом поле лишь материалы с определенным
удельным объемным сопротивлением (р„) и диэлектрической про-
ницаемостью (е). Не все серийно выпускаемые лакокрасочные
материалы имеют оптимальные значения р„ и е, и поэтому часто
требуется применять специальные растворители для разведения
лакокрасочных материалов до рабочей вязкости.
5
Дальнейшее развитие этого метода в Советском Союзе помимо
организационных мероприятий требует проведения научно-ис-
следовательских и опытно-конструкторских работ в следующих
направлениях:
1) Продолжение разработки оптимальных составов и режимов
распыления лакокрасочных материалов различных групп, в част-
ности перхлорвиниловых и других быстро высыхающих мате-
риалов, водоразбавляемых красок и эмалей, эмалей, содержа-
щих отвердители, металлические пигменты.
2) Отработка режимов окраски неметаллических материалов,
например стеклопластиков, и др.
3) Конструирование эффективно действующей, экономичной
аппаратуры—распылителей (пневмоэлектрических, безвоздуш-
ного распыления с электрической зарядкой частиц лакокрасоч-
ного материала, с подогревом лакокрасочных материалов), элект-
рических генераторов, искропредупреждающего устройства и др.
4) Разработка производственных методов контроля парамет-
ров работы установок для электроокраски и их автоматического
регулирования.
5) Расширение теоретических исследований процесса распыле-
ния и зарядки частиц краски в электрическом поле, установление
зависимостей степени дисперсности и величины зарядов частиц от
физических свойств лакокрасочных материалов и параметров
электрического поля.
Должны продолжаться также работы по изучению и оценке
экономичности работы установок для электроокраски, технике
безопасности и охране труда.
Все эти вопросы явились предметом научно-технического со-
вещания, организованного в Москве в ноябре 1964 г. Государ-
ственным комитетом химической промышленности при Госплане
СССР, ВДНХ СССР и Научно-исследовательским институтом
технологии лакокрасочных покрытий (НИИТЛП).
В настоящий сборник включены преимущественно материалы
этого совещания, дополненные некоторыми более поздними ра-
ботами.
Мы выражаем надежду, что настоящий сборник будет полезен
специалистам, интересующимся вопросом окраски изделий в
электрическом поле высокого напряжения.
Е. Н. Владычина
М. М. Гольдберг
ЭЛЕКТРОН НО-ИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
И ПРОЦЕССЫ ЭЛЕКТРООКРАСКИ
В. И. Левитов
Энергетический институт
им. Г. М. Кржижановского
Наряду со сложившимися и широко распространенными -ви-
дами «электротехнологии» (электротермия, электрохимия и др.)
за последние годы в различных областях промышленного про-
изводства все большее значение начинает приобретать исполь-
зование сильных электрических полей, ранее применявшихся
только для очистки газов от вредных примесей.
Новое направление электротехнологии названо электронно-
ионной технологией. Эта технология основана на использовании
силового взаимодействия электрических полей и электрических
зарядов, переносимых материалом, а также на использовании
особенностей движения электризованных материалов в электри-
ческом поле с целью придания им различных форм упорядочен-
ного движения, необходимого для получения готового продукта.
Движение заряженных частиц материала в электрическом
поле определяется законами движения в нем электрических за-
рядов и в этом смысле подобно движению электронов и ионов в
электронных и ионных приборах (отсюда и название электронно-
ионная технология).
Силовое проявление электрического поля было известно
еще с давних времен (притяжение натертым янтарем легких пред-
метов). Тем не менее можно говорить об электронно-ионной тех-
нологии как о новом направлении использования электрической
энергии в технологических процессах, так как до самого послед-
него времени силовое воздействие электрического поля на части-
цы материала при осуществлении различных технологических
процессов не использовалось соответственно его потенциальным
возможностям.
Все более расширяющееся практическое применение электрон-
но-ионной технологии связано с ее преимуществами перед дру-
гими видами технологии. К ним относится прежде всего непо-
средственное воздействие электрической энергии, сосредоточен-
7
ной в электрическом поле, на обрабатываемый материал без
каких-либо промежуточных трансформаций, неизбежно сопро-
вождающихся дополнительными потерями энергии.
В природе нет таких веществ, которые тем или иным путем
не могли бы быть заряжены и в заряженном состоянии подверг-
нуты силовому воздействию электрического поля. Это положение
указывает на универсальность методов электронно-ионной тех-
нологии, и то обстоятельство, что наиболее эффективное воздей-
ствие электрических полей на материал проявляется в случае,
если последний находится в мелко раздробленном состоянии, от-
нюдь не сужает рамки ее использования, так как в промышленно-
сти огромная масса материалов используется именно в таком со-
стоянии.
Воздействие сил электрического поля осуществляется на от-
дельные частицы материала сколь угодно малых размеров. Отсю-
да следует необходимость и обусловленность непрерывности и
поточности процессов электронно-ионной технологии, принци-
пиальная возможность самого тонкого управления и регулиро-
вания потоками заряженных частиц материала подобно тому,
как это происходит в электронных и ионных приборах с потоками
электронов и ионов.
Рассмотренные выше особенности электронно-ионной техноло-
гии открывают возможность обеспечения высшего класса точности
при регулировании процессов. В качестве простейшего примера
можно указать на получение тончайших однородных пленок с
толщиной, определяемой микронами.
Таким образом, применение электронно-ионной технологии
способствует интенсификации многих производственных про-
цессов при обеспечении поточности и высокой степени их авто-
матизации.
Силовое воздействие электрического поля на частицы мате-
риала может реализоваться в различных формах с разным ко-
нечным результатом. Так, частицы некоторых веществ при поме-
щении их в электрическое поле поляризуются; если они имеют
продолговатую форму, то ориентируются по силовым линиям по-
ля. Жидкие частицы деформируются, приобретают продолго-
ватую форму и также ориентируются по силовым линиям. Это
свойство ориентации частиц может быть с успехом использовано
для решения многих технических задач, например получения
текстильных материалов, сырьем для которых служат натураль-
ные или искусственные волокна.
В общем случае использование ориентирующих сил электри-
ческого поля следует рассматривать как один из эффективных
путей решения задачи создания в пространстве упорядоченного
расположения частиц, обусловленного их геометрической фор-
мой, или некоторыми физическими параметрами (например,
для материалов с постоянной поляризацией). Этот путь
8
может служить основой для получения материалов с анизотроп-
ными свойствами.
В неоднородных электрических полях, когда диэлектри-
ческие свойства частиц и окружающей среды различны, появля-
ются силы, приводящие кроме ориентации к возникновению дви-
жения частиц в определенном направлении. Следствием этого
может явиться выделение частиц из окружающей среды или от-
деление их в пространстве друг от друга (один из способов элект-
рической сепарации материалов).
При сообщении частицам избыточных зарядов они независи-
мо от их физических свойств будут двигаться в электрическом
поле по направлению к электродам, имеющим заряд, противо-
положный заряду частиц. Таким образом, возможно выделение
частиц из несущей их среды,как, например, в случае электрогазо-
очистки.
При электроокраске частицы, движущиеся в электрическом
поле, достигают электродов и осаждаются на них в виде слоя,
образуя монолитную пленку. В случае одинаковой полярности
зарядов всех частиц они, отталкиваясь друг от друга, будут стре-
миться равномерно расположиться в пространстве. Это обеспечит
однородность осажденного слоя, т. е. однородность покрытия.
При использовании осадительных электродов определенной
конфигурации, если предотвратить сцепление осаждаемого ма-
териала с электродом (путем предварительного нанесения проме-
жуточного слоя) можно осуществить процесс электроформования
изделий и материалов. Наиболее просто организовать таким
путем производство пленочных и рулонных материалов или из-
делий плоской формы (типа облицовочных плиток), так как при
этом осаждение должно происходить на плоскость. Для электро-
формования изделий более сложной формы необходимо создать
электрические поля соответствующей конфигурации и разрабо-
тать методы и средства управления (например, фокусировки)
потоками заряженных частиц. Это необходимо также при электро-
окраске изделий сложной формы.
Используя силы электрического поля, в определенных усло-
виях можно добиться не только упорядоченного движения частиц,
но также и неподвижного расположения в пространстве частиц
во взвешенном состоянии; в этом состоянии частицы могут быть
подвергнуты какому-либо виду обработки. В качестве примера
можно указать на обработку частиц тепловым полем для выплавки
сверхчистых металлов при отсутствии соприкосновения сырья
со стенками аппаратов. Тот же принцип используется в послед-
нее время в инерционных электрических датчиках гироскопов и
других подобных приборах.
При сообщении разнородным частицам материала зарядов
разного знака принципиально возможно однородное смешение
компонентов в‘сухом виде. Процесс смешения (и особенно одно-
родного) играет огромную роль в ряде отраслей промышленности,
например при производстве строительных материалов, где го-
довой объем получаемых смесей достигает сотен миллионов
тонн.
Несмотря на широкое разнообразие областей применения
процессов, объединяемых под названием электронно-ионной тех-
нологии, основой их служат три общих элемента:
а) зарядка частиц;
б) движение частиц заряженного материала в электрическом
поле;
в) формование изделия или получение готового продукта
(очищенного материала, однородной смеси, защитного или деко-
ративного покрытия и т. п.).
Из общности основных элементов процессов вытекает соот-
ветственно и общность научно-исследовательских задач, которые
в значительной своей части должны относиться ко всем областям
применения электронно-ионной технологии. Так, при разработке
процесса электроокраски должны учитываться и использоваться
результаты научных работ по изучению электрогазоочистки и
электросепарации и наоборот. Это же относится и к другим об-
ластям применения электронно-ионной технологии. Поэтому при
проведении научных исследований в области электропокрытий
и, в частности, электроокраски нужно исходить из общих пози-
ций нового научного направления (электронно-ионной техноло-
гии) с учетом особенностей того или иного процесса. В каждом
отдельном случае необходимо принимать во внимание физическое
состояние материала (твердое или жидкое) и его физико-хими-
ческие свойства.
Успешное развитие процесса электроокраски, так же как
и других областей электронно-ионной технологии, требует на-
ряду с разработкой и созданием технологического оборудова-
ния решения многих научно-технических задач, к числу которых
относятся:
1. Исследование, расчет и моделирование сложных электри-
ческих полей с объемными зарядами и разработка методов регу-
лирования электрических полей.
2. Изучение условий зарядки грубо- и мелкодисперсных
аэрозолей с различными физическими свойствами.
3. Изучение законов движения потоков униполярно и бипо-
лярно заряженных частиц в электрических полях и методов управ-
ления их движением.
4. Исследование особенностей и свойств электрического раз-
ряда, в частности коронного; возможностей (путей и средств)
интенсификации Электрических разрядов, в том числе коронного,
применительно к промышленным аппаратам.
5. Изыскание и изучение новых форм воздействия электриче-
ского поля на материальные частицы.
10
6. Исследование процессов, сопровождающихся одновремен-
ным воздействием на материальные частицы электрических, теп-
ловых и магнитных полей, а также полей скоростей и силы тя-
жести.
7. Изучение особенностей поведения жидкостей в сильных
электрических полях, в том числе условий сепарации жидких,
твердых и газовых фаз; условий распыления жидкостей, дефор-
мации их капель и т. п.
8. Подробное изучение физико-химических свойств суще-
ствующих материалов и изыскание новых материалов со свой-
ствами, обеспечивающими наиболее эффективное использование
электронно-ионной технологии.
9. Разработка и создание источников питания, обладающих
достаточной надежностью и экономичностью, характеризующих-
ся простотой и эффективностью регулировки и управления и
обеспечивающих безопасность обслуживания. К таким источни-
кам следует отнести в первую очередь электростатические гене-
раторы.
Решение перечисленных выше задач наряду с разработкой
технологического оборудования необходимо для широкого внед-
рения уже известных процессов, а также создания новых высоко-
эффективных процессов, основанных на использовании сильных
электрических полей.
ОСНОВНЫЕ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ,
ПРОИСХОДЯЩИЕ ПРИ ЭЛЕКТРООКРАСКЕ
Е. В. Моисеев
При электроокраске используются сильные электрические
поля для перемещения и нанесения лакокрасочного материала
на' изделие.
Метод электроокраски пока еще не является совершенным,
и поэтому изучение теории протекающих процессов имеет большое
значение для улучшения и совершенствования технологии на-
несения лакокрасочных покрытий.
Прежде чем перейти к рассмотрению процессов, происходя-
щих при окраске в электрическом поле высокого напряжения,
напомним его характеристики1. Электрическое поле образуется
Рис. 1. Электрическое поле между
двумя заряженными телами:
А и В—заряженные тела; F—сила, действую-
щая на единичный заряд Q.
вокруг электрических зарядов
и обнаруживается в простран-
стве в виде электрических сил,
действующих на заряды, вне-
сенные в это поле (рис. 1):
F = EQ
где F—сила, действующая на
заряженную частицу;
Е—напряженность поля в
данной точке;
Q—заряд частицы.
Электрическое поле в каж-
дой точке характеризуется
напряженностью.
Напряженность электрического поля (по величине и направ-
лению) определяется силой, которая действует в данной точке
поля на единицу положительного электричества; напряженность
убывает обратно пропорционально квадрату расстояния от за-
ряда
Е =
Q
е г2
12
где s—диэлектрическая проницаемость среды;
г—расстояние от заряда.
Напряженность поля, вокруг заряженного изделия неодина-
кова и имеет наибольшее значение около выступающих острых
участков поверхности изделия (рис. 2).
Если в этих местах напряженность поля достигает 30 кв!см,
возникает коронный разряд, при котором электрический заряд
будет стекать в воздух, заряжая его молекулы и образуя ионы2.
Рис. 2. Схема, иллюстрирующая
увеличение напряженности поля
около острого выступа заряжен-
ного тела А. А и В—заряженные
тела.
Рис. 3. Провод, окру-
женный металлическим
электродом:
1—коронирующий провод; 2—
электрод; г- радиус короннру-
ющего провода; Я—радиус
электрода.
Напряжение, которое необходимо приложить к электроду
для возникновения коронного разряда, называется начальным
напряжением возникновения коронного разряда.
Начальное напряжение, соответствующее возникновению ко-
ронного разряда, для провода, окруженного металлическим
электродом (рис. 3), равно:
,, Qi / 1 , 0,308 \ . R
t7K=31p 1 + —=) г In —
\ У pr I г
где UK—напряжение при появлении коронного разряда;
р—относительная плотность воздуха (равная единице при
давлении 760 мм рт. ст..)-,
г—радиус коронирующего провода;
R—радиус окружающего металлического электрода.
Связь между напряжением и током, возникающим при ко-
ронном разряде (вольт-амперная характеристика), для случая
«провод против плоскости» выражается следующей формулой:
/= и
13
где I—ток коронного разряда;
К—подвижность ионов;
Н—расстояние от провода до плоскости;
UK—начальное напряжение коронного разряда;
U—приложенное напряжение.
Исследование процесса электроокраски и изучение его теории
связано с рядом трудностей, например:
1) сложностью поведения лакокрасочного материала в элект-
рическом поле, в связи с тем, что материал представляет собой
многокомпонентною систему, состоящую из пленкообразователя,
растворителя, пигмента, наполнителя, пластификатора и т. д.;
2) отсутствием во многих случаях возможности выразить ма-
тематически законы распределения электрического поля между
заряжающим устройством и изделием при наличии заряженных
частиц в факеле;
3) недостаточной изученностью законов коронного разряда3.
При окраске в электрическом поле можно выделить следующие
основные электрофизические процессы: зарядка лакокрасочного
материала, его распыление, образование факела, движение ка-
пель к изделию и осаждение лакокрасочного материала на из-
делии.
Зарядка лакокрасочного материала. Существующие процессы
электроокраски различаются в первую очередь способом зарядки
материала, и связанной с этим величиной заряда капли; заряд
капли в свою очередь влияет на протекание всех остальных про-
цессов электроокраски. Для улучшения процесса желательно,
чтобы заряд капли был максимальным.
Из возможных способов зарядки материала при электро-
окраске применяют пока только два: ионную зарядку и контакт-
ную зарядку.
Ионная зарядка. При этом методе электроокраски
применяется коронирующая сетка, вокруг которой образуются
ионы газов воздуха; лакокрасочный материал распыляется пи-
столетом в воздушное пространство между сеткой и изделием.
Зарядка происходит в результате осаждения ионов на капли лако-
красочного материала, взвешенные в воздухе и находящиеся в
электрическом поле. Ионы осаждаются на капли лакокра-
сочного материала вследствие своего теплового и направлен-
ного движения в электрическом поле.
Максимально возможный заряд, полученный при этом каплей,
равен:
QMaKc.-(l+2^=4)w
где Смаке.—заряд капли;
s—диэлектрическая проницаемость лакокрасочного ма-
териала;
14
Е—напряженность поля в данной точке;
7?—радиус капли.
Этот метод зарядки капель в настоящее время имеет ограни-
ченное применение; он уступает контактному способу зарядки,
при котором можно получить заряд капли значительно большей
величины.
Контактная зарядка материала происхо-
дит в щелевых, чашечных, грибковых и дисковых распылителях
при контакте лакокрасочного материала с острой кромкой заря-
жающего устройства, присоединенного к источнику высокого
напряжения. Затем под действием электрического поля заряжен-
ный материал отрывается от поверхности кромки.
Процесс контактной зарядки можно схематически пред-
ставить следующим образом (рис. 4). На поверхности электрода
(рис. 4,а) при подключении высокого напряжения появляется
поверхностный заряд плотностью а. Если электрод покрыть слоем
лакокрасочного материала, то этот заряд перейдет на поверхность
материала (рис. 4,6), так как в этих условиях он является про-
водником электричества. Под влиянием сил электрического поля
заряженный лакокрасочный материал начнет «вытягиваться»
а—подключение высокого напряжения; б—переход заряда на поверхность лакокрасочного ма-
териала; в—вытягивание заряженного материала под влиянием электрического поля; г—отрыв
заряженной капли от электрода.
с поверхности по направлению к изделию (рис. 4,в); образующая-
ся капля в конце концов оторвется и унесет на своей поверхно-
сти полученный ею заряд.
Напряженность поля Е и поверхностная плотность заряда а
увеличиваются около острых кромок и поэтому для зарядки ма-
териала выбирают электрод вытянутой формы (рис. 4,г), кото-
15
рый обеспечивает получение заряда большой величины. Все рас-
пылители—чашечные, дисковые, лотковые, щелевые—должны
иметь острые кромки.
При большой напряженности поля около острой кромки элект-
рода появляется коронный разряд (принципиально он не является
необходимым для контактной зарядки лакокрасочного материала).
Величина заряда капли при контактной зарядке выражается
уравнением:
Hn2A
(1)
где Q—величина заряда капли;
7?—радиус капли;
U—напряжение источника питания;
г—радиус острой кромки распылителя;
Н—расстояние от распылителя до изделия;
А—расчетная постоянная;
е—диэлектрическая проницаемость лакокрасочного мате-
риала;
р0—удельное объемное сопротивление лакокрасочное мате-
риала;
UK—начальное напряжение, соответствующее появлению ко-
ронного разряда на распылителе.
Из этой формулы видно влияние параметров установки (Я,
г, UK), технологического режима (Я) и свойств материала (s, р0)
на величину заряда капли.
Величина заряда возрастает при увеличении приложенного
напряжения и уменьшается при увеличении Н, г, г, рр. Формула
для определения величины заряда является приближенной;
более точные расчеты показывают, что заряд уменьшается также
с увеличением подачи лакокрасочного материала и величины
частиц пигмента4.
Влияние удельного объемного сопротивления лакокрасоч-
ного материала на относительную величину заряда частицы пока-
зано на рис. 5 [подсчет произведен для средних значений парамет-
ров установки по формуле (1)1, из которого видно, что нижнего
предела ра для зарядки не существует и заряд мало изменяется до
значения ро= 108 ом-см.
При низком сопротивлении материала необходимо учитывать
утечки тока (вследствие проводимости материала) в подающих
трубопроводах, что и может служить ограничением нижнего
предела р0.
При превышении значения ро=108 ом-см величина заряда рез-
ко снижается; это соответствует и экспериментальным данным.
Однако при значениях ро=1010—1012 ом-см начинает увеличивать-
ся электропроводность материала в сильных полях и поэтому ве-
16
личина заряда капли не снижается до нуля 1по формуле (1)1;
это учтено в работе4.
По расчетным и экспериментальным данным, при контактной
зарядке лакокрасочного материала величина заряда частицы в
10-—30 раз больше, чем при ионной, поэтому в промышленности
получили применение чашечные, лотковые, щелевые и дисковые
распылители.
Рис. 5. Зависимость величины заряда Q капли
от^величины удельного объемного сопротивления
материала pD.
Распыление лакокрасочного материала, т. е. разрыв его элект-
рическими силами на мелкие капли происходит вслед-
ствие отталкивания одноименных зарядов на поверхности капли,
ih также деформации капли в электрическом поле.
\ Капля, попавшая в электрическое поле даже при отсутствии
на ней заряда, деформируется и вытягивается вдоль линий на-
пряженности поля.
Противодействующими силами являются силы поверхностного
натяжения или прочности полимеров.
Расчет наибольшего радиуса капли, которая может суще-
ствовать в электрическом поле без разрыва, произведен на осно-
вании рассмотрения сил, разрывающих каплю, и сил поверхно-
стного натяжения материала5:
где а—поверхностное натяжение материала;
а—поверхностная плотность зарядов на капле;
s—диэлектрическая проницаемость;
Е2—напряженность поля в данной точке;
Л2 и А3—расчетные постоянные.
Если радиус капли больше 7?макс , она разорвется на более
мелкие капли.
2-1348
17
Хорошее распыление материала с образованием мелких ка-
пель имеет большое значение при проведении процесса электро-
окраски. Большое поверхностное натяжение лакокрасочного ма-
териала и малая величина заряда указывают на плохие характе-
ристики материала с точки зрения распыления. В этом случае
применяют вращающиеся распылители, где распыление происхо-
дит не только в результате воздействия сил электрического поля,
но одновременно и механических сил. В щелевых распылителях
распыление происходит только в результате воздействия электри-
ческого поля и поэтому лакокрасочные материалы, применяемые
для распыления, должны иметь очень хорошие характеристики6.
Образование факела распыленного лакокрасочного материала
происходит вследствие взаимного отталкивания одноименно за-
ряженных капель силами электрического поля.
Рис. 6. Схема образования факела:
Р—угол факела; —радиус факела в данном сечении
Угол между образующими факела (рис. 6) можно подсчитать
по формуле (3). Эта формула получена при рассмотрении про-
цесса отталкивания крайних капель объемным зарядом факела:
<3>
где р—угол факела;
А—расчетная постоянная;
г;—вязкость воздуха;
/?.—радиус капли;
i—ток факела (за счет коронного разряда и переноса заряда
каплями);
7?Ф—радиус факела в данном сечении;
Е—напряженность поля в данном сечении факела;
Q—заряд капли.
Как видно из формулы (3), чем больше заряд частицы и чем
больше напряженность электрического поля, тем с большей
скоростью она летит к изделию и тем меньше угол факела. Около
распыляющей чаши угол факела больше, чем около изделия.
18
Если в эту формулу подставить значения входящих в нее ве-
личин, то можно определить, как влияют параметры установки
и свойства материала на образование факела.
При рассмотрении влияния только свойств материала фор-
мула (3) принимает вид7:
= Л2ер^] (4)
где и К2—расчетные постоянные, зависящие от параметров
установки.
С некоторым приближением для материалов с р„<108 ом-см
можно написать:
= (5)
Экспериментальные данные подтверждают эту зависимость,
показывающую, что основными свойствами материала, влия-
ющими на образование факела, являются величины диэлек-
трической проницаемости и поверхностного натяжения ма-
териала.
Движение заряженной капли к изделию происходит под дей-
ствием силы электрического поля, воздействующего на заряд
капли:
F = EQ
где Е—напряженность поля;
Q—заряд капли.
Математически описать траекторию движения частицы во
многих случаях затруднительно. Траектория движения заряжен-
ной капли довольно сложна; при расчете необходимо учитывать
вектор начальной скорости, полученной частицей на острой кром-
ке распылителя, сопротивление воздуха (по закону Стокса),
напряженность электрического поля Е, форму силовых линий
поля, размеры частицы, ее массу и другие параметры.
Осаждение материала на поверхности изделия сопровождается
растеканием капли, стеканием с нее электрического заряда и пе-
реходом его на изделие (а затем на землю).
Физические явления, сопровождающие осаждение заряжен-
ных частиц лакокрасочного материала на изделие, оказывают
существенное влияние на весь процесс электроокраски.
В результате накопления зарядов на поверхности осажденно-
го слоя лакокрасочного материала процесс электроокраски мо-
жет замедлиться или совсем прекратиться. Эти же заряды могут
вызывать пробой ранее нанесенных слоев материала (при много-
слойной окраске) или ухудшить растекание материала по поверх-
ности изделия.
2*
19
Слой материала на изделии (особенно если он уже высушен)
оказывает значительное сопротивление стеканию заряда. Па-
дение напряжения в слое осажденного материала можно под-
считать по формуле:
.j Ск) t/8pnjI. Dp /с\
где 1/3—падение напряжения в слое материала;
А—расчетная постоянная;
U—напряжение источника питания;
UK—начальное напряжение, соответствующее появлению ко-
ронного разряда;
8—толщина пленки;
Рпл—удельное сопротивление пленки;
Dp—диаметр распылителя;
£>ф—диаметр отпечатка факела;
Н—расстояние между электродами;
г—радиус коронирующего электрода.
При нанесении многослойных покрытий напряжение может до-
стигать нескольких киловольт; в этом случае возможен пробой
электрическим зарядом пленки (из ранее нанесенных слоев). Про-
бой произойдет при условии, если напряженность поля в пленке
под влиянием потенциала U3 будет равна величине пробивной
напряженности для данной пленки:
Е ___
где £пр_—пробивная напряженность сухой пленки.
Для ведения процесса без пробоев необходимо выдерживать
следующее соотношение:
Е
Х-'Пр.
Л(Р-Рк)РрплРр
D* Н* In^L
(7)
Из формулы (7) видно, что одним из основных свойств мате-
риала, влияющим на величину пробоя, является удельное объем-
ное сопротивление сухой пленки рпл_. Таким образом, для каж-
дого материала с соответствующим рпл. можно заранее подсчитать
по формуле (7) вероятность возникновения пробоя.
При однослойной окраске р0 жидкого материала всегда мень-
ше Рпл. сухой пленки и поэтому ограничения по формуле (7) не
должны применяться.
Появление потенциала U3 на поверхности пленки связано
с образованием на ней остаточного заряда с плотностью а3.
20
Кроме этого, на поверхности пленки будет присутствовать
заряд с плотностью от электрической системы распылитель—
изделие и заряд с плотностью о2 от объемного заряда факела.
Таким образом, плотность заряда на поверхности изделия
будет равна сумме плотностей этих трех зарядов:
з = а1+о2— О3
где Oj и а3—имеют знаки, противоположные знаку заряда рас-
пылителя, а а3—знак, одноименный с ним.
Так как величина а3 связана со значением U3, то можно под-
считать ее значение по формуле:
__A(J7 t/K) (7рпл Dpe ,q.
3 9/7 '°'
4uD|№ln —
Изменение а в зависимости от удельного объемного сопротив-
ления материала для данного конкретного случая показано на
рис. 7.
Если пленка лакокрасочного материала будет иметь
Рпл.>Ю10 ом-сч, то заряд на ее поверхности получается отрица-
тельный, т. е. одноименный со знаком заряда подлетающих за-
ряженных частиц. В этом случае около поверхности изделия бу-
дут действовать силы отталкивания между подлетающими заря-
женными частицами и изделием и осаждение может прекратиться.
Рис. 7. Зависимость величины поверхностного
заряда на пленке от ее удельного объемного
сопротивления.
Необходимо учитывать рассмотренное явление пробоя плен-
ки—оно возникает также и в том случае, если рпл. велико. В по-
лучившихся при пробое порах образуется «обратная корона»,
посылающая в межэлектродное пространство положительные
ионы.
21
Встречаясь в факеле с отрицательно заряженными частицами
лакокрасочного материала, положительные ионы нейтрализуют
их заряд, что также ухудшает процесс электроокраски.
Экспериментально ухудшение процесса электроокраски из-за
высокого значения рпл_ наблюдалось при многослойном нанесе-
нии некоторых лакокрасочных материалов, а также при окраске
изделий из анодированных алюминиевых сплавов с большой
пористостью.
Появление заряда на поверхности жидкого слоя материала
оказывает влияние на растекание капель материала по по-
верхности изделия. При невысоком значении р0 силы электриче-
ского поля препятствуют растеканию жидкого материала по из-
делию, а для материалов с высоким значением р0 растекание улуч-
шается, так как силы электрического поля стремятся прижать
каплю к изделию.
Описанное явление используется при снятии натеков лако-
красочного материала с изделия. В этом случае применяют не-
коронирующие электроды, что способствует отрыву лакокрасоч-
ного материала от изделия; напряженность поля при этом со-
здают максимальную. Электроды трубчатой формы устанавливают
под изделием для того, чтобы сила тяжести и силы электрического
поля, действующие на каплю, совпадали по направлению.
В таблице приводятся характеристики свойств лакокрасоч-
ного материала, определяющие качество отдельных процессов
электроокраски.
ВЗАИМОЗАВИСИМОСТЬ СВОЙСТВ ЛАКОКРАСОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ,
ОБЕСПЕЧИВАЮЩАЯ НОРМАЛЬНОЕ ПРОВЕДЕНИЕ ОТДЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ
ЭЛЕКТРООКРАСКИ
Процесс Свойства лакокрасочного материала
диэлектрическая проницаемость s удельное объемное сопротивление р^ поверхностное натяжение а
Зарядка Низкая Низкое —
Распыление Высокая Низкое Низкое
Образование факела Высокая — Низкое
Осаждение Высокая Низкое —
Растекание капли — Высокое Низкое
Пробой — Низкое —
Из приведенной таблицы видно, что поверхностное натяже-
ние материала, а также удельное объемное сопротивление (при всех
процессах за исключением процесса растекания капли) должны
быть минимальными. Влияние диэлектрической проницаемости
более сложное, и необходимо экспериментальным путем опреде-
22
лять ее оптимальное значение. Не следует забывать, что в реаль-
ных лакокрасочных материалах е и ро обычно взаимозависимы и
при увеличении е за счет добавления полярных растворителей ро
этого материала снижается.
Практически были определены следующие оптимальные зна-
чения параметров для лакокрасочных материалов8:
ро < 5-107 ом-см и s = 3 — 7
Поскольку на процесс влияет очень много переменных пара-
метров, необходимо при электроокраске тщательно следить за
ними и поддерживать их в заданных пределах.
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Путилов К- А., Курс физики, ч. II, Физматгиз, 1963.
К а п ц о в Н. А.
С к а н а в и
Моисеев
55 (1960).
Моисеев
49 (1961).
Моисеев
52 (1962).
Моисеев
32 (1963).
Влады чина
на А. Л.
(1964); № 4 (1963); № 2 (1964).
Г.
Е.
Е.
Е.
Е.
И.,
В.,
Коронный разряд, Гостехиздат, 1947.
Физика диэлектриков, Физматгиз, 1958.
Лакокрасочные
материалы
их
применение,
5,
В.,
В.,
В.,
Лакокрасочные
Лакокрасочные
Лакокрасочные
материалы
материалы
материалы
их
их
их
применение,
применение,
применение,
1,
3,
6,
Е. . г . _ г___________ _. ..., _____________
и др., Лакокрасочные материалы и их применение, № 3
EL, С е р е б р
С.
Н., Шел
и-
я н н и к о
и
и
и
и
в
№
№
№
№
е х
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ ПОДОБИЯ К ИССЛЕДОВАНИЮ
ТРАЕКТОРИИ ДВИЖЕНИЯ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ
ЛАКОКРАСОЧНОГО МАТЕРИАЛА
В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ
Волков В. Н., Палкин Л.ТН., Горюнов Ю. Д.
(Ивановский энергетический институт
им. В. И. Ленина; НИИТЛП)
Сложные процессы, происходящие при окраске изделий
в электрическом поле, можно описать математическими уравне-
ниями, однако, как правило, решать эти уравнения обычными
аналитическими средствами не удается. В лучшем случае можно
решить простейшие задачи и использовать полученные резуль-
таты для описания реальных процессов в электрическом поле
в качестве приближенных оценок. Именно этим объясняется,
что теория процесса окраски в электрическом поле еще недоста-
точно разработана. Можно полагать, что при изучении теории
электроокраски целесообразно в качестве метода исследования
использовать теорию подобия. Зачастую уравнения, не подда-
ющиеся решению аналитическим путем, сравнительно легко ре-
шаются методами моделирования и теории подобия. В качестве
примера успешного использования теории подобия можно при-
вести изучение гидродинамики турбулентного течения (как из-
вестно, вследствие сложности аналитические методы при иссле-
довании этого процесса играют очень незначительную роль).
В настоящей статье рассмотрены некоторые физические про-
цессы, наблюдаемые при окраске изделий в электрическом поле,
а именно движение частиц лакокрасочного материала в этом по-
ле, и не рассматриваются процессы распыления или зарядки час-
тиц лакокрасочного материала, а также прилипания их к по-
верхности изделия.
Движение лакокрасочного материала между электродами про-
исходит под влиянием многих факторов, при этом существенную
роль играет трение частиц краски в воздушной среде и искажа-
ющее влияние объемных зарядов частиц краски на внешнее элек-
трическое поле. На первой стадии исследования целесообразно
24
попытаться выделить те случаи, когда несущественными являются
сопротивление частиц воздуха и влияние объемных зарядов. Для
этой цели можно ввести некоторые безразмерные критерии оцен-
ки, позволяющие судить о влиянии того или иного фактора.
Критерий трения. В качестве такого критерия мож-
но принять отношение силы трения, действующей на частицу
краски, к электрической силе. По закону Стокса, FTP,—6^ri]V,
a F3nj=qE. Тогда критерий трения будет равен:
бтс г
qF
(1)
Е
ЭЛ.
где г—радиус частицы краски;
т]—вязкость воздуха;
v—скорость частицы краски;
q—ее заряд;
Е—напряженность электрического поля.
Так как нас интересует только качественная оценка отно-
шения (1), можно определить среднее значение Е по формуле
I
где —разность потенциалов на электродах;
/—расстояние между электродами.
Для определения v можно взять значение скорости частицы
(вблизи детали), предположив, что сила трения мала (этим мы
лишь завышаем значение К). Пренебрегая силой трения, согласно
закону сохранения энергии, имеем
то2 ,,
— =9^о
(2)
т. е.
n=]/2Z(70
где x=cllm есть отношение заряда к массе частицы.
Заряд частицы краски можно представить в следующем виде:
4
q = /т = /Д -g- № (d—плотность краски)
отсюда найдем
(3)
я=-Д-.—
/2 г
Силой трения всюду можно пренебречь, если
я«1
или
9______lrt _1
2" * d/ГД,*'2
(4)
(5)
25
Таким образом, трение частиц краски существенно зависит от
их размера. Величина К зависит не только от радиуса, но и от
других параметров, но влияние их менее существенно: например,
изменение величин Uo и I не происходит обычно в широких пре-
делах; х входит в формулу (4) в степени —у, и поэтому некото-
рая неточность в определении этой величины незначительно
скажется на значении К. Если допустить, что у для всех частиц
краски одинаково (что, строго говоря, не так), то можно записать,
что
* = £ (6)
где Г—ток, переносимый краской;
Q—расход краски.
Условие малого влияния силы трения можно записать в сле-
дующем виде:
(7)
Все величины, находящиеся в правой части неравенства, могут
быть легко измерены (если неизвестен ток Г, можно без большой
погрешности пользоваться величиной полного тока /).
Так, например, при /=0,3 м, Г=200 мка, Q—2-10-3 кг1сек,
4/о=140 кв, для частиц с радиусом порядка 50 мк силой трения
можно уже пренебречь.
Критерий влияния объемных зарядов.
Установить критерий влияния объемных зарядов частиц краски
на электрическое поле несколько сложнее. Известно, что элект-
рическое поле короны двух коаксиальных цилиндров описывается
аналитически довольно просто.1 И хотя реальные электрические
поля весьма отличаются от электрического поля коаксиальных
цилиндров, порядок величин при определении влияния объемных
зарядов частиц одинаков для реальных электрических полей
и электрического поля коаксиальных цилиндров.
Электрическое поле коаксиальных цилиндров описывается
уравнением
(8)
где р—плотность объемного заряда, создаваемого частицами
краски;
ри—плотность объемного заряда, создаваемого ионами газов
воздуха;
s0—диэлектрическая проницаемость воздуха.
26
Если предположить, что частицы лакокрасочного материала
в основном заряжаются в электрическом поле короны и большую
часть пути частица краски летит, не изменяя своего заряда, тогда
2л7?ор = 2тг7?оири = /и (9)
где /' и /и—токи, обусловленные движением частиц краски и
ионов воздуха на единицу длины распылителя.
Скорость ионов ои пропорциональна напряженности электри-
ческого поля Е
ия = *яЕ
где ж—подвижность ионов.
Тогда уравнение, описывающее электрическое поле зарядов,
принимает вид:
~R‘ dR = ~2^Rv + 2кеи/?хиЕ
Рассмотрим два предельных случая:
а) Трение частиц краски в воздухе настолько велико, что рав-
новесие между силой трения и электрической силой устанавли-
вается почти сразу же за коронирующим слоем
^С = ^эл. (12)
Числа Рейнольдса, подсчитанные для этого случая по экспери-
ментально измеренным скоростям для частиц со среднестатиче-
ским радиусом (30 мк), равны примерно единице, и произведение
коэффициента сопротивления на число Рейнольдса дает
CRe~24
т. е. при этих условиях сопротивление среды в основном опре-
деляется стоксовской силой вязкого трения:
Fc = FTp = 6 TCvjru
Следовательно
6itrirv = qE (13)
v = /.E
где x—подвижность частиц краски
Q = JL
6 It 7] Г 9*7]
(И)
- Подставляя (13) в уравнение (11) и интегрируя найдем:
£’=1М-£- + ^)+£ (15)
27
При отсутствии объемных зарядов было бы
£2
где У?2—радиус внешнего цилиндра, а £2 поле на нем (далее мы
считаем, что У?2=/).
Влиянием объемных зарядов частиц на внешнее электрическое
поле можно пренебречь при условии
^.7(т+^)«Ф <16>
Отдельно для частиц краски и ионов это условие можно записать
так:
2ле0 ’ 7. $' ’ 2ле0 ' хи ‘ >
Очевидно, что если соотношения (17) выполняются вблизи
окрашиваемой детали при 7?=/, то они тем более выполняются и
во всем междуэлектродном промежутке.
С учетом этого обстоятельства, подставив значение х из выра-
жения (14) и считая E2~U0/l, первое неравенство можно перепи-
сать в виде:
<'«)
Условие (18) часто выполняется на практике. Легко убедить-
ся в том, что обычно соблюдается и второе неравенство (17), т. е.
влияние на поле объемных зарядов ионов невелико.
б) Критерий К очень мал, и трением частиц в воздухе вообще
можно пренебречь. Поведение объемных зарядов ионов описы-
вается неравенством (17); движение же зарядов краски в этом
случае будет иным. Не принимая в расчет ионов и учитывая,
что скорость частиц краски в этом случае может быть найдена по
формуле (3) вместо (10), электрическое поле описывается урав-
нением
4-(/?£) =----4= (19)
2тсе0 2у U.,
Рассмотрим случай, когда влияние объемных зарядов неве-
лико. Тогда уравнение (19) можно интегрировать приближенно,
подставляя в правую часть значение Uo, соответствующее отсут-
ствию объемных зарядов, т. е. полагая
£а = /£21п4 (20)
28
Интегрируя при этих условиях уравнение (19), находим:
RE =
Г
2itsn/2 х 1Е2
тс
(21)
При пренебрежимо малом количестве объемных зарядов по-
стоянная С равнялась бы /Е2. Следовательно, в данном случае
влиянием па электрическое поле объемных зарядов частиц крас-
ки можно пренебречь, если
—£= f dR «I е2
2тее0/2 х/£а I |/ R
R1
(22)
где Rx—линейные размеры распылителя.
Обычно В этих условиях In-у- во всем интервале
интегрирования можно считать постоянным. Учитывая, кроме
того, что
/Р =
, R
1пТ
условие (22) можно представить в виде:
Е2 =------ 1п^- « 1 (23)
Пример. Какова должна быть величина тока, переносимого
частицами краски (/'), чтобы можно было пренебречь объем-
ными зарядами.
Если 7=0,3 м, (/о=14О кв, R^QfiZ м, •/=-^-=10'-1 а/кг, т0
оказывается, что при токе порядка 500 мка!м объемные заряды
частиц уже слабо искажают электрическое поле.
Таким образом, и при малых значениях К иногда можно пре-
небречь влиянием зарядов частиц краски на внешнее электриче-
ское поле.
Числа и L.2 можно рассматривать как некоторые критерии,
определяющие влияние объемных зарядов частиц краски на внеш-
нее электрическое поле.
При полете частиц краски образуется ограниченный
конус, и частицы испытывают распорный боковой эф-
фект кулоновского расталкивания. Конечно, приведенным
расчетом цилиндрически-симметричного движения частиц этот
29
эффект не учитывается. Его следует оценивать особо. Однако,
если в пределах конуса распределение частиц краски близко к
равномерному, то распорный эффект будут испытывать только
частицы, находящиеся вблизи поверхности конуса, и при доста-
точно широком конусе распорным эффектом можно пренебречь.
Моделирование поля, а также и всего процесса окрашивания
сравнительно просто, если можно пренебречь объемными заря-
дами частиц краски. В этом случае можно отделить моделирова-
ние поля от моделирования движения частиц краски, что значи-
тельно облегчает задачу. Если же влияние зарядов частиц краски
на электрическое внешнее поле значительно, то такого разделе-
ния провести не удается: электрическое поле будет существенно
зависеть от движения частиц краски, которое в свою очередь бу-
дет определяться состоянием электрического поля; при этом мо-
делирование становится весьма трудной задачей.
Ниже рассматривается случай, когда влияние объемных за-
рядов частиц краски на внешнее электрическое поле несущест-
венно. Поле в этом случае может быть изучено отдельно в электро-
литической ванне или на электропроводящей бумаге2. Работы
проводились с электропроводящей бумагой на интеграторе ЭГДА.
На этом интеграторе снимались плоскопараллельные поля, ко-
торые соответствуют электрическим полям, создаваемым линей-
ным распылителем. Для моделирования осесимметричных полей
требуется клинообразная бумага или наклонная электролити-
ческая ванна.
Были сняты электрические поля деталей (восемь вариантов):
детали с четырехугольной выпуклостью или впадиной и детали
в форме замкнутого четырехугольника. Однако, кроме этого, же-
лательно было установить связь между электрическим полем и
движением или распределением частиц краски. Эту задачу можно
решить либо полуэмпирическим путем, либо путем математиче-
ского моделирования движения самой краски.
Полуэмпирический путь состоит в следующем. Сняв характе-
ристики электрического поля на модели и окрасив деталь в ана-
логичных условиях в натуре, сравнивали напряженность поля
вблизи детали с толщиной покрытия детали вдоль ее поверх-
ности. Толщина покрытия детали оценивалась оптическим ме-
тодом (фотометром ФМС-56). Предварительно деталь покрывали
листом белой бумаги и окрашивали непосредственно бумагу при
минимально возможном расходе краски. В этом случае краска
ложится на бумагу разрозненными крапинками, густота которых
определяет толщину покрытия. С помощью фотометра определяют
количество отраженного бумагой света, причем оно тем меньше, чем
больше густота крапинок. (Очевидно, этот метод не годится, если
крапинки краски ложатся сплошным слоем.) Нахождение распре-
деления толщины покрытия описанным методом занимает очень
мало времени.
30
Результаты эксперимента (для четырех из восьми вариантов)
приведены на рисунках 1, а, б, в, г. Как правило, толщина по-
крытия соответствует характеру электрического поля. Однако
в местах с большой кривизной, там, где электрические поля имеют
острые максимумы, при распределении частиц краски также на-
блюдаются максимумы, но они значительно ниже максимумов
для электрического поля, а иногда эти максимумы вообще не
наблюдаются. Это указывает на то, что между толщиной покры-
тия вдоль детали и величиной электрического поля вблизи детали
существует связь, которая однако, не сводится к простой пропор-
циональности между этими величинами.
• Возможности использования полуэмпирического метода при
моделировании ограничены. Следует ожидать более плодотвор-
ных результатов на пути математического моделирования, при-
чем не только электрического поля, но и движения частиц краски.
Рассматривая метод математического моделирования для ха-
рактеристики электрического поля и движения частиц краски,
мы по-прежнему ограничились случаем, когда можно пренебречь
искажающим влиянием объемных зарядов частиц краски на элект-
рическое поле. Кроме того, считали, что дисперсность краски не-
велика, поэтому пренебрегали трением частиц краски в воздухе.
При таких допущениях движение краски в поле можно рассмат-
ривать как движение сжимаемой идеальной жидкости и для его
описания воспользоваться известными гидродинамическими
уравнениями3. В частности, можно доказать, что движение крас-
ки безвихревое, т. е. на всем пути сохраняется условие
rot v = О
Это обстоятельство весьма существенно, так как оно озна-
чает, что скорость частиц краски можно представить как градиент
скалярной функции (в гидродинамике именуемой потенциалом
скорости):
v = grad <р (24)
Вместо трех неизвестных функций мы, стало быть, будем иметь
дело всего лишь с одной (ф), которая подчиняется простому урав-
нению, вытекающему из закона сохранения энергии для отдель-
ной частицы жидкости:
= (25)
Здесь рт и р? переменные плотности массы и заряда каплеобраз-
ной краски. Уравнение (25) аналогично гидродинамическому
уравнению Бернулли.
31
Рис. 1. Распределение напряженности поля и тол-
щины покрытия вдоль поверхности детали от точки
симметрии:
а, б, в—разомкнутые детали, отличающиеся геометрическими
размерами; а—деталь в виде четырехугольника; 1—напряженность
поля; 2—толщина покрытия.
С другой стороны, при установившемся движении должно
выполняться уравнение сохранения массы
div (pmu) = 0 (26)
Уравнения (24) и (26) дают возможность полностью решить
поставленную задачу. Перепишем их в развернутом виде:
дф д п , дф д , д2ф д2ф А
(lnpm) 4--S3- --д- (In pm) + = 0
дх дх ' 1 ду ду ' 1 дх2 ду2
(27)
Это—система двух уравнений с двумя неизвестными функция-
ми ф (х, у) и рт (х, у). Уравнения в общем нелинейные, но их можно
решить на цифровой электронно-вычислительной машине.
Несмотря на то что уравнения в общем виде сложны, при их
решении можно воспользоваться обстоятельством, сильно упро-
щающим их решение. Краска движется к детали, а это означает,
что, за исключением небольшой области вблизи распылителя,
поперечная у—компонента скорости краски значительно меньше
продольной х—компоненты скорости. В уравнении (27) склады-
ваются квадраты компонент скорости
+
Если пу даже только втрое будет меньше их, то ее квадрат на по-
рядок будет меньше квадрата vx.
Таким образом, приближенно (с незначительной ошибкой)
первое уравнение принимает вид
irVW №
и значение <р определяется квадратурой
Ф-^угТи^х+Ду) (29)
XI
Задача сводится к интегрированию второго уравнения, пред-
ставляющего собой линейное уравнение относительно 1п рт с из-
вестными (но переменными) коэффициентами.
В этом приближении нетрудно найти и траекторию движения
частиц краски.
Уравнение траектории имеет вид:
dy ___ dp/dy
dx dtp/дх
(30)
(траектория совпадает с линией тока).
3—1348
33
Согласно уравнению (29)
^Udx + vff(x, у) (31)
*1
Следовательно, в уравнении (30) справа находится функция,
которую численно можно определить, если будет снято в электро-
литической ванне или на интеграторе поле U (х, у). Уравне-
Рис. 2. Траектории движения частиц лакокрасочного ма-
териала в электрическом поле (отношение масштабов по х
и у составляет 1 : 2,5; ось X—совпадает с линией симмет-
рии поля).
ние (30) может быть проинтегрировано или при помощи аналого-
вой электронно-вычислительной машины, или численно.
Выбирая несколько произвольно начальные траектории
движения частиц лакокрасочного материала, для иллюстрации
метода нами построены четыре траектории (рис. 2). Поле снима-
лось на интеграторе ЭГДА, уравнение (30) интегрировалось чис-
ленно по методу Эйлера.
ЛИТЕРАТУРА
1. К а п ц о в Н. А., Коронный разряд, Гостехиздат, 1947.
2. Карплюс У., Моделирующие устройства для решения задач теории
поля, Машгиз, 1962.
3. Ландау Л. Д., Лифшиц Е.М., Механика сплошных сред, Машгиз,
1953.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ И ЗАРЯДОВ ОТДЕЛЬНЫХ ЧАСТИЦ
ПРИ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ РАСПЫЛЕНИИ
ЖИДКИХ СИСТЕМ
В. А. Губгнскяй, Н. А. Фукс
Свойства заряженных аэродисперсных систем, получае-
мых при электростатическом распылении жидкостей, в зна-
чительной степени зависят от размера частиц и величины их
заряда.
Знание размеров и зарядов частиц представляет большой
научный и практический интерес для изучения процессов электро-
окраски, так как от этих параметров зависят коэффициент осаж-
дения и использования лакокрасочных материалов, качество по-
крытия (плотность осаждения, равномерность, адгезия и т. д.),
выбор наиболее эффективных конструкций распыляющих аппа-
ратов.
Данные о размерах и зарядах частиц необходимы также для
выяснения механизма электростатического распыления и заряд-
ки частиц и установления оптимальных параметров получения
жидких систем с заданными свойствами и условий технологиче-
ского их применения, обеспечивающих хорошее качество рас-
пыления и окраски.
Образующийся при электростатическом распылении лакокра-
сочных материалов факел заряженных частиц характеризуется
значительной полидисперсностью и различными по величине за-
рядами на частицах.
На рис. 1 приведена микрофотография частиц, которая
хорошо иллюстрирует полидисперсность распыленных частиц.
В распыленном факеле имеются частицы самых различных разме-
ров—от нескольких микрон до нескольких десятков микрон, а заря-
ды могут достигать величины порядка 10~4—10~3 эл.-ст.ед. и более .
При исследовании отдельных вопросов электроокраски раз-
личными авторами использовались лишь средние или суммарные
значения величины и заряда частиц (определяемые расчетным
путем или электрометрически1’2).
3*
35
Однако эти данные являются далеко недостаточными. Для
полной характеристики систем и анализа явлений, происхо-
дящих в процессе распыления и осаждения заряженных
частиц, необходимо иметь данные о размерах и зарядах отдель-
ных частиц и распределении их в факеле полидисперсного
аэрозоля.
Из существующих методов измерения этих параметров аэро-
золей больше всего подходит осцилляционный метод3.
Рис. 1. Микрофотография
распыленных частиц 50%-ного
раствора бутанолизированной
смолы К-411-02 в .и-ксилоле
<(т]=18 сек по ВЗ-4; хбО;
-Гмин—3 5 мк‘, Г макс—50 лчс).
Однако приборы4-10, основанные
на использовании этого метода и
разработанные применительно к
аэрозолям естественного происхож-
дения (облака, дымы, туманы), а
также получаемым, например, ме-
ханическим или пневматическим
распылением,—оказались непригод-
ными для исследования высокоза-
ряженных частиц, получаемых при
электростатическом распылении ла-
кокрасочных материалов. К числу
недостатков указанных приборов от-
носятся: цикличный режим работы,
ограниченный интервал измеряемых
размеров и зарядов частиц, примене-
ние узких и длинных трубок для
подвода частиц к кювете, малые
геометрические размеры кювет и по-
ля зрения и др.
В НИИТЛП разработаны мето-
дика и прибор для измерения раз-
меров и зарядов отдельных частиц,
получаемых при электростатическом
распылении лакокрасочных материа-
лов.
Работа прибора заключается в
том, что заряженные частицы из
факела попадают в кювету и непрерывным потоком движутся
вертикально вниз между двумя параллельными плоскими элект-
родами. Падение частиц происходит либо стационарно под дей-
ствием силы тяжести в неподвижной среде (свободное падение),
либо в ламинарном потоке воздуха при медленном протягивании
частиц через кювету (изокинетический режим).
Падающие частицы одновременно колеблются в периодически
меняющемся по направлению синусоидальном или постоянном
горизонтальном электрическом поле.
При изокинетическом режиме наблюдаемая (фиксируемая)
вертикальная составляющая скорости движения частицы Уч
36
складывается из скорости потока Vn и скорости свободного паде-
ния частицы при отсутствии потока Vs, т. е. V4=Vn+Vs, откуда
vs=v4-vn
ФОРМЫ ПРИМЕНЯЕМЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И ТРАЕКТОРИИ ДВИЖЕНИЯ
заряженных частиц
Переменное напряжение синусоидальной формы
При движении в горизонтальном синусоидальном электри-
ческом поле заряженные частицы испытывают колебания, ампли-
туда и период колебания которых соответствуют частоте комму-
тации и напряженности поля Ео. Уравнения движения частицы,
падающей в неподвижной среде и одновременно колеблющейся
в горизонтальном направлении под действием внешней силы
переменного электрического поля, в координатной форме
имеют следующий вид:
а) Уравнение для вертикальной составляющей скорости ча-
стицы по оси у.
^+^-s=0
(1)
При стационарном (установившемся) состоянии уравнение ско-
рости движения частицы в вертикальном направлении имеет вид:
Vy=mgB = tg (2)
где Vу—составляющая скорости частицы по оси у, направленная
вниз;
g—ускорение силы тяжести;
т—время релаксации частицы, характеризующее скорость
установления стационарного состояния в системе части-
ца—среда:
D т 2 г2р'
t = тВ = т— = -75——
Ьтсцг 9 к;
(т—масса; В=-&~—подвижность частицы; г—радиус частицы;
р'—плотность частицы; ц—вязкость воздуха).
Плотностью воздуха (р = 1,29 • 10"3 г/см3) ввиду малой ее ве-
личины по сравнению с плотностью частицы можно пренебречь.
Из уравнения (2) вертикальное смещение S частицы за вре-
мя t по оси у будет равно:
(3)
37
Определив экспериментально вертикальное смещение частицы S
за период колебаний tp, из уравнения (3) можно рассчитать
радиус частицы г:
г = .. (4)
V 2?'gtp ’
При изокинетическом режиме формула (4) принимает вид:
<5)
где V4—фиксируемая вертикальная составляющая скорости час-
тицы;
Vn—средняя линейная скорость ламинарного потока.
Формулы (4) и (5) справедливы в области вязкого режима
движения, при котором сопротивление строго пропорционально
скорости частицы, т. е. при малых числах Рейнольдса Re. Интер-
вал дисперсности аэрозолей, в котором формулы соблюдаются
более или менее точно, довольно узок. Так, для частиц с р' = 1
при допустимой ошибке в 1 % область применимости формул огра-
ничивается интервалом 8 10'4< г<15 • 10~4 см и при ошибке в
10%— 0,8 - 10~4<г<35 -10~4 см.
По мере увеличения числа Re, вследствие возрастающего
влияния инерционных сил, нарушается пропорциональность меж-
ду сопротивлением среды и скоростью частицы. В связи с этим
при расчете г по скорости падения’ V частиц в области больших Re,
когда уже нельзя пренебречь инерционными силами, требуется
учитывать коэффициент лобового сопротивления. В соответствии
с принципом гидродинамического подобия, коэффициент лобового
сопротивления Шара ф (безразмерная величина)
ф = ^г2 (6)
является однозначной функцией также безразмерной величины—
числа Re:
Re = —(7)
•Г] '
где р—плотность среды (воздуха);
V—скорость падения частицы;
FM—сопротивление среды, равное силе тяжести, т. е. F^mg.
Из уравнений (6) и (7) можно получить:
(8)
Определив экспериментально И. и зная остальные величины,
входящие в уравнение (8), находят функцию Re/ф. По специаль-
38
ной таблице значений ф и обратной функции ф/Re, рассчитанных
для сферических частиц исследуемых жидкостей в области встре-
чающихся значений скоростей падения частиц Vs, (аналогично
вычисленной Фуксом11 для шарообразных тел ср' = 1,2 и 4 в об-
ласти Re=0,01—1000) находят соответствующее значение Re
и по формуле (7) определяют радиус частицы г.
б) Уравнение для горизонтальной составляющей скорости
частицы по оси х:
’ m^=F—67t7jrVx (9)
где F—сила электрического поля, изменяющегося синусоидально
во времени, т. е. F=Fos'mu>t=qEosina>t.
В результате решения дифференциального уравнения (9)
выражение для горизонтальной скорости частицы имеет сле-
дующий вид:
д£0 Д sin (ш/ — у)
j/" 1 -|- <О2Т2
(10)
При этом амплитуда скорости равна:
qEa В qE0B
Уп = _ ....... = r В cos <р
0 /1+и)-2т2 /1 + (2лт/^)2 °
Интегрируя уравнение (10), получим величину горизонталь-
ного смещения частицы:
В qE0Bsin(a>t—ф) qEQ В cos (mt—у)
х = | -------г... ......dt = —---------г. ~
J у 1 -|- О)2 Т2 (О у 1 —|— <о2 т2
(11)
При этом:
1§ф = та = Vy^lg = 2кт//р
где /р=2к/а)—период колебаний;
Ф—сдвиг фазы колебаний.
Решая совместно уравнения (3) и (11), получим траекто-
рию движения частицы; эта траектория представляет собой си-
нусоиду:
q Еа В cos
Ш J/'l -j- <О2Т2
(12)
39
В соответствии с теорией, величина амплитуды колебаний
шарообразной частицы в синусоидальном электрическом поле
с учетом сил инерции равна:
А =-------qE(!....... (13)
fflr “ 1/ ш2 -4- - J а
где т* и Ьг—приведенные кажущаяся масса частицы и ее под-
вижность при колебательном движении (в отличие
от т и В при равномерном прямолинейном движе-
нии):
mr=m + m'(4- + T^); ДГ
1 с , 9ш/п'
— = 6KV+-4rS,-
где q—заряд частицы;
Ев—напряженность электрического поля (амплитудное зна-
чение);
т—масса частицы;
т'—масса газа, вытесненного частицей;
г—радиус частицы;
<о—угловая частота колебаний, равная 2к/(/—число колеба-
ний в сек);
р—плотность воздуха;
?!—вязкость воздуха.
Из уравнения (13), определив экспериментально амплитуду
колебаний А, можно вычислить заряд частицы q (в элементар-
ных зарядах, э. з.):
А-тг<о 1/ ф2 -|- J
V &2т2
ё1Г0
(14)
где е—элементарный заряд электрона, равный 4,8-10-10 эл. ст. ед.
Для частиц с г=1-? 10-10-4 см выражение, определяющее зна-
чение А, можно значительно упростить, так как можно пренеб-
речь инерционными силами. В этом случае]
д „ 7п _ 6тс11 г л»(1)
0 6пт]Гш ’ ер^
(15)
При применении более простых формул (15) ошибка10 состав-
ляет не более 0,1 %.
Точное определение величины заряда q при криволинейном
движении частиц в области больших чисел Re, исходя из гори-
зонтальной составляющей скорости, является весьма сложным.
40
Теоретическое рассмотрение такого рода движения частиц
под действием периодически изменяющёйЬя силы при больших
числах Re представляет значительные трудности. Система диф-
ференциальных уравнений в общем виде еще не разрешена.
Поэтому для получения сравнительных данных, имеющих
большое практическое значение, при расчете q были сделаны не-
которые допущения и с учетом поправок на относительное умень-
шение амплитуды колебаний при увеличении радиуса частиц ис-
пользованы, в соответствующих интервалах радиусов частиц,
указанные выше формулы (14) и (15).
Для определения величины допускаемой погрешности и соот-
ветствующих поправок требуются специальные эксперименталь-
ные исследования.
Для получения горизонтального синусоидального электриче-
ского поля на электродах кюветы с регулируемой частотой и амп-
литудой напряжения применено устройство, собранное по схеме
рис. 2. При помощи генератора синусоидальных электрических
колебаний устанавливаются требуемые частота и напряжение.
Рис. 2. Схема устройства для коммутации горизон-
тального синусоидального электрического поля
на электродах кюветы:
Г—генератор синусоидальных электрических колебаний; Vi и
V2—вольтметры; Тр—повышающий трансформатор, Э—электро-
ды кюветы.
Далее напряжение с выбранной частотой через повышающий
трансформатор Тр подается на электроды Э. Напряжение на вы-
ходе генератора и на электродах контролируется вольтметрами
Vi и Vz-
В зависимости от физико-химических свойств жидкостей и
параметров электростатического распыления подбираются тре-
буемое напряжение и частота колебаний, которые могут плавно
регулироваться в процессе эксперимента. Напряжение на элект-
родах кюветы регулируется в пределах 0—1500 в. Исследования
показали, что требуемый диапазон частот составляет 20—200 гц.
На рис. 3 представлены фотографии траекторий движения
заряженных частиц растворителя РКБ-1 (л*-ксилол—бутанол 1 : 1),
дибутилфталата, этилцеллозольва, растворов смол К-421-02
и К-411-02 в бутаноле, полученные в синусоидальном электриче-
ском поле.
Траектории движения частиц имеют правильную форму си-
нусоид с различной амплитудой и вертикальным смещением (пе-
риодом), которые зависят от размера и заряда частиц и удобны
для соответствующих измерений.
41
a
г д
Рис. 3. Траектории движения заряженных частиц в синусоидальном горизон-
тальном электрическом поле:
а—растворитель РКБ-1 ff = 50 гц, £0=1,8 эл. ст. ед.); б—дибутилфталат (/=100 гц, Ев =
—1,175 эл-ст. ед.); в—эгилцеллозольв (/= 100 гц, Еф—1,8 эл. ст. ед.); г—раствор меламино-форм-
альдегидной смолы К-421-02 в бутаноле (f=50 гц, Eq —0,705 эл- ст. ед.); д—раствор мочевино-
формальдегидной смолы К-411-02 в бутаноле (f=50 гц, Eq=0,705 эл. ст. ед.); t/p= —50 кв.
Рис. 4. Схема устройства для наложения на синусоидальное
электрическое поле постоянного поля:
Г—генератор синусоидальных электрических колебаний; Vi, V3—вольтметры;
Тр—повышающий трансформатор; Э—электроды кюветы; сопротивление;
Ci и С2—конденсаторы.
Знак заряда частиц легко определяется при наложении на
синусоидальное поле слабого постоянного электрического поля
(рис. 4).
а б
Рис. 5. Асимметричные траектории движения заряженных час-
тиц, полученные при наложении на синусоидальное поле посто-
янного электрического поля:
а—униполярно заряженные частицы дибутилфталата (f=50 гц',^Ео~ 1,175 эл. ст.
ед.; Ео=О,15 эл. ст. ед.); б—раствор смолы К-411-02 в бутаноле (f=50 гц;
Ео=О,7О5 эл. ст. ед.; ЕЬ=ОЛ эл. ст. ед.; коэфф, униполярности—0,95).
В этом случае, как видно из рис. 5, получаются асимметричные
траектории движения частиц' с наклоном в сторону одного из
электродов в зависимости от знака заряда частицы.
Импульсное напряжение прямоугольной формы
Траектория движения падающей заряженной частицы в по-
стоянном по величине и переменном по направлению горизонталь-
ном электрическом поле определяется результирующей двух
сил—силы электрического поля F=qE и силы тяжести F=mg.
Амплитуда колебания и угол отклонения траектории от верти-
кали являются функцией заряда частицы при £0=const. Чтобы
падающие частицы не выходили из поля зрения и не оседали на
электродах, через определенные промежутки времени t изменяют
направление электрического поля.
В результате многократных изменений направления поля
частицы двигаются по зигзагообразной траектории. Напряжение
прямоугольной формы и траектории заряженных частиц приве-
дены на рис. 6.
43
Определение радиуса частиц по скорости их падения Vs соответ-
ственно
водится
при стационарном и изокинетическом режимах произ-
по формулам, приведенным для напряжения синусои-
дальной формы (4), (5), (7), (8).
При этом для силы посто-
янного электрического поля
имеем F=qE0.
Горизонтальная скорость
частицы под действием элек-
трического поля Еа равна;
гА,
О -2Е.
Рис. 6. Форма прямоугольного
напряжения и траектории движе-
ния заряженных частиц.
(16)
где q—заряд частицы;
В—подвижность частицы;
£0—напряженность элект-
рического поля (ампли-
тудное значение).
Измерив амплитуду колебаний А или определив тангенс угла
наклона траектории к вертикали, равный tga=-^-, и зная радиус
частицы г, можно определить ее заряд q:
__ 6 ТС Г Л/
еЕй
(17)
или
4 itr’p'gtga .....
q~ — —TET' <18>
Для получения напряжения прямоугольной формы на элект-
родах кюветы применяется электронный импульсный генератор
с регулируемыми частотой и напряжением на выходе (рис. 7).
Источником напряжения прямоугольной формы в схеме гене-
ратора служит триггер. Запуск триггера производится блокинг-
генератором, частота которого регулируется. Период комму-
тации разделен на две части, из которых одна треть периода со-
ставляет отрицательный импульс и две трети периода — положи-
тельный импульс. Отрицательный импульс по времени в два раза
меньше положительного и по амплитуде настолько же больше
положительного импульса. Постоянная составляющая напряже-
ния равна нулю. Графически (см. рис. 6) этому соответствует
условие равенства площадей отрицательного и положительного
частей периода, в связи с чем, несмотря на несимметричность
участков, зигзагообразные траектории движения частиц со-
храняют вертикальность.
По форме траектории движения частиц можно определить
знак заряда, так как зубцы траекторий с различными знаками
44
Рис. 7. Схема генератора для получения на электродах кюветы импульсного напряжения прямоугольной формы:
vw. уу- обмотки высоковольтного трансформатора; v7i—Л4—лампы 2Ц2С; Ль—ЛГу—лампы 6П7С; —/?28— сопротивления; С\ С1в---конден-
car-nw ВТК—импульсный трансформатор кадров; Ki— переключатель изменения частоты; Кз—переключатель изменения напряжения; Э—элек-
и ’ троды кюветы-
Рис. 8. Траектории движения заря-
женных частиц в постоянном по ве-
личине и переменном по направле-
нию горизонтальном электрическом
поле при применении электронного
генератора прямоугольных импуль-
сов (растворитель РКБ-1; /—25 гц;
Ео=2,8 эл. ст. ед.; (/р=-—50 кв).
обращены в разные стороны. При помощи переключателей Kt
и /С2 можно варьировать частотой в пределах от 5 до 200 гц и на-
пряжением от 0 до 1500 в.
На рис. 8 представлены траектории заряженных частиц, по-
лученные при использовании электронного импульсного гене-
ратора. Пунктирные траектории (вместо сплошных) — результат
применения прерывистого ис-
точника света. На фотографии
отчетливо видны траектории
движения частиц, удобные так-
же для соответствующих изме-
рений.
Выбор той или иной формы
напряжения на электродах кю-
веты зависит от физико-хими-
ческих свойств жидкостей и
поведения исследуемых заря-
женных аэродисперсных сис-
тем и производится на основа-
нии пробных экспериментов.
Если не требуется по форме
напряжения определять знак
заряда частиц (например, при
униполярной зарядке), то более
удобной и простой по техниче-
скому осуществлению формой
напряжения является симмет-
ричное синусоидальное напря-
жение с равными площадями
отрицательного и положитель-
ного полупериодов. Однако и в
этом случае, как указывалось
выше, знак заряда частиц и
коэффициент униполярности заряженного аэрозоля могут быть
без большого труда определены при наложении на синусоидаль-
ное поле слабого постоянного электрического поля.
При применении напряжения синусоидальной формы при
прочих равных условиях можно также расширить пределы из-
меряемых размеров частиц, значительно сдвинув верхний пре-
дел.
УСТРОЙСТВО ПРИБОРА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ
И ЗАРЯДОВ ОТДЕЛЬНЫХ ЧАСТИЦ
Схема прибора приведена на рис. 9. Он состоит из следующих
основных элементов и узлов:
1) измерительной кюветы;
2) осветительной системы;
4 3
3) оптической и фоторегистрирующей системы;
4) устройств для получения на электродах кюветы напряже-
ний различных форм: синусоидальной и прямоугольной.
Одним из основных элементов прибора является измеритель-
ная кювета 1, снабженная изоляционной цилиндрической втул-
кой 3 и коническим конфузором 4 из диэлектрика, которые служат
для надежного отбора частиц из распыленного факела и создания
Рис. 9. Схема прибора для определения размеров и зарядов отдельных частиц:
/—измерительная кювета; 2—электроды; 3—изоляционная цилиндрическая втулка; 4—коничес-
кий конфузор из диэлектрика; 5—камера темного поля; 6—насадочная линза; 7—теплофильтр;
8—длиннофокусный объектив; 9—тубус; /(7—конденсор; //—источник света СИ-8-200; /2—фото-
объектив; 13—микрофэтонасадка; 14—визуальная трубка; /5—окуляр;; 16—фотоаппарат;
17—электронный генератор прямоугольных импульсов; 18—генератор синусоидальных электри-
ческих колебший; /5—повышающий трансформатор; 20—силовой трансформатор; 2/—авто-
трансформатор ЛАТР-1; 22—опорная трубка; 23, 24—промежуточные краны; 25—капиллярный
реометр; 25—микрокран; 27—трехходовой кран.
непрерывного потока высокозаряженных частиц. Втулка и кон-
фузор дают возможность максимально уменьшить осаждение на
стенки высокозаряженных частиц и получить в кювете достаточ-
ную концентрацию падающих частиц.
Для обеспечения равномерной температуры и устранения
внутренних конвективных потоков воздуха кювета изготовлена
47
из массивного куска латуни; она имеет достаточно большую вы-
соту для того, чтобы падающие частицы при стационарном режиме
до входа в поле зрения успели приобрести постоянную скорость.
В кювету ввертываются (перпендикулярно плоскости чер-
тежа рис. 9) изоляционные втулки, в которых заподлицо укреп-
лены два круглых хорошо отполированных латунных электрода.
Плоскости электродов расположены вертикально и строго парал-
лельно друг другу, образуя плоский конденсатор.
Диаметры каждой пары сменных электродов составляют 20
или 30 мм. Расстояние между электродами можно регулировать
от 0,2 до 2,0 см и фиксировать в выбранном положении путем за-
крепления изоляционных втулок. Рабочее расстояние между
электродами определяется точно с помощью отсчетного микро-
скопа с окулярной сеткой, а’гакже специальными калиброванны-
ми стержнями. Для устранения посторонних и остаточных элект-
рических полей металлический корпус кюветы тщательно зазем-
лен. Места соединений в отверстиях кюветы надежно герметизи-
рованы, острые кромки внутри кюветы удалены во избежание
подсосов воздуха и возникновения ионизации при наличии остри-
ев, искажающих траекторию движения частиц.
Для обеспечения минимального аэродинамического сопротив-
ления кюветы отверстия для входа и выхода частиц имеют доста-
точно большие диаметры—16 и 12 мм.
Кювета крепится на опорной трубке 22, служащей одновре-
менно для подключения всасывающей вакуумной системы с ка-
пиллярным реометром 25 (со сменными капиллярами) и регули-
ровочным микрокраном 26, используемыми при поточном изо-
кинетическом режиме.
Отключение или включение вакуумной системы производится
при помощи промежуточных кранов 23 и 24.
Трехходовой кран 27 служит для соединения системы с атмо-
сферой. С помощью микрокрана обеспечивается очень точное и
плавное (в широких пределах) регулирование скорости ламинар-
ного потока частиц.
Заряженные частицы из распыленного факела попадают в
кювету через конфузор 4 и отверстие цилиндрической втулки 3,
движутся между электродами 2, где освещаются и фотографиру-
ются на фоне камеры темного поля 5. Свет в кювету поступает
через насадочную линзу 6 под углом 135° к горизонтальной оси
фоторегистрирующего устройства; это необходимо для получения
наиболее эффективной индикатрисы рассеяния света частицами.
Отверстие, через которое свет выходит из кюветы, закрыто
снаружи тонкой стеклянной пластинкой, приклеенной карбиноль-
ным клеем.
Осветительная система прибора состоит из источника света 11,
осветительного тубуса 9, в котором помещены конденсор 10 и
длиннофокусный объектив 8.
48
Основным источником света служит светоизмерительная лам-
па СИ-8-200 с ленточным телом накала, дающая узкий прямо-
угольной формы мощный пучок света и не требующая примене-
ния промежуточных диафрагм, которые, как известно, вызывают
ослабление света.
Объектив 8 концентрирует узкую прямоугольной формы по-
лоску света в центре между электродами. Питание лампы осуще-
ствляется от сети переменного тока (220 в) через регулировочный
автотрансформатор 21 и силовой трансформатор 20. В освети-
тельной системе предусмотрена возможность использования
импульсных источников света — шаровой ртутно-кварцевой лам-
пы сверхвысокого давления типа ДРШ-250, дающей прерывистое
освещение с частотой 100 вспышек в секунду. Траектории дви-
жения частиц при этом принимают вид пунктирных линий (см.
рис. 8). Прерывистое освещение позволяет определять размеры
не только заряженных, но и не заряженных частиц. Устройство
прибора дает возможность заменять одну лампу другой в тече-
ние нескольких минут.
Перед входом в кювету луч света проходит через теплофильтр
7— сосуд с плоскопараллельными оптически прозрачными стен-
ками, наполненный 10%-ным раствором алюмокалиевых квасцов.
Оптическая и фоторегистрирующая системы прибора состоят
из фотообъектива 12 (Индустар-50 или Юпитер-3), микрофото-
насадки 13 типа МФН-1 с визуальной трубкой 14, окуляром 15
и фотоаппарата 16 (зеркальной фотокамеры типа Зенит-ЗМ). Фо-
тоаппарат со снятым объективом при помощи переходной втулки
прикреплен в вертикальном положении к микрофотонасадке.
Фотообъектив помещен в специальную муфту-обойму с поворот-
ной крышкой, изготовленные из диэлектрика.
В передней части муфты-обоймы, которая ввертывается в кю-
вету, приклеено оптически прозрачное стекло для пропускания
световых лучей, рассеянных частицами, и изоляции внутренней
полости кюветы от окружающей среды. В конструкции муфты-
обоймы и поворотной крышки предусмотрена возможность регули-
рования фокусного расстояния объектива; последний может пере-
мещаться внутри муфты-обоймы. Регулирование и установление
оптимальных оптических параметров осуществляется как пред-
варительно, так и в процессе работы прибора. Лучи света, рассеян-
ные частицами и выходящие из объектива, направляются либо
прямо на пленку фотокамеры, либо, при включенной призме
насадки, отражаясь от последней под углом 70° к оси объектива,—
в визуальную трубку 14 и окуляр 15 и далее в глаз наблюдателя.
Фокальная плоскость фотообъектива проходит через центр
кюветы между электродами и регулируется таким образом, что
резкое изображение траекторий движения частиц получается
одновременно как на фотопленке, так и на сетке окуляра визуаль-
ной трубки.
4—1348
49
В результате соответствующего подбора расстояния между
пленкой фотокамеры и фотообъективом, расположения элементов
оптической системы, применения сменных оптических тубусов
удалось значительно расширить пределы измерения размеров и
зарядов частиц на приборе данной конструкции по сравнению
с подобными приборами других конструкций.
Размеры поля зрения между электродами в кювете состав-
ляют: А = 12 мм, Ь=8 мм. При необходимости негативное увели-
чение и размеры поля зрения могут быть изменены с помощью
сменных оптических тубусов. Пределы измеряемых радиусов
и зарядов частиц составляют: г = 1—70 мк и <? = 103—106 элемен-
тарных зарядов (э. з.). Могут быть также измерены частицы
с зарядами >106 и <103 э. з.
Увеличение на пленке определяется точно путем фотографиро-
вания стеклянного окуляр-микрометра (цена деления 0,1 мм),
который также служит для регулирования и наводки на резкость
оптической системы прибора.
Получение хороших результатов зависит главным образом от
интенсивности освещения и правильной юстировки прибора.
Для обеспечения правильной юстировки отдельные части при-
бора могут взаимно перемещаться в соответствующих направле-
ниях и прочно закрепляться в нужном положении. Чтобы преду-
предить попадание на пленку света, отраженного от стенок кю-
веты, и устранить блики, внутренние части кюветы, а также
оптической и осветительной систем покрыты черной матовой
краской.
В приборе предусмотрены условия для непрерывных одно-
временных измерений многих отдельных частиц и значительно
уменьшено влияние аппаратуры на свойства и поведение сильно
заряженных частиц.
Прибор пригоден для исследования как жидких, так и твер-
дых отдельных заряженных частиц, получаемых не только при
электростатическом распылении, но и при других способах рас-
пыления и зарядки.
Для измерения параметров траекторий частиц полученные не-
гативы дополнительно увеличивали, печатая на бумаге, либо
проектируя на экран с масштабной сеткой. Увеличение обраба-
тываемых снимков на экране было для всех измерений по-
стоянным, а при изменениях частоты и напряженности элект-
рического поля использовались кратные значения этих пара-
метров .
Для ускорения обработки результатов исследований, что
очень важно при массовых измерениях и для практики, целесо-
образно использовать графические методы определения г и q.
С этой целью по соответствующим формулам для жидкостей
с различным значением р' были произведены расчеты, составлены
специальные таблицы и графики для определения радиуса частиц г
50
в зависимости от скорости оседания частиц Vs. Определив экспе-
риментально Vs частиц, по этим таблицам и графикам можно не-
посредственно определить г частиц.
Для определения заряда частиц были построены номограммы
с параллельными логарифмическими шкалами, по которым, зная г
и А, можно определить значение q.
При помощи описанной методики и прибора были проведены
экспериментальные исследования размеров и зарядов отдельных
частиц, полученных при электростатическом распылении жид-
костей. Заряженные частицы образовывались с помощью верти-
кально установленного распыляющего устройства, снабженного
соплами конусообразной формы. При этом количество распыля-
емой жидкости можно было регулировать и сохранять постоян-
ным, а также воспроизводить для каждой серии опытов. В
качестве источника высокого напряжения использовался электро-
статический генератор отрицательной полярности с регулируемым
напряжением до 100 кв.
Ниже приводятся результаты проведенных опытов для ди-
бутилфталата (ДБФ) и растворителя РКБ-1. Дибутилфталат
был выбран с целью получения капель, обладающих малой ско-
ростью испарения. Всего было измерено 1400 частиц ДБФ и
1540 частиц растворителя РКБ-1. Результаты экспериментов при-
ведены в таблице, в которой даны интервалы радиусов (в мк)
и доля df частиц, радиусы которых лежат в интервалах от г до
r-\~dr, т. е. df=f(r)dr при J f(r)dr=A.
о
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСТИЦ ПО РАЗМЕРАМ
Радиусы час- тиц, мк (интервалы) Дибутилфталат Растворитель РКБ-1 Радиусы час- тиц, мк (интервалы) Дибутил фталат Растворитель РКБ-1
6—10 10 34—38 145 150
10—14 35 16 38—42 60 88
14—18 90 64 42—46 50 40
18—22 150 144 46—50 20 24
22—26 250 370 50—54 — 10
26—30 350 370 2=1400 2=1540
30—34 240 264
На рис. 10(а и б) представлены дифференциальные кривые
распределения частиц по размерам Дг). Из графиков' видно,
что кривые распределения достаточно близки по форме к кривой
Гаусса, соответствующей нормальному распределению. Макси-
мумы на кривых соответствуют наивероятнейшим средним ариф-
метическим радиусам, которые равны: для ДБФ г=28 мк и для
РКБ-1 “г=26 мк.
4
51
Наибольшую повторяемость в распыленном факеле имеют час-
тицы с г=26—30 мк для ДБФ и с г=22—30 мк для РКБ-1.
Некоторая несимметричность кривой распределения—более
пологий подъем у правой ветви (рис. 10,6)—по-видимому, связана
со сравнительно быстрым испарением мелких частиц раствори-
теля и выпадением их вследствие этого из сферы измерений.
Рис. 10. Дифференциальные кривые распределения частиц по размерам:
а—дибутилфталат (г=28 мк); б—растворитель РКБ-1 (г=2б мк).
С Ф(х)
а - б
Рис. 11. Кривые распределения частиц по размерам в вероятностно-логарифми-
ческой системе координат:
а—дибутилфталат (г =26,5 мк, 1g р =0,132); б—растворитель РКБ-1 (г =27,5 мк\
S lg₽g=0.U). s
Для определения параметров, характеризующих распределе-
ние, удобнее представить кривые распределения в виде выпрям-
ленных диаграмм в вероятностно-логарифмической системе коор-
динат (рис. 11,а и 6). По оси абсцисс отложено значение 1g г в мк;
по оси ординат—вспомогательная переменная В в произвольном
52
равномерном масштабе (по обе стороны от оси абсцисс) и со-
ответствующие значения функции:
Ф(х)=0,5(1+Ф (?)]=J f (г) dr= F(r)
''о
где В
1g г—lg rg
g
1 Г _Z2/2
Ф(£) = —— I I dt —нормальный вероятностный интегра л.
У<2Л g
В этой вероятностно-логарифмической системе координат по-
Г
строены интегральные кривые распределения F(r) = §f(r)dr =
о
=Ф(х), выражающие долю частиц с радиусом меньше г.
Из рис. 11, а и б видно, что в этих координатах эксперимен-
тальные точки кривых распределения удовлетворительно ложат-
ся на прямые. Прямолинейный ход выпрямленных кривых ука-
зывает, что полученные экспериментальные данные удовлетво-
рительно описываются логарифмически-нормальной функцией
распределения:
f(r)dr =----1 exp
lg $gV 2я
(Igr —lgrg)2
2(lg₽g)2
d(lgr)
(19)
где rg—средний геометрический радиус частиц (lg rg=lg г);
(lg₽g)2 = (lg r—lg fg.)2—среднее квадратичное отклонение лога-
рифма радиусов (дисперсия).
Точки пересечения прямых с осью абсцисс дают lgrg, a tg
угла наклона к оси абсцисс равен 1/lg РД/2.
Средний геометрический радиус частиц rg, определенный из
графиков (рис. 11, а и б), составил: при распылении ДБФ
гg — 26,5 мк и РКБ-1 rg = 27,5 мк и соответственно для ДБФ
lgpg==0,132 и для РКБ-1 lg₽g=0,ll.
На рис. 12, а представлен график зависимости qa.3. от радиу-
са частиц г (для дибутилфталата Up = —50 кв).
Из рис. 12, а видно, что с увеличением радиуса г возрастает
заряд частиц q. Кривая имеет вид параболы; зависимость меж-
ду q и г может быть представлена в общем виде степенной
функцией:
q=Krn (20)
53
a.
Рис. 12. Зависимость величины зарядов от радиуса частиц для ДБФ при Up— —50 кв‘.
а—в обычных координатах; б—в логарифмических координатах.
Рис. 13. Зависимость величины зарядов от радиуса частиц для РКБ-1, Up=~50 кв:
а—в обычных координатах; б—в логарифмических координатах.
СЛ
05
а
Рис. 14. Зависимость величины зарядов от радиуса частиц для этилцеллозольва при Up= —50 кв-.
а—в обычных координатах; б—в логарифмических координатах.
ъдг(мк)
s
Для определения постоянных параметров, логарифмируя урав-
нение (20), построим по экспериментальным данным выпрямленную
диаграмму в логарифмических координатах (рис. 12,6). В этих
координатах, как видно из рисунка, зависимость q от г имеет ли-
нейный характер. При этом коэффициент Л=457 и п = 1,9. ‘
Таким образом, результаты экспериментов для ДБФ хорошо
апроксимируются эмпирической формулой вида:
q = 457 г1’® э. з. • (21)
Аналогичная зависимость была получена также и для других
жидкостей: растворителя РКБ-1 (К = 105, п=2,08, рис. 13, а и б),
этилцеллозольва (К=282, п = 1,9, рис. 14,а и б).
Обработка данных экспериментов и построение кривых на гра-
фиках рис. 12—14 произведено по способу наименьших квадратов.
Рис. 15. Кривые распределения зарядов [частиц в веро-
ятностно-логарифмической системе координат:
1—ДБФ; 2—РКБ-1.
Результаты исследований показывают, что зависимость [за-
ряда от радиуса частиц достаточно хорошо отвечает квадратич-
ному закону. Распределение частиц по зарядам для ’ДБФ и
РКБ-1 в вероятностно-логарифмической системе координат
представлено на рис. 15. При этом характеристиками распределе-
57
ния являются параметры: среднее геометрическое значение
K=qlr* э. з./сл2,т. е. Kg и (lg0g)2 =(1g К—lg Kg)2—среднее квад-
ратичное отклонение (дисперсия) 1g К от lg Kg. Прямолинейный
ход выпрямленных кривых указывает на то, что распределение
частиц по зарядам также удовлетворительно описывается логариф-
мически-нормальной функцией.
Для ДБФ получены следующие значения параметров распре-
деления: К =3,25-1010 и 1g р =0,162; для РКБ-1—соответственно
Kg.= l,45-Ю10 и lgPg.=0,232.
ЛИТЕРАТУРА
1. Моисеев Е. В., Лакокрасочные материалы и их применение, № 5
(1960).
2. Kleber W., Plaste u. Kautschuk, 7, 441 (1963).
3. Фукс H., Петр я нов И., Koll.-Z„ 65, 171 (1933).
4. Пётрянов И. В., Лисовский П. В., Натансон Г. Л.,
, Зав. лаб., 10, 1219 (1948).
5. W е 1 1 s Р. V., G е г k е R. Н., J. Am. Chem. Soc., 41, №3, 312 (1919).
6. В а р с а н о в и ч В. К., Гигиена труда и техника безопасности, № 6,
50 (1936).
7. К и ц и н М. Д., Метеорология и гидрология, № 6, 61 (1941).
8. С о л о в ь е в В. А., Труды ГГО им. Воейкова, вып. 58, 1956, стр. 120.
9. Б о р и с о в Ю. Г., Труды МАДИ, вып. 16, 1955, стр. 162.
10. Rosenblum N., Tech. Phys. USSR, 4, № 7, 564 (1937).
11. Ф у к с Н. А., Механика аэрозолей, Изд. АН-СССР, 1955.
ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ТРАЕКТОРИЮ ДВИЖЕНИЯ
ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ И ФАКЕЛ РАСПЫЛЕНИЯ
В. А. Губенский, 3. Н. Кузьмичева, Т. Е. Егорова
{НИИТЛП)
Заряженные частицы, которые образуются при распылении
в электрическом поле под действием ряда сил, двигаются к проти-
воположному осадительному электроду по определенной траек-
тории.
На заряженную частицу, находящуюся в электрическом поле,
в основном действуют следующие силы:
1) сила электрического поля
Fs = qE
где q—заряд частицы;
Е—напряженность поля в месте нахождения частицы;
2) сила тяжести
P = mg
где m—масса частицы;
g—ускорение силы тяжести;
3) кулоновские силы отталкивания одноименно заряженных
частиц, зависящие от заряда на частицах
С _ Ql
IP
где и q2—заряды частиц;
е—диэлектрическая проницаемость среды;
I—расстояние между зарядами.
Равнодействующая этих сил определяет траекторию движения
заряженной частицы. В общем случае математически описать
траекторию движения частицы в неоднородном электрическом
поле представляет значительные трудности. При расчете траекто-
рии необходимо учитывать большое число факторов: вектор на-
чальной скорости, полученной частицей на распылительном элект-
роде в момент распыления; сопротивление воздуха; силу электри-
ческого поля; силу тяжести; силы, определяемые законом Куло-
59
Рис. 1. Схема измерения среднего
угла факела распыления а'
h—расстояние между электродами, с,м;
радиус отпечатка факела на осадитель-
ном электроде, см.
на; массу и вес частицы; концентрацию частиц и влияние объем-
ного заряда, создаваемого окружающими частицами; конфигу-
рацию электрического поля; условия среды (температура, влаж-
ность и давление воздуха) и другие параметры.
Предложенные рядом авторов1’2 уравнения для траектории
движения частицы и угла распыленного факела получены со
многими допущениями и слишком сложны для практического поль-
зования ими.
Угол распыленного факела является функцией многих пере-
менных. Он изменяется в зависимости от приложенного напря-
жения, свойств жидкостей, скорости течения жидкостей (вели-
чины подачи), расстояния между электродами * и других пара-
метров.
В связи с этим значительный интерес представляло экспери-
ментально исследовать влияние основных факторов на траекто-
рию движения частиц и угол распыленного факела; определить
оптимальные параметры режима распыления и пределы измене-
ния величин, входящих в эмпи-
рические функциональные зависи-
мости.
При распылении жидкостей с
помощью вертикально установ-
ленного распылительного устрой-
ства3 частицы аэрозоля в фа-
келе, направленном вниз, обра-
зуют отпечаток на осадительном
электроде в виде круга, радиус
которого определяется тангенсом
среднего угла факела распыления
, - R
tga = -^ или средним углом рас-
пыления а (градусы) между рав-
нодействующей приложенных сил
и вертикалью. Средний угол
распыления а и соответствующий
ему радиус 7? отпечатка на осади-
тельном электроде были приняты
в качестве измеряемого параметра
и критерия оценки распыля-
емости различных жидкостей. Эти
параметры распыленного фа-
кела имеют также большое прак-
тическое значение, так как поз-
воляют подобрать составы с оптимальными свойствами и режимы
их распыления и на основе данных геометрических параметров
факела (угла факела распыления и диаметра отпечатков) опреде-
лить размеры окрашиваемой поверхности и требуемое число рас-
60
пыляющих устройств. Схема измерения среднего угла факела
распыления а приведена на рис. 1. Характер распыления и факел
фиксировались на фотопленку при помощи фоторегистрирующей
аппаратуры3. Для обработки фотоснимков негативы проектиро-
вались на экран с масштабной сеткой или непосредственно отпе-
чатывались на фотобумаге.
Влияние приложенного напряжения. Для выяснения влияния
приложенного напряжения на угол распыленного факела а при-
менялись напряжения от 30 до 100 кв с интервалом в 10 кв.
Максимальный градиент напряженности поля 5 кв/см.
На рис. 2 представлены фотографии факелов и на рис. 3,а—
кривые изменения среднего угла распыления а в зависимости от
приложенного напряжения UKe на распылительном электроде—
а=Д[7) для растворов алкидной смолы ФЛ-39.
Экспериментальные данные, приведенные на графике рис. 3,н,
показывают, что средний угол факела распыления а, при увели-
чении напряжения уменьшается по асимптотическим кривым.
Это можно объяснить преобладающим влиянием силы электриче-
ского поля F\=qE, действующей на заряженные частицы в вер-
тикальном направлении, над радиальными силами взаимного
отталкивания одноименно заряженных частиц. При напряжении
от 70 до 100 кв а изменяется незначительно и постепенно стабили-
зируется. Если преобладает влияние зарядов частиц при относи-
тельно'слабом поле, то средний угол распыления и факел увели-
чиваются.
Обработка полученных данных и построение выпрямленных
кривых в логарифмической сетке (рис. 3,6) показывают, что
экспериментальные точки хорошо ложатся на прямые. Это указы-
вает на то, что зависимость a=f([7) может быть выражена степен-
ной функцией:
где a = KaUp (1)
и р—постоянные величины для данной жидкости.
После логарифмирования уравнение (1) принимает вид:
lga = lgKa + plgH (2)
Выражение (2) представляет собой уравнение прямой линии
с угловым коэффициентом р.
Значения постоянных величин Ка и р для различных рас-
творов алкидной смолы ФЛ-39, вычисленные на основе получен-
ных графиков (рис. 3,6), приведены в табл. 1.
Аналогичные результаты и зависимости были получены и
для растворов смол других марок: пентафталевой ПФ-3, моче-
вино-формальдегидной К-411-02, мел амино-фор мальдегидной
61
Рис. 2. Фотографии факелов распыления при различном напряжении на рас-
пылительном электроде.
Характеристика лакокрасочного материала: смола ФЛ-394-метилэтилкетон;
т]=39 спз; а=24,5 дин/см; f= 14,3• 10'8 ом-1-слг1; е=9, 6G= 1,5 см3!мин.
а—30 кв; 6—50 кв; в—70 кв-
.U,kS и’к8
а 6
Рис. 3. Зависимость среднего угла распыления а для различных растворов
алкидной смолы ФЛ-39 от приложенного напряжения:
а—в обычных, координатах; б—в логарифмических координатах.’
1—этилцеллозольв; 2—РЭ-4; 3— СНЭ; 4—КНЭ.
ЗНАЧЕНИЯ Ки и р ДЛЯ РАСТВОРОВ СМОЛЫ ФЛ-39
Таблица 1
Номер раствора* Растворитель р
1 Этилцеллозольв 178 —0,544
2 РЭ-4 (сольвент каменноугольный, эта- нол, ацетон 5:2:3) СНЭ (сольвент каменноугольный, нит- ропропан-2, этилцеллозольв 2: 1:1) 122 —0,478
3 107 —0,474
4 КНЭ (.и-ксилол, нитропропан-2, этил- целлозольв 2:1:1) 96 —0,476
* Номера растворов соответствуют номерам кривых на графиках рис. 3, а и б.
К-421-02 и др. Из полученных данных следует, что общий харак-
тер изменения среднего угла распыления а примерно одинаков
и зависит главным образом от энергии движения частиц в на-
правлении поля, от перпендикулярно к нему направленных ради-
ально расходящихся сил отталкивания одноименных зарядов и
от силы тяжести. Однако степень изменения а зависит от физико-
химических свойств жидкостей и режимов распыления. На
рис. 3,6 видно смещение прямых относительно друг друга
и небольшое изменение угла их наклона.
Влияние физико-химических свойств жидкостей на средний
угол распыления а. Исследовали растворы алкидных, мочеви-
но- и меламино-формальдегидных смол с различными свой-
ствами .
Параметры среднего угла факела распыления а оценивали
в зависимости от основных свойств жидкостей: поверхностного
натяжения а (в дин/см), вязкости ц (в спз), электропроводности
у (в олт-1 -слГ1) и диэлектрической проницаемости s. Напряжение
на распыляющем устройстве во всех опытах было постоянным—
U = —50 кв, средний градиент напряженности поля Е=2,5 кв/см',
объемная скорость течения жидкости из сопла (величина подачи)
G = l,5 см2/мин.
На рис. 4 приведены фотографии факелов распыления жид-
костей с различными свойствами. Из рисунка видно, что качество
распыления и угол факела возрастают по мере улучшения физико-
химических свойств жидкостей.
При распылении растворов алкидных смол ФЛ-39, ПФ-3 и
других в неполярных растворителях (лт-ксилоле, уайт-спирите,
сольвенте каменноугольном и др.) эффекта распыления и форми-
рования факела практически не наблюдается. Вначале из сопла
выходит раствор смолы в виде непрерывной нити, которая затем
превращается в отдельные вертикально падающие крупные капли.
63
Это можно объяснить преобладанием внутримолекулярных сил
над электростатическим давлением величина которого вследст-
вие плохой электризации жидкости, по-видимому, очень мала.
Поэтому малополярные вещества, характеризующиеся ма-
лыми значениями е и у, плохо поддаются электростатическому
распылению. Наблюдающийся слабый эффект распыления и по-
Рис. 4. Факелы распыления растворов смол с различными физико-химическими
свойствами (напряжение на распылительном электроде U = —50 кв):
а—смола ФЛ-39+л-ксилол; 11=57 спз: 0=26 дин/см, V=2- 1О-10 ом~1 • ел-1; в=2,45; б—смола
ФЛ-394-этилцеллозольв: т)=52 отз, 0=24,5 дин/см, т=60- 10-8 ол-1 • сл-1, в=11,4; в—смола
К-411-02-}-этилцеллозольв: 11=51 спз: 0=26,52 дин/см, Т=79.10-8 ол-1-сл-1, 8=12,3. ;
лучение узкого кольцевого отпечатка в системах с вращающимся
кольцевым электродом (чаши, грибки) в основном определяется
действием центробежных сил.
Хорошее распыление с большим углом факела заряженных
частиц (рис. 4,6 и рис. 2) Наблюдается при введении в растворы
алкидных смол различных полярных добавок: растворителей,
поверхностно-активных веществ (ПАВ), а также при применении
их в смеси с другими высокополярными смолами, обладающими
относительно большими значениями у и е.
Растворы мочевино- и меламино-формальдегидных смол
(К-411-02, К-421-02, рис. 4,в) при распылении дают широкий
факел, четко ограниченный и равномерный отпечаток на осади-
тельном электроде. Это связано с присутствием в молекулах смол
полярных функциональных групп, которые способствуют увели-
чению значений у и е, а следовательно, и электростатического
давления Р9.
64
Электризация полярных жидкостей осуществляется с большой
скоростью и электростатическое давление Рэ быстро достигает
максимального критического значения, при котором происхо-
дит распыление жидкостей.
Вместе с тем предельное значение U и Рэ для распыления
тем меньше и качество распыления тем лучше, чем меньше о и ц
жидкостей.
Из рис. 5—8 видно, что а существенно меняется с изменением
физико-химических свойств жидкостей. С уменьшением поверх-
ностного натяжения а (рис. 5) и вязкости т) (рис. 6) а увеличивает-
ся. При этом возрастает степень дисперсности распыленных час-
Рис. 5. Зависимость угла факела рас-
пыления а для различных растворов
смол от поверхностного натяжения
а жидкостей:
/—смола ФЛ-394-этилцеллозольв; 2—смола
ФЛ-39-{-РЭ-4; 3—смола К-411-02-|-этилцелло-
зольв.
Рис. 6. Зависимость угла факела рас-
пыления а от вязкости т] жидкостей г
/—смола ФЛ-39-|-этилцеллозольв; 2—смола
ФЛ-39-|-РЭ-4; 3—смола К-411-02-|-этилцелло~-
зольв.
тиц и концентрация их в единице объема; это обусловливает уве-
личение влияния объемного заряда аэрозоля и эффекта электро-
статического рассеяния заряженных частиц с одновременйым
увеличение^ факела и угла распыления а. Аналогичный характер
изменения а наблюдается и с уменьшением вязкости растворов т],
при этом уменьшается концентрация дисперсной фазы (смолы)
и ослабляются силы межмолекулярного взаимодействия, так как
в разбавленных растворах молекулы сильно удалены друг от
друга и вероятность их взаимодействия очень ограничена.
5—1348
65
С увеличением диэлектрической проницаемости е и электро-
проводности у жидкостей средние углы распыления а возрастают
(рис. 7 и 8). Однако это соблюдается только до определенных зна-
чений е и у, за пределами которых наблюдается ухудшение
процесса распыления. Диэлектрическая проницаемость е и электро-
распыления а от диэлектрической проии- распыления а от электропровод-
цаемости е жидкостей: ности жидкости (смола ФЛ-39-р
1—смола фЛ-394этили.сллозолыг, 2—смола ЭТИЛцеллОЗОЛЬВ).
ФЛ-394-РЭ-4; 3—смола К-411-02-рэтилцеллозольв.
проводность у материала функционально связаны, хотя между
ними и не существует прямого математического соотношения.
Чем выше е, тем выше и у; при этом с изменением е электропро-
водность у изменяется более интенсивно2. Однако электропро-
водность у не должна быть слишком высокой, так как в этом слу-
чаевозрастает скорость обратной утечки зарядов при отделении ка-
пель; при этом эффективность зарядки и распыления снижается.
При уменьшении е и у постепенно уменьшается угол распыленно-
го факела, снижается величина заряда частиц и ухудшается
качество распыления.
Анализ результатов исследований показывает, что для более
полной характеристики материалов и выяснения возможности их
распыления в электрическом поле требуется комплексное опре-
деление основных физико-химических свойств распыляемых ма-
териалов (а, ц, у, г). От соотношения физико-химических харак-
теристик зависят качество распыления и геометрические парамет-
ры факела.
Применение упрощенных соотношений, например е/а, во мно-
гих случаях недостаточно для полной характеристики новых
66
материалов и возможно только для изученных материалов. Опыт-
ным путем установлены следующие пределы оптимальных зна-
чений основных физико-химических свойств для растворов на
основе алкидных, мочевино- и меламино-формальдегидных смол:
е=6—12; у=8-10-7—2• 10“8 ом^-смГ1, а=23—28 дин/см, т] =
=25—70 спз. Взаимосвязь между а и свойствами жидкостей при
прочих постоянных параметрах и услозиях распыления можно
выразить в общем виде следующей эмпирической функциональ-
ной зависимостью:
— / с~п.~Ь \
о)
где п, Ь, гп, а и К—постоянные величины для данной жид -
кости. _
Зависимости а от входящих в уравнение (3) величин, характе-
ризующих свойства жидкостей, могут быть выражены в виде сте-
пенных функций (a =/Q-г"; а=/(гу*ит. д.). Логарифмирование
степенных уравнений и обработка экспериментальных данных
аналогично зависимости а=/((7) приводит к получению резуль-
татов, которые в логарифмических координатах геометрически
интерпретируются прямыми линиями с постоянными для данной
жидкости и условий распыления угловыми коэффициентами.
Численные значения постоянных величин и пределы измене-
ния переменных величин для некоторых растворов смол ФЛ-39
и К-411-02 приведены в табл. 2.
На рис. 9 представлен график зависимости угла факела рас-
пыления от вязкости жидкостей.
Эмпирическая функциональная зависимость среднего угла
факела распыления а от напряжения электрического поля и
свойств жидкостей при постоянных значениях hnG может быть
представлена следующим образом:
a = Г[а jjp ) (4)
Следует отметить, что на качество распыления оказывают влия-
ние также технологические режимы и параметры установки, в
частности: скорость течения жидкости (подача) G (в см3/мин) и
расстояние между электродами h (в см). С возрастанием G изме-
няются характеристики поля, снижается дисперсность, частицы
заряжаются недостаточно полно, ухудшается качество покрытия
и увеличиваются потери материала. При этом зона раздробления
толстой нити (струи) жидкости все более отдаляется от распыли-
тельного электрода; наблюдается увеличение эффекта волнового
распада и рассеивания отдельных частиц за пределы плотной части
отпечатка; распыление становится неравномерным.
5*
67
Таблица 2
ЗНАЧЕНИЙ ЙЕЛИЧИН ВХОДЯЩИХ В ЭМПИРИЧЕСКИЕ ЗАВИСИМОСТИ СРЕДНЕГО УГЛА ФАКЕЛА РАСПЫЛЁНЙЯ а ОТ
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДЛЯ НЕКОТОРЫХ РАСТВОРОВ АЛКИДНЫХ И МОЧЕВИНО-ФОРМАЛЬДЕГИДНЫХ СМОЛ
Жидкости Поверхностное натяжение о дин/см Вязкость 1), спз Диэлектрическая проница- емость $ Электропроводность у, ом-1 -см-1
пределы изменения а Ко т пределы изменения п К-Ц а пределы изменения е К. п пределы изменения у-108 Ку в
Алкидная смола ФЛ-39+ этилцеллозольв .... 24—30 13,34-10s —1,29 44—113 83,3 —0,337 9,3—12,3 0,82 1,36 34,5—77 4,16 0,4
Алкидная смола ФЛ-39+ РЭ-4 24—32 22,6-102 —1,47 32—150 50,3 —0,247 8,5—12 1,89 0,97 30—50 0,734 0,87
Алкидная смола ФЛ-39+ снэ 25—32,5 5,81-102 —1,07 36—110 95,4 —0,314 6,4—11,2 3,72 0,7 3,3—16,6 10,2 0,243
Алкидная смола ФЛ-39+ КНЭ 25—32,6 17,65-102 -1,41 40—110 68,5 —0,35 6,3—8,5 1,26 1,3 3—12 9,9 0,271
Мочевино-формальдегид- ная смола К-411-02+ бутиловый спирт 23—27,4 38-10* —3,05 37—105 185 —0,506 9,7—12 25,1-10-* 3,87 27—132 2,98 0,50
Мочевино-формальдегид- ная смола К-411-02+ этилцеллозольв 26,3— 29,8 5,43-10е —3,75 43—130 167,5 —0,583 8—14 96,8-10-2 1,3 27—185 4,61 0,37
Мочевино-формальдегид- ная смола К-411-02+ КНЭ 26,4— 30,0 10,5-108 —5,33 30—90,6 176,5 —0,54 9,4—12,3 15,5-10-2 2,0 31-145 5,81 0,31
При прочих равных условиях чем меньше скорость поступ-
ления жидкости, тем мельче распыленные частицы, которые очень
быстро получают предельный заряд, и, следовательно, тем более
эффективно электростатическое распыление.
При увеличении расстояния между электродами ослабляется
Рис. 9. Зависимость угла факела распыления а от
вязкости т] жидкостей (в логарифмической сетке):
/—смола ФЛ-39-{-этилцеллозольв; 2—смола ФЛ-39-{-РЭ-4; 3—смола
К-411-024-эти лцел лозольв.
распыления. Уменьшение расстояния между электродами опре-
деляется условиями безопасности и требованиями промышлен-
ного применения.
Пределы оптимальных величин этих параметров были также
определены и приведены в работе4. При отклонении от них умень-
шается степень дисперсности частиц и увеличиваются потери
при практическом осуществлении процесса окраски.
Для проверки найденных общих закономерностей были про-
ведены опыты также с растворами на основе смол других марок:
ПФ-3, ГФ-019, К-421-02. Полученные результаты достаточно хо-
рошо согласовывались с зависимостями, установленными для
смол ФЛ-39 и К-411-02.
При подборе составов и режимов их распыления рекомен-
дуется придерживаться установленных оптимальных пределов
величин, оказывающих влияние на качество распыления.
При применении растворителей и добавок ПАВ предпочти-
тельнее использовать высококипящие жидкости с малой упру-
гостью паров и учитывать их совмещаемость для получения тер-
модинамически устойчивых систем.
69
При проверке и определении пригодности лакокрасочных
материалов для распыления в электрическом поле рекомендуется
пользоваться методикой и аппаратурой падающего факела3, поз-
воляющими путем визуальных наблюдений, фотографирования
и оптических измерений осуществлять наиболее полный анализ
качества распыления жидкостей: определение геометрических
параметров факела (формы, диаметра отпечатка и угла распы-
ления), а также определение плотности осаждения, дисперсности,
скорости полета частиц, концентрации частиц, общего и сред-
него заряда частиц и других параметров.
ЛИТЕРАТУРА
1. Oesterle К. М., Farbe u. Lack, 64, № 7 (1958).
2. Моисеев Е. В., Лакокрасочные материалы и их применение, № 1,
49 (1961); ЯвЗ, 52 (1962); №6, 32 (1963).
3. Губенский В. А., Лакокрасочные материалы и их применение,
№ 1 (1966). !
4. Справочник по лакокрасочным покрытиям, Изд. «Машиностроение», 1964.
ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ПНЕВМАТИЧЕСКИХ РАСПЫЛИТЕЛЕЙ
ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЗАРЯДКИ РАСПИЛИВАЕМЫХ
ЖИДКОСТЕЙ
Л. Ю. Виснапуу, Л- Ю. Рейнет
{Тартуский государственный университет)
Существует несколько способов зарядки распиливаемых ма-
териалов. Все эти способы основаны главным образом на исполь-
зовании коронного разряда или электростатической индукции.
Устройства, применяемые для зарядки лакокрасочных материа-
лов, работают от источников довольно высокого напряжения
(80—140 кв), громоздки или сложны по конструкции.
В Тартуском университете изучалась возможность использо-
вания обычных пневматических краскораспылителей для электро-
окраски и разработано несколько образцов специальных рас-
пылителей, с помощью которых можно получать заряженный
факел распыленного лакокрасочного материала. При этом стре-
мились использовать по возможности невысокие напряжения и
создать несложные по конструкции устройства.
При коронном разряде, образующемся при высоких напря-
жениях на электродах с большой кривизной (острия, тонкие про-
волоки, острые кромки), в окружающей среде существует поток
ионов воздуха. Если в эту зону направить струю распыленной
жидкости, то ионы осядут на ее частицах и зарядят их. Для этого
необходим униполярный коронный разряд. Таким образом, за-
рядка частиц в поле коронного разряда основана на адсорбции
газовых ионов на этих частицах.
Следует отметить, что с приближением к зоне разряда коро-
нирующего электрода плотность ионов увеличивается и, следо-
вательно, эффективность зарядки частиц повышается. Однако,
одновременно по мере приближения к коронирующему электроду
возрастают силы электрического поля, притягивающие частицы
к электроду. В зависимости от свойств жидкости последняя, на-
ходясь вблизи коронирующих электродов, может прилипать к ним,
в результате чего образуются наросты; при этом уменьшается ин-
71
тенсивность коронного разряда и, следовательно, эффективность
зарядки. Коронирующие электроды могут засоряться также и
взвешенными в воздухе частицами пыли, оседающими на них.
Во избежание притяжения капель электроды должны быть уста-
Рис. 1. Зона электростатической
индукции:
А и D—электроды; В—слой воздуха;
С—слой жидкости.
новлены на определенном рас-
стоянии от факела распыленной
жидкости.
При индукционной зарядке
частицы распыливаемой жидко-
сти приобретают заряд в так
называемой зоне индукции. Зона
индукции представляет собой
слой воздуха В и распыливаемой
жидкости С, находящихся меж-
ду поверхностями электродов А
и D (рис. 1).
Распыление жидкости при
этом может осуществляться за
счет механической энергии струи
воздуха, действующей на по-
верхности раздела слоев В и С, вибрации или вращения электро-
да D или же электрической энергии сильного внешнего поля.
Если к электродам А и D приложена разность потенциалов, то
между ними образуется электрическое поле, под действием ко-
торого в слое жидкости происходит распределение свободных
зарядов—индуцируются поверхностные заряды с плотностью
а — s0 sE
(О
где s0—диэлектрическая проницаемость вакуума;
s—относительная диэлектрическая проницаемость жид-
кости;
Е—напряженность поля вблизи поверхности.
При отрыве частиц от рассматриваемого слоя жидкости на
них остаются заряды. Для оценки степени электризации частиц
целесообразно ввести понятие величины средней плотности за-
ряда распыленной жидкости, определяемой формулой:
Р
(2)
где I—заряд, уносимый частицами в единицу времени;
Фж—объемная скорость распыления жидкости.
Исходя из уравнения непрерывности для объемной плотности
зарядов, можно показать, что
Р = Ро 1 —ехр
t
Ео £Рг>
(3)
72
где ро—плотность зарядов такой порции жидкости, для которой
распределение свободных зарядов при данной напряжен-
ности поля практически закончилось;
t—время распределения зарядов;
Рк—удельное сопротивление жидкости.
На основании уравнения (3) можно заключить, что степень
электризации путем индукции зависит от свойств распыля-
емой жидкости.
Время t, в течение которого в определенной порции жидкости
происходит распределение зарядов, зависит от устройства рас-
пылителя и ограничивается объемной скоростью распыления.
Силу тока I практически можно измерить микроампермет-
ром, через который заземляется специальный коллектор, на ко-
торый направляется факел распыленной и электризованной жид-
кости.
Ниже рассматриваются некоторые конструкции распылителей
и приводятся данные, характеризующие степень электризации
различных жидкостей, распыленных с помощью этих распыли-
телей.
Краскораспылитель типа 0-45, снабженный приставкой с ко-
ронирующим и индуцирующим электродами (рис. 2) Для заряд-
ки распыленных жидкостей
применялся коронирующий
или индуцирующий элект-
род, а также оба элект-
рода.
Ниже разбираются три
варианта зарядки лако-
красочного материала:
I вариант: перед соплом
распылителя установлен
кольцеобразный индуцирую-
щий электрод диаметром
10 мм на расстоянии 5 мм
от сопла, на электрод пода-
но напряжение 4-4 кв', коро-
нирующий электрод отсут-
ствует;
II вариант: перед соплом
распылителя установлен ко-
ронирующий электрод в виде
трех иголок, на которые по-
дано напряжение —9 кв, при-
чем индуцирующий элект-
Рис. 2. Краскораспылитель, снабженный
приставкой с коронирующим и инду-
цирующим электродами:
/—острия коронирующего электрода; 2—инду-
цирующий электрод; 3— выключатель напряже-
ния сети; 4— источник высокого напряжения;
5—держатель электродов.
род заземлен; среднее расстояние между остриями иголок
и пластинкой, прикрепленной к индуцирующему электро-
ду, 25 мм',
73
Ill вариант: перед соплом распылителя установлен корони-
рующий электрод в виде трех иголок, на которые подано напря-
жение—9 кв; на индуцирующий электрод подано напряжение
+4 кв (комбинация I и II вариантов).
В табл. 1 приводятся данные о степени электризации некото-
рых жидкостей при зарядке их перечисленными выше способами.
Таблица 1
СТЕПЕНЬ ЭЛЕКТРИЗАЦИИ НЕКОТОРЫХ ЖИДКОСТЕЙ
Жидкость Удельное объемное сопротивление Ру 0М‘М Относи- тельная диэлек- трическая проница- емость е .Плотность заряда р распыленной жидкости (в мкк/мл) при исполь- зовании различных электродов
I И ш
Бензин 9,0-10s 2,3 0 1,6 1,8
Бензол 3,2-10» 2,3 0 1,4 1,2
Ксилол 3,Ы08 2,4 0 1,7 1,9
Эмаль МА-224 (муар) черная . . . 1,4-10’ — 0,1 1,0 1,9
Глифталевая грунтовка № 138 . . 1,1-10’ — 0,1 1,2 1,8
Лак для молотковых эмалей МЛ-25 1,0-10» — 0,3 3,0 1,6
Дихлорэтан ‘ . 5,0-105 2,3 0,2 2,0 2,1
Нитроэмаль алюминиевая 2,8-10» — 1,5 1,8 1,9
Спирт 2,8-10» 26 0,9 1,6 2,1
Ацетон 2,7-10» 21,4 0,9 1,5 1,8
Вода 0,9.10» 81 1,4 1,3 2,4
Из табл. 1 видно, что с помощью индуцирующего электрода
можно заряжать жидкости, обладающие удельным объемным со-
противлением pv< 107 ом-м. С помощью коронирующего электро-
да можно зарядить все жидкости, причем заметной зависимости
степени электризации от свойств самой жидкости не наблюдается.
На рис. 3 показана зависимость силы тока, создаваемой заря-
женными частицами, от напряжения на коронирующем (рис. 3,а)
и индуцирующем электродах (рис. 3,6).
Несмотря на то что плотность заряда при применении при-
ставки сравнительно невелика, электроосаждение при окраске
мелких изделий эффективнее по сравнению с осаждением без при-
ставки.
На рис. 4 изображена приставка с коронирующими острия-
ми, обращенными в сторону полета частиц. С помощью краско-
распылителя 0-45, снабженного такой приставкой, при напряже-
нии на остриях 50 кв и расходе молоткового лака МЛ-25 0,6 мл!сек
был получен заряд плотностью около 5 мкк!мл.
На рис. 5 показан (в разрезе) разработанный авторами рас-
пылитель с коронирующим острием, установленным на осевой
линии кольцевого сопла. На контакт 1 подается высокое постоян-
ное напряжение (10—20 кв), на острие иглы возникает коронный
разряд. Для повышения интенсивности коронного разряда и при-
74
ания ионам воздуха определенного направления движения перед
распылителем помещается заземленное кольцо 7. При подаче к
штуцеру 3 сжатого воздуха последний устремляется по каналу
в коническую полость и оттуда через круговые щели в атмосферу.
а—коронирующий электрод; б—индуцирующий электрод.
/—без подачи жидкости; 2—при распылении; 3—расстояние от электрода
до сопла 5 мм; 4—расстояние от электрода до сопла 10 мм; 5—расстоя-
ние от электрода до сопла 15 мм.
Рис. 5. Распылитель с осевым коро-
нирующим электродом:
/—контакт высокого напряжения; 2—корпус;
3—штуцер для подачи сжатого воздуха; 4—
контргайка; 5 и 6—наконечники; 7—кольцо;
8—штуцер для подачи жидкости.
Рис. 4. Приставка с коронирую-
щими остриями.
Если при этом к штуцеру 8 подведена жидкость, то она увлекает-
ся струей воздуха и при выходе из щели распыляется. Скорость
подачи жидкости регулируется поворотом наконечника. Частицы
распыленной жидкости пересекают конический разрядный про-
75
межуток, образованный острием и кольцом 7, и приобретают элек-
трические заряды. Факел распыленного материала направляется
на окрашиваемое изделие. Некоторые опытные данные, получен-
ные при испытании этого распылителя, представлены в табл. 2.
Объектом исследования являлось трансформаторное масло (рас-
ход жидкости 0,45 мл/сек; расход воздуха 0,36 л!сек).
Таблица 2 '
СИЛА ТОКА (в мка), ВОЗНИКАЮЩАЯ НА КОЛЛЕКТОРЕ ПРИ ИСПЫТАНИИ
РАСПЫЛИТЕЛЯ
Диаметр заземленного кольца мм Напряжение на коронирующем электроде
5 кв 10 кв
без подачи жидкости при распыле- нии без подачи жидкости при распыле- нии
7 0,3 0,4 0,1 0,3
12 0,5 1,5 0,5 2,0
25 0,4 0,5 0,5 1,3
Без кольца — — 0,6 0,2
Зависимость плотности заряда от расхода жидкости показана
на рис. 6. Как видно из рисунка, плотность заряда уменьшается
с увеличением расхода жидкости, хотя величина заряда, уноси-
Рис. 6. Зависимость плотности заряда от расхода
распыляемой жидкости (распылитель с осевым
коронирующим электродом) при £/кор.= 10 кв-
мого распыляемыми частицами в единицу времени (сила тока на
коллекторе), при этом возрастает (/=рФж). Это обстоятельство
следует учитывать при выборе режима работы распылителя.
На рис. 7 изображен (в разрезе) распылитель с осевым индуциру-
ющим электродом*. При работе распылителя сжатый воздух
* Конструкция этого распылителя разработана совместно с сотрудниками
НИИТЛП (Э. В. Алексеев и др.).
76
поступает через штуцер 1 в полость корпуса 4, проходит через от-
верстия индуцирующего электрода 5 и распыляющее сопло. При
этом из кругового канала через кольцевую щель струей воздуха
подсасывается лакокрасочный материал и распыляется. Если
Рис. 7. Распылитель с осевым индуцирующим электро-
дом:
1—штуцер для подачи сжатого воздуха; 2—фиксатор осевого элект-
рода и контакт напряжения; «3—контргайка; 4—корпус; 5—осевой
индуцирующий элекгрод; 6—штуцер для подачи жидкости; 7—нако-
нечник.
на индуцирующий электрод 5 подано постоянное напряжение от-
носительно распыливаемой жидкости, которая заземлена, то на
поверхности цилиндрического слоя жидкости при выходе из соп-
ла индуцируются заряды, в
результате чего частицы рас-
пыленной жидкости оказы-
ваются электрически заря-
женными. Заряженные час-
тицы в потоке воздуха
направляются в сторону по-
верхности, подлежащей по-
крытию. Расход воздуха при
работе такого распылителя
при избыточном давлении в
системе питания 2 ат со-
ставляет около 2,5 л!сек. При
Рис. 8. Зависимость силы тока от
распылении воды расход жид- напряжения индуцирующего электрода
кости можно регулировать в (расход жидкости 1 мл!сек).
пределах от 0 до 6 мл!сек.
На рис. 8 показана зависимость силы тока от напряжения на
индуцирующем электроде (для рассматриваемого распылителя).
При повышении напряжения на индуцирующем электроде сила
тока, а следовательно, и степень электризации распыляемого ма-
териала увеличивается до определенного предела, а при дальней-
шем повышении напряжения начинает снижаться. Таким обра-
зом, существует оптимальное напряжение, подаваемое на ин-
77
дуцирующий электрод, при котором плотность заряда максималь-
на. Для описанного распылителя оптимальное напряжение со-
ставляет 600—800 в.
На рис. 9 показана зависимость плотности заряда от расхода
жидкости при различных положениях осевого индуцирующего
электрода в распылителе. Так же как при распылителе с коро-
нирующим электродом, плотность заряда с увеличением расхода
жидкости уменьшается. Плотность заряда при заданном режиме
работы распылителя в определенной мере зависит от положения
индуцирующего электрода.
Рассмотренные выше пневмоэлектрораспылители при отсут-
ствии напряжения на их электродах работают, как обыкновенные
пневматические распылители. При эт>м, разумеется, распыляе-
мый материал электрически не заряжен и отсутствуют эффекты,
характерные для электроокраски.
Рис. 9. Зависимость плотности заряда от расхода
распыляемой жидкости при различных положениях
индуцирующего электрода (см. рис. 7), (Уинд =450 в:
/_^==16 мм; 2—</=16,8 мм} 2—</=17,1 мм.
На рис. 10 представлен один из возможных вариантов схемы
установки для электроокраски изделий водоэмульсионными крас-
ками. Краска распыляется и электрически униполярно заряжает-
ся специальными пневмоэлектрораспылителями 1. Заряженная
распыленная краска направляется двумя распылителями в окра-
сочную камеру 2, через которую проходят окрашиваемые изде-
лия 3, подвешенные на заземленном конвейере. При расстановке
распылителей, показанной на рис. 10, уменьшается унос частиц
распыленной краски потоком воздуха (один из недостатков пнев-
матических распылителей). Витки из тонкой проволоки 4 обра-
зуют своеобразный коридор при прохождении изделий через ка-
78
меру. Камера подвешена на изоляторах. Не попавшая на изделия
электрически заряженная краска обусловливает высокий потен-
циал проволочных витков относительно изделий, а сама стекает
в специальный краскосборник. Электрическое поле, возникающее
Рис. 10. Схема установки для электроокраски:
1—пневмоэлектрораспылитель; 2—камера; 3—окрашиваемое изделие;
4—витки тонкой проволоки.
между витками проволоки и окрашиваемыми изделиями, направ-
ляет частицы краски на изделия.
В заключение отметим, что описанные исследования электри-
зации распыленных жидкостей находятся пока на уровне лабора-
торных испытаний.
Распылители с индуцирующим электродом перспективны при
электроокраске водоэмульсионными красками и другими электро-
проводящими материалами. Несмотря на то что по степени элект-
ризации распыленных неэлектропроводящих материалов рас-
смотренные пневмоэлектрораспылители уступают известным элект-
рораспылителям (щелевым, чашечным и др.), они обладают опре-
деленными преимуществами как перед электрораспылителями
(более простая конструкция; сравнительно низкое напряжение,
подаваемое на электрод; возможность окраски изделий сложной
конфигурации), так и перед обыкновенными пневматическими рас-
пылителями (более равномерные и лучшего качества покрытия,
пониженный расход распыляемых материалов). В дальнейшем
предполагается конструктивная и технологическая отработка
подобных распылительных устройств.
79
ДЕЙСТВИЕ ПОПЕРЕЧНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ
НА ЗАРЯЖЕННЫЕ ЧАСТИЦЫ КРАСКИ
П. С. Стехин
[Луганский машинсстроителъный институт)
Рис. 1. Схема процесса окраски:
/—коронирующий электрод (сопло); 2—
заряженные частицы краски; «?—осадитель-
ный электрод.
В практике находят широкое применение различные способы
нанесения неметаллических покрытий в электрическом поле.
.Для эффективного развития этих перспективных способов необ-
ходимы большие теоретические разработки и экспериментальные
исследования.
Целью настоящей работы являлось изучение движения заря-
женных частиц лакокрасочного материала в магнитном поле, со-
здаваемом специальным электромагнитом. Знание характера дви-
жения заряженных частиц в магнитном поле позволит выяснить
возможность управления поле-
том этих частиц с помощью
вводимого магнитного поля.
Схема процесса окраски при
воздействии электрического и
магнитного полей представлена
на рис. 1.
Отрицательно заряженные
частицы краски 2 из сопла 1
(коронирующий электрод) под
действием сил электрического
поля напряженностью Е, соз-
даваемого высоким напряжени-
ем U, направляются к поверх-
ности осадительного электрода
3. При движении заряженные
частицы дополнительно испытывают действие поперечного
электрического поля напряженностью Ег.
Частицы краски движутся со скоростью V , которая возни-
кает в результате: действия электрической силы в направлении
осадительного электрода; поступательного движения, сообщен-
80
ного частицам лакокрасочного материала при вылете из соп-
ла, а также направленного движения газа (электрический
ветер)1-3.
Если с помощью электромагнита, расположенного вблизи
сопла, создать магнитное поле с напряженностью Н, то, как из-
вестно, на элемент проводника бесконечно малой длины dl, по
которому течет ток силой I, действует сила FH, которая по закону
Ампера равна4
Fii = IHdl (1)
Если взять элемент объемом V, по которому в магнитном поле
протекает ток плотностью i, то в этом случае сила, действующая
на элемент объема, будет равна
F'H = iHdv (2)
. di
где i = lim-^-;
dv = dSdl-,
dS—бесконечно малое поперечное сечение проводника.
Сила эта отлична от нуля только в том случае, если i#=0,
т. е. если в проводнике происходит движение электрических
зарядов.
С точки зрения электронной теории все пондеромоторные си-
лы, испытываемые любыми телами в магнитном поле, должны
в конечном счете сводиться к силам, приложенным к электриче-
ским зарядам этих тел. Соответственно этому и в рассматривае-
мом случае следует попытаться свести силу Ен, испытываемую
проводником, несущим ток, к силам, испытываемым зарядами,
движущимися в этом проводнике.
Плотность тока i в любом проводнике можно выразить через
концентрацию свободных электронов п и их среднюю направлен-
ную скорость Vy
i = neVy (3)
где е—заряд электрона.
Известно, что для металлического проводника ток равен
I~neVyS (4)
Концентрация электронов и сечение металлического про-
водника всегда постоянны, поэтому силу тока в металлическом
проводнике можно выразить как функцию одной перемен-
ной:
6—1348
El
По аналогии с металлическим проводником плотность тока,
переносимого частицами краски при распылении, можно выра-
зить формулой
i=--NQVy (5)
где N—концентрация частиц;
Q—средний заряд частиц;
Уу—скорость частиц.
Скорость частиц в свою очередь равна
где х—подвижность частиц;
Е—напряженность поля коронного разряда.
Заряженные частицы лакокрасочного материала можно рас-
сматривать как газообразный проводник. Концентрация заряжен-
ных частиц, скорость частиц и площадь поперечного сечения для
газообразного проводника являются переменными величинами
и, следовательно, сила тока газообразного проводника представ-
ляет собой функцию трех переменных:
/=/(^)
Таким образом, металлические и газообразные проводники
отличаются между собой тем, что ток в металлическом проводнике
является функцией только направленной скорости электронов,
а в газообразном — функцией трех переменных (концентрации
заряженных частиц, их направленной скорости и площади попе-
речного сечения проводника).
На основании изложенного силу, действующую на элемент
объема в магнитном поле, можно представить так:
F'H=NQVyHdv (6)
Это — результирующая сила, действующая на Ndt- заряженных
частиц, заключенных в элементе объема проводника и обладаю-
щих скоростью Vy. Естественно предположить, что на каждую
частицу действует сила Лоренца:
FH=QVyH (7)
Если учесть еще силу Fr=QEr (см. рис. 1), испытываемую заря-
женной частицей в электрическом поле Ег, то общая сила, испыты-
ваемая частицей с зарядом Q в произвольном электромагнитном
поле, выразится формулой
F=Q(Er + VyH) (8)
Эта сила по второму закону Ньютона должна уравновеши-
ваться силой инерции Fa заряженной частицы при изменении ею
82
скорости или направления движения. Тогда уравнение движе-
ния заряженных частиц в магнитном поле принимает вид:
/n^ = Q£+Q^H (9)
где т—масса частицы;
t—время.
Рассмотрим движение заряженных частиц в поперечном маг-
нитном поле. На основании уже приведенных рассуждений можно
считать, что поток заряженных частиц от коронирующего электро
да можно рассматривать как струйки гибких газообразных про
водников с частицами краски,
«закрепленными» на корони-
рующем электроде и «сво-
бодными» на осадительном
электроде. «Свободный» ко-
нец проводника может пе-
ремещаться под воздействи-
ем поперечного магнитного
поля.
На рис. 2 показана иссле-
дуемая модель движения за-
ряженных частиц лакокра-
сочного материала в попе-
Рис. 2. Модель движения заряженных
частиц краски в магнитном поле:
/—коронирующий электрод (сопло); 2—заряжен-
ные частицы краски; 3—осадительный электрод.
речном магнитном поле.
Прежде чем перейти к
определению величины от-
клонения траектории дви-
жения частицы под дейст-
вием магнитного поля, сделаем следующие оправданные до-
пущения:
1) для сравнительно небольшой скорости частиц лакокрасоч-
ного материала пренебрегаем изменением массы частиц;
2) считаем, что скорость частиц постоянна;
3) размеры частицы таковы, что деления ее не происходит;
4) силы поперечного электрического поля не учитываем.
Если частицы лакокрасочного материала, несущие электри-
ческие заряды, влетают в магнитное поле под произвольным уг-
лом по отношению к силовым магнитным линиям, то сила, дей-
ствующая на частицу, определяется только составляющей ско-
рости частиц, перпендикулярной силовым линиям магнитного
поля.
Эту составляющую можно определить из формулы
V2/ = V1sina (10)
где а—угол между вектором напряженности магнитного поля Н
и вектором скорости частицы Vv
6*
83
Тогда на основании формулы (7) сила, действующая на части-
цу в магнитном поле, будет равна
FH = QHVt sin а (11)
Направление этой силы перпендикулярно плоскости, в кото-
рой находятся векторы напряженности магнитного поля Н и
скорости Vy. Так как сила FH направлена всегда перпендикулярно
скорости частицы, то эта сила не изменяет величины скорости, а
только изменяет ее направление, т. е. искривляет траекторию
движения частицы. В магнитном поле заряд частицы остается по-
стоянным, и если напряженность поля постоянна, то
FH == QVyH = const
Из механики известно, что если искривление траектории дви -
жущегося тела производится постоянной по величине силой, пер-
пендикулярной скорости движения тела, то тело начинает дви-
гаться по окружности. Заряженные частицы лакокрасочного ма-
териала под действием поперечного магнитного поля отклоняются
и движутся по траектории, представляющей плавную кривую,
близкую, с некоторыми допущениями, к части окружности. Есте-
ственно, что в рассматриваемом случае траектория движущейся
частицы лежит в той же плоскости, что и сила FH.
Согласно уравнению движения заряженной частицы в магнит-
ном поле (с учетом принятых допущений), можно написать:
= = ’ (12)
Условием движения тела по окружности является равенство
центробежной силы —центростремительной силе. В рас-
А
сматриваемом случае центростремительной силой является FH;
приравнивая эти два выражения получаем:
mV?.
W'-tt <13)
где R—радиус окружности.
Отсюда можно найти радиус окружности, по которой будет
двигаться частица в однородном магнитном поле:
*=> ' <“)
Из формулы (14) видно, что траектория движения частицы
зависит от ее массы и заряда. После прохождения магнитного
поля частица будет двигаться по прямой, касательной к кривой
в точке выхода из магнитного поля (рис. 3), и общее отклонение
от оси у будет равно:
X^AX + ^tgcp
84
(15)
где ДХ—отклонение струи от оси на выходе из магнитного поля;
У2—расстояние между магнитной системой и осадительным
электродом;
Ф—угол, под которым частицы вылетают из магнитного
поля.
Из рис. 3 видно, что угол ф в треугольнике QMN и угол ф
в треугольнике PQOX равны между собой, как углы со взаимно-
перпендикулярными сторонами.
Из треугольника PQOT можно
определить, что
(16)
или
sin<p = -^- (17)
Величина ДХ из чертежа
равна:
ДХ = ОХО —OjP = R —R cos
(18)
или
ДХ = 7?(1 —cos ф)
Рис. 3. Схема расчета траектории
движения заряженных частиц в
магнитном поле.
Подставляем значение ДХ в выражение для Хх [формула (15)]
и получаем:
Х1 = 7?(1 —cosq)) + y2tgq> (19)
Учитывая, что угол <р мал, имеем
, л • 9 9 ф2 Yi
1 — cos ф = 2sin2-^- « и 5Шф=-Д =» <р
подставляем эти значения в уравнение (19) и получаем:
После преобразования выражение для Хх принимает вид:
Xi = T-(-f + r2) (20)
у
Так как -сг+Уз—Уз (где ¥&—расстояние между центром
магнитной системы и осадительным электродом, см. рис. 3) по-
лучаем:
Х,=^ (21)
85
Подставляя в уравнение (21) значение 7? из формулы (14),
получаем в окончательном виде:
~ mV у <22'
По уравнению (22) можно в первом приближении определить
траекторию движения заряженной частицы краски, когда на части-
цу действует поперечное магнитное поле.
Согласно уравнению (22) величина отклонения Хг частицы
краски от оси Y зависит от величины заряда частицы, величины
напряженности магнитного поля, действующего на частицу, и
скорости частицы.
Если предположить, что заряд частиц Q, Yt и Y3 (см. рис. 3),
скорость Vy и масса т постоянны, то можно записать:
\ = (23)
Таким образом, на основании уравнений (11) и (23) можно
заключить, что путем изменения напряженности магнитного поля
и направления действия силы в магнитном поле можно изменять
траекторию движения заряженных частиц краски, а следователь-
но, управлять движением этих частиц.
ЛИТЕРАТУРА
1. Балабанов Е. М. и др., Электрическая сепарация формовочных пес-
ков, Машгиз, 1951.
2. Жебровский С. П., Электрофильтры, Госэнергоиздат, 1950.
3. Кап цо в Н. А., Электроника, Гостехиздат, 1956.
4. Т а м м И. Е., Основы теории электричества, Гостехиздат, 1957.
ВЛИЯНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДА
НА РЕЖИМ ЭЛЕКТРООКРАСКИ
П. С. Стехин
(Луганский машиностроительный институт)
Основным фактором, определяющим возможность нанесения
лакокрасочного материала на изделие в электрическом поле,
является величина заряда частиц. Для сферических частиц, раз-
меры которых больше 1 мк, величина заряда, получаемая в зоне
коронного разряда, может быть подсчитана из выражения
Q = (1 + 2) Ео Ра (1)
где Q—заряд частицы;
е—диэлектрическая проницаемость;
Ео—начальная напряженность поля, при которой возникает
коронный разряд;
р—радиус сферической частицы.
Из формулы (1) ясно, что необходимый заряд частиц в процес-
се окраски поддерживается определенной начальной напряжен-
ностью электрического поля, созданного коронным разрядом.
Напряженность электрического поля, при которой возникает
коронный разряд Ео, определяется по формуле (в кв!см)
Е0 = 29,8( 1 + (2)
\ VrJ
где —радиус коронирующего электрода.
Следовательно, для создания необходимой напряженности
при определенном расстоянии между коронирующим и осади-
тельным электродами напряжение на коронирующем электроде
составит:
U = E0Y (3)
где У—расстояние между электродами.
При расстоянии между электродами 200—250 мм величина U
составляет 80—150 кв.
87
Система с коронирующим и
дополнительным электро-
дами:
/—коронирующий электрод (рас-
пылитель); 2—дополнительный
электрод (кольцо); 3—осадитель-
ный электрод.
нительным электродом
На рисунке приведена схема устройства с дополнительным
электродом; при его применении напряжение на коронирующем
электроде может быть снижено (<100 кв).
Путем ввода дополнительного электрода можно образовать
зону предварительной ионизации. Так как расстояние между
коронирующим и дополнительным электродами может быть не-
велико, напряженность, необходимая
для заряда частиц, достигается при
небольшом напряжении между этими
электродами и равна
U^E.Yt (4)
где Uл—напряжение на дополнитель-
ном электроде;
Yt—расстояние между дополнитель-
ным и коронирующим электро-
дами.
На основании изложенного ясно,
что система, снабженная дополнитель-
ным электродом, даст возможность
значительно снизить напряжение
между коронирующим и осадительным
электродами.
Для напряженности электрического
поля с введенным в это поле допол-
была определена следующая эмпириче-
ская функциональная зависимость:
E0=-f(r0) + f(UJ
(5)
На величину напряженности электрического поля оказывают
сильное влияние геометрические размеры дополнительного коль-
ца и расположение его по отношению к коронирующему элект-
роду.
Для большинства лакокрасочных материалов диаметр кольца
составляет 40—60 мм и расстояние до коронирующего электро-
да Yt (см. рисунок) 30—45 мм, при напряжении на дополнитель-
ном электроде <7Д=5—20 кв. В этих условиях напряжение между
коронирующим и осадительным электродами не превышает 80 кв.
ОКРАСКА ПОВЕРХНОСТЕЙ С ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ
СВОЙСТВАМИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ
М. М. Фрейдин
(НИ ИТ.Л И)
При окраске в электрическом поле металлических поверх-
ностей, на которые ранее были нанесены слои покрытия (грун-
товка и шпатлевка, а при ремонтных работах и покровные слои),
процесс окраски значительно усложняется. На слое ранее нане-
сенного покрытия (диэлектрика) возникает потенциал, действу-
ющий в направлении, противоположном основному направлению
поля, вследствие чего стекание зарядов с частиц лакокрасочного
материала затрудняется. Это приводит к возрастанию плотно-
сти зарядов на сухой пленке и повышению ее потенциала, дости-
гающего в ряде случаев значения пробивного потенциала. Подоб-
ные явления наблюдались при окраске различных изделий в элект-
рическом поле.
Для определения потенциалов, возникающих на сухих лако-
красочных пленках в сильных электрических полях (выше 107 в/м)
при осаждении на них жидких диэлектриков с различной диэлект-
рической проницаемостью е и удельным объемным сопротивле-
нием р0, необходимо было исследовать:
а) вольт-амперные характеристики пленок и потенциалы,
возникающие на них, в зависимости от толщины пленок, по экспе-
риментальным данным найти расчетные значения электропро-
водности пленок и установить закономерности их изменения в
сильных электрических полях;
б) электрическую прочность пленок и определить плотность
тока на осадительном электроде в зависимости от величин г и р0
распыляемых жидких диэлектриков; по полученным значениям
плотности тока и электропроводности пленок вычислить напря-
женность поля, возникающую в пленке, и сравнить ее с пробивной
напряженностью для данной пленки.
Электрические параметры сухих лакокрасочных пленок.
В о ль т-ампер ные характеристики определяли
для пленок лака ГФ-015 толщиной 160, 200, 230, 260, 280 и
300 мк. Полученные данные приведены на рис. 1.
89
Вольт-амперная характеристика для системы коаксиальных
цилиндров может быть рассчитана по уравнению Таунсенда1,
согласно которому
2k (U — UK)U
(1)
Рис. 1. Вольт-амперные характеристики для пленок различной толщины:
/, 2, 3, 4, 5, 6—толщина пленки соответственно 160. 200, 230, 260, 280, 300 мк; 7—цилиндр
без пленки.
где i—ток, стекающий с единицы длины коронирующего элект-
рода;
k—подвижность ионов;
U—напряжение на коронирующем электроде;
UK—начальное напряжение возникновения короны;
R—радиус внешнего цилиндра;
г—радиус коронирующего провода.
Если в системе коаксиальных цилиндров на внешнем цилинд-
ре имеется полимерная пленка, оказывающая некоторое запи-
рающее действие на ток короны, эффективное напряжение на
коронирующем электроде оказывается равным Uy=U—(7ПЛ. и
уравнение (1) принимает вид
. 2А(СЛ-С7К)С71
“ R
/?21п —
90
или
2k[(U-U^)-UK]{U-Um_)
R2 ln-у-
(2)
Потенциалы, возникающие на пленках
в сильных электрических полях, измеряли непосредственным на-
ложением измерительного электрода на исследуемую пленку,
а также по сдвигу вольт-амперных характеристик (при наличии
на цилиндре пленки) относительно вольт-амперной характеристи-
ки чистого металлического цилиндра. Например, ток, проходя-
щий через цилиндр с пленкой толщиной 160 мк, при напряжении
30 кв равен 32,5 мка (ордината ab на рис. 1). Такой же величины
ток проходит через цилиндр (без пленки) при напряжении 25,5 кв.
Потенциал, возникающий на пленке, определяется по разности
этих напряжений и равен 4,5 кв.
Учитывая зависимость потенциала, возникающего на пленке
и„л , от ее удельной объемной электропроводности уо, толщины 8
и площади S, величину 1/пл в поле коронного разряда можно вы-
разить уравнением:
U =
пл' IvS
где£=2?г/? (ширина пленки принимается равной единице).
Если подставить значение I из уравнения (2), формула при-
нимает вид:
'-'пл. — п (3)
•К R3 In — Yo
Обозначив------—через С и решив уравнение (3) Относительно
^ln-y-
получаем:
Удельную объемную электропровод-
ность пленок вычисляли путем деления значений величин
силы тока (см. рис. 1) при данной толщине пленки и напряжении
на коронирующем электроде на соответствующие значения потен-
циалов, возникающих на пленках, по формуле:
z S ...
1/пл-2^ (4>
Полученные данные приведены в табл. 1.
91
Таблица 1
УДЕЛЬНАЯ ОБЪЕМНАЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ Yo -1013 (в ом~1м~1)
ПЛЕНОК РАЗЛИЧНОЙ ТОЛЩИНЫ В СИЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЯХ
Толщина пленки мк Напряжение на коронирующем электроде, кв
25,0 27,5 30,0 32,5 35,0 37,5
160 7,66 14,50 23,00 32,60 56,40 58,70
200 7,20 12,40 18,60 23,80 33,20 40,80
230 6,18 11,20 17,00 20,80 27,40 35,40
260 5,26 8,60 13,10 17,70 22,60 32,90
280 3,62 7,00 11,30 14,30 17,70 20,30
300 2,86 4,87 6,07 8,50 10,10 12,10
Из табл. 1 видно, что удельная объемная электропровод-
ность пленок уменьшается с увеличением толщины пленки. Это
объясняется тем, что отдельные дефекты (поры и воздушные
включения) в каждом из нижележащих слоев перекрываются
последующими слоями.
Удельная объемная электропроводность пленок хорошо опи-
сывается уравнением Пуля2:
Ь = Тое”£ (5)
де т0—удельная объемная электропроводность пленок в полях,
для которых действует закон Ома;
е—основание натуральных логарифмов;
а—коэффициент, характеризующий матёриал и толщину
пленки;
Е—напряженность поля внутри пленки.
После логарифмирования уравнение принимает вид:
1g То= 1g То + 0,43 аЕ (5, а)
Определив экспериментально проводимость пленки при не-
скольких (например, трех) различных напряженностях поля, мож-
но, пользуясь методом наименьших квадратов3 получить систему
нормальных уравнений3, имеющих для данного случая вид:
+ Е2^ + EsvV3 = lg у0 (£, + Е2 + Е3) + 0,43 а (Е* + Е2 + Е2)
lg%1 + lgTo2 + lgTc3 = 31gYo + 0,43a(E1 + E2+E3) (6)
Из этих двух уравнений определяют неизвестные а и Igy0,
а затем по уравнению (5) для каждого значения напряженности
поля в пленке — соответствующее ему значение удельной объем-
ной электропроводности.
92
Пробивные напряженности* пленок опре-
деляли экспериментально.
Данные о пробивной напряженности пленок, полученные для
мочевино-формальдегидной, пентафталевой и глифталевой смол,
грунтовок и шпатлевок на их основе, а также алкидно-мелами-
новых эмалей, приведены в табл. 2.
Таблица 2
ЗНАЧЕНИЯ ПРОБИВНЫХ НАПРЯЖЕННОСТЕЙ РАЗЛИЧНЫХ ПЛЕНОК
Материалы Толщина пленок мк Пробивное напряжение пленок £7*10 3 (среднее из 12 измерений) в Пробивная напряженность ^пр'Ю пленок в/м
Мочевино-формальдегидная смола К-411-02 180 19,8 1,11
Пентафталевый лак ПФЛ-3 130 17,1 1,31
Глифталевая смола ГФ-028 1 , . Пентафталевый лак ПФ-019 Глифталевый лак ГФ-015 / брикаты) 205 25,0 1,22
120 12,0 1,00
180 20,7 1,15
Мочевино-формальдегидная грунтовка У-223 196 7,6 1,39
Глифталевая грунтовка ГФ-020 .... 93 5,9 0,64
Глифталевая грунт-шпатлевка ГФ-018-2 120 6,0 0,50
Глифталевая грунтовка ГФ-017 .... 315 27,2 0,86
Пентафталевая эмаль ПФ-133 .... 95 5,8 0,61
Меламино-алкидная эмаль МЛ-12-29 светло-бирюзовая 100 0,2 0,92
Меламино-алкидная эмаль МЛ-12-30 сине-зеленая 100 7,4 0,74
Меламино-алкидная эмаль МЛ-12-68 светло-голубая 120 11,3 0,94
Меламино-алкидная эмаль МЛ-12-14 изумрудная 120 13,5 1,12
Меламино-алкидная эмаль МЛ-12-12 «Рица» 140 16,2 1,16
Явления, происходящие в разрядном промежутке при вве-
дении в него осаждаемого вещества. При достаточно большой
концентрации осаждаемого вещества в разрядном промежутке
плотность пространственного заряда ионов, осевших на частицах,
может достигнуть плотности пространственного заряда ионов в
разрядном промежутке. В результате все ионы, выходящие из
коронирующего слоя, будут оседать на частицах и переноситься
ими. Вследствие того что подвижность частиц (представляющая
собой отношение скорости частиц к напряженности поля) значи-
* Пробивная напряженность Епр.—пробивное напряжение, отнесенное
к единице толщины пленки.
93
тельно меньше подвижности ионов сила тока разрядного проме-
жутка снижается, однако при дальнейшем увеличении подачи
осаждаемого вещества снижения силы тока не происходит. На-
ступает так называемый режим запирания короны. Количество
жидкого диэлектрика (лакокрасочного материала), вызывающее
запирание короны, и величина тока запирания короны могут быть
установлены для каждого осаждаемого материала путем снятия
характеристики i—q (зависимость силы тока в разрядном проме-
жутке от количества жидкого диэлектрика, заполняющего этот ,
промежуток).
Для снятия этой характеристики вначале измеряют силу тока
разрядного промежутка без лакокрасочного материала; затем
вводят минимальное количество материала (можно с помощью
дозирующего устройства) и вновь измеряют силу тока разрядного
промежутка. Подачу лакокрасочного материала увеличивают
постепенно. При каждой новой подаче лакокрасочного материала
измеряют силу тока, и так поступают до тех пор, пока ток не до-
стигнет постоянной величины, не изменяющейся с увеличением
подачи лакокрасочного материала. Это значение силы тока и будет
соответствовать режиму запирания факела.
Режим запирания факела характеризует интенсивность и
качество электроосаждения. Получив для данного вещества
значения величины q и i, соответствующие режиму запирания,
можно вычислить основные параметры электроосаждения дан-
ного вещества: средний радиус частиц, их заряд и среднюю ско-
рость.
Для разрядного промежутка (в отсутствие лакокрасочного
материала) плотность тока, проходящего через конус определен-
ного сечения, исходя из условий образования ионов, может быть
выражена уравнением1:
/ = nekE (7)
где }—плотность ионного тока;
п—концентрация ионов;
е—заряд электрона;
k—подвижность ионов;
Е—напряженность поля коронного разряда для конуса рас-
пыления данного сечения.
При распылении лакокрасочного материала плотность тока,
переносимого частицами, выразится формулой:
/ч = PQk^E (8)
где /ч—плотность тока, переносимого частицами лакокрасочного
материала;
Р—концентрация частиц;
Q—средний заряд частиц;
k4—подвижность частиц лакокрасочного материала.
94
При наступлении режима запирания
ne = PQ
На основании уравнений (7) и (8) получим:
i k , i4 ,
или k„=-4-k
!ч j
Неполное запирание тока происходит из-за наличия ионной
составляющей тока — так называемой ионной трубки. Конус рас-
пыления вращающихся кра-
скораспылителей (чашечных
и грибковых) показан на
рис. 2.
Данные о распределении
плотности тока по зонам
конуса распыления для
растворов с различными зна-
чениями диэлектрической
проницаемости г (при прочих
равных условиях) приведены
в табл. 3.
Из табл. 3 видно, что
для первых четырех раство-
ров (г=3,04—3,74) плот-
ность тока в ионной трубке
больше плотности тока в ра-
бочей зоне отпечатка факела.
В дальнейшем при расчете
плотности тока воздушного
промежутка для диэлектри-
ческих жидкостей с различ-
Рис. 2. Конус распыления вращающихся
краскораспылителей:
А—трубка ионного тока; В—конус распыления
лакокрасочного материала; С—ионная «рубашка»;
г—радиус ионной трубки; R—радиус зоны распы-
ления лакокрасочного материала; Л—расстояние
между электродами.
ными значениями е величину силы тока в ионной трубке необхо-
димо вычитать из общей величины силы^тока:
i-jp.
/
S
Таблица 3
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ТОКА ПО ЗОНАМ КОНУСА РАСПЫЛЕНИЯ (СМ. РИС. 2)
Зона конуса распыления Плотность тока в разрядном промежутке при отсутствии лакокрасочного материала Плотность тока (в а/л*2) при подаче растворов с диэлектрической проницаемостью (s)
3,04 3,14 3.28 3,74 4,34
А 10,5 7,0 5,7 4,14 1,6 0,32
В 4,6 1,7 1,5 1,27 0,3 0,8
С 0,4 0,14 0,14 0,14 0,14 0,14
95
Формула для определения подвижности частиц при этом при-
мет вид:
(9)
гС JTp.
где tc—сила тока разрядного промежутка без лакокрасочного
материала;
z4—сила тока разрядного промежутка с лакокрасочным ма-
териалом;
1тр.—сила тока ионной трубки;
S—площадь отпечатка факела.
Из уравнения (9) по данным эксперимента находим величину,
характеризующую подвижность частиц для каждого осаждае-
мого вещества. Вычислив напряженность поля по уравнению1
С 1 f -I
Е=у — и используя полученные данные, можно определить
скорость частиц:
V = k4E\
. -^TD.
l= -
где i—сила тока, приходящаяся на единицу длины распылителя;
I—длина коронирующей кромки распылителя.
Зная скорость частиц, легко определить продолжительность
заполнения разрядного промежутка осаждаемым веществом:
где -с—время, сек;
а—длина разрядного промежутка, см.
Количество вещества, заполняющего разрядный промежуток,
определяется по уравнению:
<7 = <7о'с
где <70—интенсивность подачи осаждаемого вещества, вызываю-
щая запирание факела.
Плотность заполнения разрядного промежутка осаждаемым
веществом определяется из условия
где g—плотность заполнения разрядного промежутка лакокра-
сочным материалом;
q—количество заполняющего вещества;
и—объем конуса распыления.
Значение v вычисляем по уравнению:
п= -|-т:(7?2—г2) h—nr*h
96
Концентрация частиц равна:
Р = -^— (Ю)
-g-rc р® d
где р—радиус частиц;
d—плотность осаждаемого вещества.
Из уравнения (8) находим:
<П)
rvqi_>
Максимальный заряд частиц при ионной зарядке, как изве-
стно, определяется из выражения:
(2 = (1+2^)^2 (12)
где s—диэлектрическая проницаемость осаждаемого вещества;
р—радиус частиц;
Е—напряженность поля.
После подстановки значений Р и Q из уравнений (10) и (12)
в уравнение (11) получим:
g(l + 2^)£pa
Р<2= v 4 ~ '------- (13)
-д~ГС p®rf
откуда
я(1+2^)£
р = -Ц----(14)
-д~ ГС d PQ
Подставив полученное значение р в уравнение (12), можно
определить заряд частиц Q.
Из уравнения (11), подставив в него значение величины Q,
определяем концентрацию частиц Р в межэлектродном простран-
стве. Затем находим массу частиц по уравнению:
Таким образом, по данным величины тока запирания факела
и интенсивности подачи осаждаемого вещества, при которой это
запирание возникает, можно определить все основные параметры
электроосаждения данного вещества.
С помощью этого метода были определены основные параметры
электроосаждения некоторых жидкостей с различной диэлектри-
ческой проницаемостью. Полученные данные приведены на рис. 3
и в табл. 4.
7—1348
97
Таблица 4
ПАРАМЕТРЫ ЭЛЕКТРЭОСАЖДЕНИЯ НЕКОТОРЫХ ЖИДКОСТЕЙ’
№ жид- кости £ Ри ом-см d zic.v? PQ р-104 см Q-Ю» CGSE V=\E м/сек. iqioe a
1 5,52 3,18-10’ 0,830 0,16 2,9 126 4,75 20
2 5,04 3,98-10’ 0,835 0,16 3,4 151 4,95 25
3 4,13 8,7-10’ 0,840 0,16 3,5 155 5,0 30
4 3,93 1,28-10» 0,845 0,16 4,3 232 5,32 40
5 3,88 2,4-10» 0,850 0,16 4,6 263 5,45 46
6 3,79 3,3-10» 0,855 0,16 4,6 260 6,50 55
* Жидкости 1—6 представляют собой растворы лака ГФ-015 в смеси растворителей ксило-
ла и сольвента с различными добавками этилацетата.
Абсциссы точек, соответствующих началу стабилизации тока
(см. рис. 3), показывают интенсивность введения осаждаемого
вещества в разрядный промежуток, вызывающую запирание то-
ка факела, а ординаты — величину тока запирания. Начальные
точки кривых соответствуют величине тока разрядного промежут-
Рис. 3. Зависимость силы тока в разрядном про-
межутке от интенсивности подачи лакокрасочного
материала:
2, 3, 4, 5, 6—номера жидкостей по таблице 4; 7—прямая,
характеризующая отношение величины тока запирания факела
к величине интенсивности подачи жидкости, вызывающей ток
запирания.
98
Из рис. 3 видно, что жидкости 6, 5 и 4 создают линейные на-
грузки (отношение количества подаваемого материала, при котором
стабилизируется ток, к длине кромки распылителя), равные соответ-
ственно 1,27; 1,6 и 1,9 г/см. Эти нагрузки весьма низки. Однако
превышение этих величин не допускается, так как частицы не
будут полностью заряжены, что приведет к повышению потерь
лакокрасочного материала.
Более приемлемые линейные нагрузки на распылитель созда-
ют жидкости 1, 2 и 3 (соответственно 3,5; 2,93 и 2,55 г/см).
Анализ данных, приведенных в табл. 4 и на рис. 3, показы-
вает, что величина PQ, т. е. произведение концентрации частиц
на их заряд, при данных условиях распыления является для раз-
ных осаждаемых жидкостей величиной постоянной, характери-
зующей разрядный промежуток. Увеличение дисперсности частиц
достигается путем повышения диэлектрической проницаемости
материала. Отношение величины тока запирания факела к вели-
чине интенсивности подачи жидкости, вызывающей ток запира-
ния, также представляет собой величину постоянную (см. рис. 3;
прямая 7) для разных жидкостей. Наклон прямой или tgP ——
является характеристикой данного разрядного промежутка.
Приведенный расчет был произведен исходя из усло-
вия ионной зарядки частиц. Для контактной зарядки на острой
кромке может быть применена формула, предложенная Е. В. Мои-
сеевым4:
(15)
где а—поверхностная плотность зарядов на поверхности лако-
красочного материала;
U—напряжение источника тока;
г—радиус острой кромки распылителя (с учетом слоя краски);
Н—расстояние от распылителя до изделия;
k—подвижность ионов;
е—диэлектрическая проницаемость лакокрасочного мате-
риала;
р0—удельное объемное сопротивление лакокрасочного ма-
териала;
А—постоянная величина, равная 1/9-1011;
[7К—начальное напряжение возникновения короны.
Из формулы видно, что величина поверхностной плотности
заряда а зависит от значений р0 и е. Е. В. Моисеевым было пока-
зано, что между pv и s существует экспериментальная зависимость.
Следовательно, в формуле (15) значение а может быть выражено
в виде зависимости только от одного параметра лакокрасочного
материала —е.
7*
99
Определение плотности тока на осадительном электроде. Для
анализа работы вращающихся чашечных и грибковых распыли-
телей был изготовлен макет с разрезным осадительным электро-
дом. В результате измерения силы тока в различных зонах осади-
тельного электрода было установлено, что ток протекает не только
в конусе распыления, но и в соседних зонах. Максимальная плот-
ность^тока наблюдается в ионной трубке, которая соответствует
Рис. 4. Зависимость плотности тока на осадительном электроде
от величин е и р осаждаемого материала:
/—для зоны А; 2—для зон В и С
неокрашенной зоне отпечатка конуса распыления, а минималь
ная плотность тока — во внешней зоне.
Для установления зависимости плотности тока в разрядном
промежутке от параметров осаждаемого вещества в разрядный
промежуток вводили ряд жидких диэлектриков с диэлектриче-
ской проницаемостью от 2 до 16 и удельным объемным сопротив-
лением ро соответственно от 91012 до 6105 ом-см (рис. 4).
Как видно из рис. 4, плотность тока на осадительном электро-
де снижается с увеличением значения е осаждаемого диэлектрика,
соответственно изменяется распределение тока по зонам на оса-
дительном электроде.
Наличие тока в зоне А нельзя объяснить контактной заряд-
кой, так как в этой зоне не происходит осаждение частиц лако
100
красочного материала; оно может быть объяснено только направ-
ленным движением ионов воздуха, так называемым током ионной
трубки. Снижение плотности тока при увеличении значения s
является следствием одновременного уменьшения значения р0
жидкости.
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОЗМОЖНОСТИ ОСАЖДЕНИЯ
ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ НА ПОВЕРХНОСТЬ СУХОЙ
ЛАКОКРАСОЧНОЙ ПЛЕНКИ
На основании данных о зависимости электропроводности су-
хих лакокрасочных пленок и плотности тока на осадительном
электроде от электрических параметров осаждаемого жидкого
диэлектрика была разработана методика определения возможно-
сти осуществления процесса окраски в электрическом поле из-
делий, на поверхности которых уже имеется слой лакокрасочного
покрытия. При разработке методики было принято во внимание,
что потенциал, возникающий на пленке, зависит не только от зна-
чения упомянутых выше электрических параметров, но и от ра-
диуса заточенной кромки ко-
ронирующего электрода. При-
водимая ниже методика состав-
лена для случая применения
чашечного или грибкового рас-
пылителя с диаметром чаши (или
грибка) 100 мм и радиусом за-
точенной коронирующей кром-
ки от 0,2 до 0,9 мм для распы-
ления лакокрасочного материа-
ла по поверхности пленок элек-
тропроводностью от 0,68-10-12
до 10-14 ом^лГ1 и ниже.
Сущность методики заклю-
чается в определении напря-
женности, возникающей в су-
хом лакокрасочном слое в про-
цессе электроосаждения лако-
красочного материала, и срав-
нении ее с пробивной напря-
женностью сухого слоя задан-
ной толщины.
Рис. 5. Схема прибора для опреде-
ления пористости лакокрасочной
пленки:
/—источник постоянного тока высокого напря-
жения; 2—микроамперметр; 3—статический
киловольтметр; 4—щеточный электрод; 5—по-
крытие; 6—металлическая подложка.
Предварительно сухую пленку проверяют на отсутствие
пор. Для этого на пленку подают напряжение от источника по-
стоянного тока из расчета 2 кв на каждые 100 мк толщины пленки
по схеме, показанной на рис. 5. При наличии в пленке пор на-
блюдается искрение под щеточным электродом. Последующие
операции производят в следующем порядке:
101
Рис. 6. Напряженность в эталон-
ной пленке при разных межэ^лек-
тродных расстояниях:
/, 2, 3, 4, 5—межэлектродные расстояния
соответственно 15, 20, 25, 30 и 35 см.
1. Выбирают напряжение U на коронирующем электроде (рас-
пылителе) и межэлектродное расстояние I, при которых будет
производиться осаждение, из расчета получения напряженности
=3—4 кв!см.
2. Определяют напряженность в эталонной пленке по графи-
ку. На рис. 6 в качестве примера приведены графики для
пленки глифталевого грун-
та ГФ-017 толщиной 200 мк в
условиях относительной влаж-
ности окружающей среды до
70% и при температуре 20 °C.
3. Полученную из графика
напряженность в эталонной
пленке корректируют по из-
вестной толщине исследуемой
пленки. Корректировка напря-
женности в эталонной пленке
по относительной влажности и
температуре окружающей среды
не требуется, так как процесс
осаждения должен осуществ-
ляться при стандартных усло-
виях внешней среды (относи-
тельная влажность до 70% и
температура 20°C). Для коррек-
тировки напряженности по тол-
щине исследуемой пленки де-
лят полученную по графику
(рис. 6) напряженность в эта-
лонной пленке на коэффициент,
равный отношению напряжен-
ности в эталонной пленке тол-
щиной 200 мк (рис. 7) на на-
пряженность в исследуемой
пленке.
величине напряженности в ис-
4. По скорректированной
следуемой пленке определяют удельную объемную электро-
проводность пленки для данного режима работы следующим
образом. Скорректированную величину напряженности умножа-
ют на суммарную толщину исследуемой пленки. При этом по-
лучается величина потенциала U=E&, при котором необходи-
мо определить удельную объемную электропроводность плен-
ки. Этот потенциал от источника питания постоянного тока
через резино-фольговый электрод подают на изготовленный
образец покрытия (схема аналогична показанной на рис. 5).
По значению потенциала на пленке и соответствующему ему
значению силы тока, проходящего через пленку, вычисляют удель-
102
ную объемную электропроводность у0 пленки для данного режи-
ма работы:
iB
Vo (J е
где yv—удельная объемная электропроводность пленки,
i—ток, проходящий через пленку, а;
(7ПЛ<—потенциал, приложенный к пленке, в;
3—толщина пленки, м',
S—площадь электрода, м2.
5. По существующим методикам определяют диэлектрическую
проницаемость е и объемное удельное сопротивление р0 жидкого
диэлектрика — лакокрасочного материала, подлежащего осаж-
дению.
6. По графику (см. рис. 4) определяют плотность тока, соот-
ветствующую распылению жидкого диэлектрика с данными зна-
чениями s и р0. При этом берут значение большей плотности тока,
Рис. 7. Зависимость напряженности в пленке
от ее толщины.
7. Определяют напряженность, возникающую в исследуемой
пленке (в в/м):
Е = —
7о
8. Находят пробивную напряженность суммарного слоя су-
хого покрытия (в в! му.
р ____ ЕЛ + Е2В2 + -!- ЕПЪП
пр.----------------------
р л
2 ®п
1
где Е и 8—соответственно пробивная напряженность и толщина
пленки для данного слоя.
Значение Е для данного материала выбирают по табл. 2 (см.
стр. 93).
103
9. Сравнивают напряженность, получаемую в пленке, с про-
бивной напряженностью. При этом должно быть соблюдено усло-
вие:
Е<Епр,
Пример расчета. Сухое покрытие (пленка) состоит из слоев глифталевого
грунта ГФ-017, шпатлевки ГФ-018-2 и эмали МЛ-12 сине-зеленой толщиной
соответственно 20,40 и 20 мк. Напряжение на коронирующем электроде U=
= 100 кв, межэлектродное расстояние /=25 см, площадь электрода 5=19,6 см2.
В соответствии с приведенным выше расчетом определяют:
1. Напряженность поля между электродами:d
и 100 .
— = 25 = 4 Кв/см
2. Напряженность в эталонной пленке для выбранного режима распыле-
ния (см. рис. 6). При /=0,25 м и /7=100 кв напряженность в эталонной пленке
составит 2,73-10’ в/м.
3. Производят корректировку напряженности в эталонной пленке по сум-
марной толщине исследуемой пленки (20 + 40 4- 20 = 80 мк). По графику
(см. рис. 7) напряженность для пленки данной толщины равна 2,3-10’ в/м,
а напряженность для эталонной пленки толщиной 200 мк — 3,1 • 10’ в/м- Отно-
3,1-10’
шение составляет 3 jq?— = 1,35. Для получения скорректированной ве-
личины напряженности в пленке напряженность в эталонной пленке необхо-
димо разделить на полученное отношение:
j-. 2,73-10’ о поп 1П7 ,
Е = —— = 2,020 • 107 в/м
1, оэ
4. Потенциал, при котором требуется определить проводимость пленки
(в в):
и = £5 = 2,020 107 • 80 10"6 = 1620в
Потенциал, равный 1620 в, подают на изготовленный образец. При этом ток,
проходящий через пленку, измеренный микроамперметром типа М-193, состав-
ляет 1,0 мка. Тогда удельная объемная электропроводность плеикн при данном
режиме составит (в пи-1-At-1):
v __ __ 1,0-10 6-80-10 6 ое е 10~9 * * 12
/7пл.-5 1620-19,6-10-* ’
5. Величина е распыляемого лакокрасочного материала равна 5.
6. Плотность тока иа осадительном электроде при г = 5 получают из гра-
фика рис. 4. Она составляет 6,7-10-* а/м2.
7. Напряженность, возникающую в сухой пленке (в в/м), находят по урав-
нению:
Р— / — 6,7-10~* _о ЙО. 1Q7
~25,5-10-« w
8. Пробивную напряженность суммарного слоя (в в/м) определяют, поль-
зуясь табл. 2 (см. стр. 93):
- 0,86-108-20-10-6 + 0,5-108-40-10-в + 0,74-108-20-10-6 с -
£ПР. = -----------------------go+gqi----------------------= 6,5 • 10’
9- Сравнивают напряженность, возникшую в пленке, с пробивной напря-
женностью (в в/м)
2,63• 107 < 6,5-107
н устанавливают, что для данных условий осаждение лакокрасочных материалов
в электрическом поле вполне осуществимо.
104
Пользуясь приведенной методикой, можно устанавливать возможность
осуществления технологического процесса окраски в электрическом поле по-
верхности, покрытой ранее различными слоями (грунт, шпатлевка или покрыв-
ные слои), правильно и обоснованно выбрать материалы и оптимальные элек-
трические режимы для окраски изделий в электрическом поле.
ЛИТЕРАТУРА
1. К а п ц о в Н. А., Коронный разряд, Гостехиздат, 1947.
2. Poole Н. Н., Phil. Mag., 42 , 488 (1921).
3. ИдельсонН. И., Способ наименьших квадратов и теория математиче-
ской обработки наблюдений, ГИЗ, 1947.
4. Лакокрасочные материалы и их применение, № 3, 52 (1962).
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЛАКОКРАСОЧНЫХ
МАТЕРИАЛОВ И ОПТИМАЛЬНЫЕ РЕЖИМЫ ИХ
РАСПЫЛЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ
Е. Н. Владычина, С. Н. Серебряников,
А. Л. Шелехина, М. И. Степанова
(НИИТЛ1Т)
Метод распыления лакокрасочных материалов в электрическом
поле высокого напряжения (метод электроокраски) с каждым го-
дом находит все большее применение в промышленности при ок-
раске изделий из различных материалов (сталь, древесина, ди-
электрики и др.). При использовании этого метода значительно
возрастает производительность труда в результате механизации
окрасочных работ, увеличивается до 95—98% степень осаждения
краски на изделия (по сравнению с 45—50% при пневматическом
распылении), а также значительно улучшаются санитарно-гигие-
нические условия труда.
Качество электроокраски изделий зависит главным образом от
физико-химических и электрических свойств лакокрасочного
материала и режима окраски.
В связи с этим большое значение приобретает разработка
режимов электроокраски в зависимости от применяемого лако-
красочного материала, формы и размеров окрашиваемых изделий
и других специфических условий производства.
При разработке режимов электроокраски необходимо знать
следующие параметры: оптимальную величину напряжения на
коронирующем электроде, оптимальное расстояние между коро-
нирующим электродом и окрашиваемым изделием, количество
лакокрасочного материала, которое необходимо подавать на ко-
ронирующий электрод, оптимальную величину удельного объем-
ного сопротивления ро, диэлектрическую* проницаемость е и вяз-
кость лакокрасочного материала, температуру и влажность воз-
духа, а также требуемые скорости движения коронирующего
электрода и окрашиваемых изделий на конвейере.
На электроокрасочных установках должен осуществляться
постоянный контроль физико-химических и электрических па-
106
раметров лакокрасочного материала и его составляющих, строго
соблюдаться режим окраски; необходимо также вести учет потерь
лакокрасочных материалов.
В результате работ, проведенных в научно-исследовательском
институте технологии лакокрасочных покрытий (НИИТЛП),
установлена зависимость качества распыления в электрическом
поле от удельного объемного сопротивления и диэлектрической
проницаемости лакокрасочных материалов. Хорошее качество
окраски получается при условии, если р0 находится в пределах
5 106 —5 10’ ом см, а диэлектрическая проницаемость е состав-
ляет 6—10.
В связи с тем, что выпускаемые в настоящее время эмали, крас-
ки и лаки не всегда обладают свойствами, необходимыми для
распыления в электрическом поле, их приходится разбавлять
до рабочей вязкости различными растворителями (полярными
или неполярными) или их смесями для достижения оптимальных
электрических характеристик.
Оценка качества распыления материалов по статическим от-
печаткам факелов.*. Как известно, чашечные, дисковые и грибко-
вые электростатические распылители образуют статический от-
печаток факела распыленных красок
(рис. 1), а электростатические распы-
лители с прямой кромкой—отпечаток
.факела прямоугольной формы. Ниже
рассматривается способ определения
качества покрытия, полученного при
распылении лакокрасочных материалов
в электрическом поле с помощью ча-
шечного распылителя.
При хорошем распылении материа-
ла статический отпечаток факела имеет
минимальный диаметр неокрашенного
участка внутри отпечатка факела
(диаметр мертвой зоны), максимальную
ширину рабочей полосы, минимальный
разброс частиц во внешней зоне и
максимальную плотность пленки. По
статическому отпечатку факела можно
установить правильность подбора со-
кольцеобразной формы
Рис. 1. Схема статического
отпечатка факела.
А—-диаметр неокрашенного участ-
ка внутри отпечатка факела;
(мертвая зона) 13—ширина зоны
мелкого лакокрасочного тумана;
С—ширина рабочей полосы; D—ши-
рина внешней зоны разброса частиц
лакокрасочного материала.
става растворителей, оптимальную величину подачи лакокра-
сочного материала (на 1 см длины коронирующей кромки рас-
пылителя) в минуту, оптимальную рабочую вязкость, величину
площади, окрашиваемой одним распылителем, равномерность
* Статическим отпечатком факела называют накраску, полученную при
распыленны лакокрасочного материала из электрораспылнтеля на неподвиж-
ную плоскую поверхность.
107
покрытия по толщине, а также оптимальное напряжение при за-
данном межэлектродном расстоянии. Однако для полной характе-
ристики качества покрытия необходимо знать толщину пленки
и ее плотность, укрывистость, сплошность, твердость, эластич-
ность, блеск и другие показатели.
Для получения статического отпечатка факела металлический
лист размером 1000x1000 мм подвешивают с помощью заземлен-
ных крючков (рис. 2). Затем на металлическом листе укрепляют
Рис. 2. Схема расположения ме-
таллического листа и щита из тек-
столита до и во время испытаний:
а—расположение листа до испытания.
б—расположение листа после испытания’
/—блок; 2—шнур; 5—металлический лист*
4—щит.
лист плотной гладкой бумаги
толщиной 0,07—0,1 мм (ГОСТ
1931—64) и размером не менее
статического отпечатка факела.
Распылитель устанавливают про-
тив неподвижного металличе-
ского листа на оптимальном рас-
стоянии (200—1250 мм). При этом
внутренняя поверхность распы-
лителя должна быть хорошо от-
полирована, а кромка—острой и
ровной, без заусенцев и зазуб-
рин. При вращении распылителя
не допускается заметная вибра-
ция. Необходимо также следить,
чтобы стойки и шланги, по ко-
торым подается лакокрасочный
материал, были чистыми и сухи-
ми, а заземление металлического листа надежным (отсутствие
утечек тока).
После подготовки оборудования к работе приступают к нане-
сению статического отпечатка факела лакокрасочного материала.
Перед неподвижным листом (на расстоянии 5 см) подвешивают
на шнуре, перекинутом через блок, щит из текстолита размером
800x800 мм. На этот щит распыляют краску до тех пор, пока не
установится постоянный режим (примерно 30—40 сек). Затем под-
нимают щит и включают секундомер. По истечении заданного
времени распыления щит опускают и одновременно выключают
ток высокого напряжения и дозирующее устройство.
Продолжительность распыления устанавливают опытным пу-
тем в зависимости от скорости подачи лакокрасочного материала.
Отпечаток факела должен иметь четкие очертания, а покрытие
должно быть укрывистым, но без подтеков краски.
Образцы отпечатков, полученных при одинаковых условиях
распыления различных лакокрасочных материалов, показаны
на рис. 3. Отпечаток на рис. 3,а характеризуется большим не-
окрашенным участком, узкой полосой рабочей зоны и большой
зоной разброса крупных частиц. Следовательно, данный лако-
красочный материал распыляется в электрическом поле неудов-
108
летворительно. На рис. 3,6 виден ярко очерченный отпечаток с
малым неокрашенным участком внутри, широкой полосой рабочей
зоны и хорошей укрывистостью. Лакокрасочный материал, даю-
в б
Рис. 3. Статические отпечатки факелов:
а--неудовлетворительный отпечаток; б—удовлетворительный отпечаток.
Рис. 4. Схема отпечатка для расчета угла распыления:
/—распылитель с кольцевой кромкой; 2—статический отпеча-
ток факела; а—угол распыления; 0 и j—вспомогательные углы
для расчета a; d~диаметр распылителя; /—межэлектродное рас-
стояние; А—диаметр неокрашенного участка отпечатка факела;
В—ширина зоны мелкого тумана; С—шярина рабочей полосы;
МО и MN—«лучи» факела.
щий такой отпечаток, оценивается как хорошо распыляющийся
в электрическом поле.
Количественной характеристикой отпечатка является угол
распыления а (рис. 4).
109
Для определения угла распыления а в градусах по статическим
отпечаткам факелов распыляемой краски необходимо измерить
диаметр неокрашенного участка внутри отпечатка факела А,
ширину зоны мелкого тумана В, ширину рабочей полосы С, диа-
метр распылителя d и расстояние I от кромки распылителя до
гкрана*.
Угол а образуется двумя «лучами», выходящими из точки М
(на кромке распылителя) и оканчивающимися на внешней («луч»
МО) и внутренней («луч» Л1Л') границах рабочей зоны статическо-
го отпечатка факела. Он определяется по формуле:
u = j—,В
где
А 4- 2В — d
У = ^~2------
tgP = -f-
Пример. Вычислить угол распыления при заданных значениях величин
(в мм):
Л = 190; В=16; 0= 268; / = 200; d= 100
Для вычисления угла а последовательно определяют у, tg/, tg fk
А + 2В — d 190 + 32— 100 222 — 100
1. и =----------=--------------=---------= 61 мм.
2 2 2
СА-У 268+61
2. tg/ =---— =--------= 1,65, откуда j = 58 42
Л 200 ? '
п У 61
3. tg8 = — = — = 0,3, откуда р = 16°15
Зная / и р, определяют угол а:
4. а=/—р=58° 42'—16°15'=42°27'
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ОБЪЕМНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
ЛАКОКРАСОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ ОКРАСКИ
В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ**
Ниже приводится методика измерения удельного объем-
ного сопротивления лакокрасочных материалов.
Из известных способов измерения удельных объемных сопро-
тивлений диэлектриков по непосредственному отклонению галь-
ванометра, путем зарядки конденсатора и способом сравнения
наиболее распространенным является способ, по которому с по-
* На рис. 4 показан случай, когда A=d.
** Соавторами этой части работы являются С. П. Носов и В. И. Доррен-
дорф.
110
мощью чувствительного зеркального гальванометра, включен-
ного последовательно с образцом, определяют силу тока, про-
текающего через образец диэлектрика, а вольтметром—напря-
жение.
При расчете удельного объемного сопротивления материала,
из которого изготовлен образец, учитывают величину сопротив-
ления, а также размеры и формы образца и электродов. Измере-
ние удельного объемного сопротивления жидких диэлектриков
производится в соответствии с требованиями ГОСТ 6581—53
по принципиальной схеме, изображенной на рис. 5.
Рис. 5. Принципиальная схема измерения удельного объем-
ного сопротивления жидких диэлектриков:
/—образец диэлектрика; 2—вольтметр; 3—зеркальный гальванометр;
4—сопротивление; 5—шунт гальванометра; 6 7, в—переключатели.
Силу тока I, проходящего через образец, измеряют гальва •
нометром 3. Величина тока а, вызывающая отклонение гальва-
нометра на 1 мм шкалы, носит название динамической постоян-
ной гальванометра Cd', она не должна превышать 10~9 а! мм.
Для расширения пределов измерений силы тока параллельно
с гальванометром включен шунт 5 с шунтовыми числами (от-
ношение силы тока, проходящего через гальванометр, к силе тока
в цепи носит название шунтового числа —Шунт имеет не-
сколько ступеней регулирования.
Величина силы тока, проходящего через образец, составляет
I = aCDn
а—отклонение гальванометра, мм\
CD—динамическая постоянная гальванометра, а/мм;
п—величина, обратная шунтовому числу (знаменатель шунта).
Сопротивление (в ом) образцов определяют по формуле:
где U—напряжение, в.
Измерение удельного объемного сопротивления жидких ди-
электриков по ГОСТ 6581—53 производят пользуясь плоскими
или цилиндрическими электродами.
111
При использовании плоских электродов удельное объемное
сопротивление (в ом-см) жидкого изоляционного материала опре-
деляют по формуле
' — u~d"
4 a CD пб
гдее/х—диаметр измерительного электрода, см\
8—толщина диэлектрика в зазоре между электродом напря-
жения и измерительным электродом, см.
В случае применения цилиндрических электродов удельное
объемное сопротивление (в ом-см) находят по формуле
anCDl~d^
или приближенно
__ ~IU
апСо‘ ^2 — dx
где I—длина измерительного электрода, см\
<4—внутренний диаметр электрода напряжения, см\
d1—наружный диаметр измерительного электрода, см.
В производственных условиях после каждого замера необходимо
затрачивать много времени для очистки отдельных деталей стан-
Рис. 6. Схематическое изображение цилиндрических электродов:
/—ручка (из дуралюмина); 2—втулка изоляционная (из фторопласта-4); 3—элект-
род измерительный (латунь хромированная); 4—заглушка (из фторопласта-4);
5— электрод напряжения (латунь хромированная)^ 6—кабель РК-1-
дартных электродов. Учитывая изложенное, а также то, что для
окраски в электрическом поле целесообразно применять лако-
красочные материалы с pD=106—107 ом см, для измерения кото-
рого нет необходимости пользоваться чувствительными гальвано-
метрами, высоким напряжением и охранным кольцом у измери-
тельных электродов, авторы разработали специальные цилиндри-
ческие (рис. 6) и плоские электроды (рис. 7). На отмывку
электродов в корпусе из фторопласта-4 после измерения удель-
ного объемного сопротивления любого лакокрасочного материала
затрачивается минимальное количество времени.
112
Рис. 7. Схематическое изобра-
жение плоских фторопластовых
электродов:
/—сосуд из фторопласта; 2—крышка из
фторопласта; 3—верхний электрод (латунь
хромированная); 4—нижний электрод (ла-
тунь хромированная); 5—выводы с клем-
мой; 6—шайбы.
Для определения удельного объемного сопротивления лако-
красочных материалов, обладающих рр=106—107 омсм, можно
использовать омметр с верхним пределом измерения /?=10 Мом
или метод «амперметра и вольтметра».
Схемы измерений удельного объ-
емного сопротивления лакокра-
сочных материалов представлены
на рис. 8 и 9.
При измерении рр лакокрасоч-
ных материалов по схеме, изо-
браженной на рис. 8, можно поль-
зоваться омметрами следующих
типов: М-218 (без вибропреобра-
зователя), МОМ-4, М-1101 и др.
Удельное объемное сопротив-
ление определяют (в ом см) по
формуле:
где R—показание омметра, ом;
К—коэффициент, зависящий
от геометрических разме-
ров электродов, см.
Величина К (в см) для плоских фторопластовых электро-
дов равна 35 см (определяется исходя из площади электродов
и расстояния между ними):
где S—площадь электрода (4,9 см2);
h—расстояние между электродами (0,14 см).
Рис. 8. Схема измерения
удельного объемного сопро-
тивления лакокрасочных
материалов с помощью ом-
метра.
Рис. 9. Схема измерения удель-
ного объемного сопротивления
лакокрасочных материалов с
помощью амперметра и вольт-
метра.
Для цилиндрических электродов величина К=331,6 см и
определяется по формуле (в см)
и____1 4а +
/\ — тс I j
8-1348
113
где I—длина измерительного электрода (4 см);
d2—внутренний диаметр электрода напряжения (3,56 см);
di—наружный диаметр измерительного электрода (3,3 см).
При измерении р0 лакокрасочных материалов методом «ам-
перметра и вольтметра» в качестве источника напряжения Е мо-
жет быть использован любой аккумулятор с электродвижущей
силой 15—20 в. Для измерения силы тока I можно применять
милливольтмиллиамперметр М-82, а для измерения величины
напряжения U—вольтметр АМВ с пределами измерения 7,5;
15; 30; 60 в. Для ограничения силы тока при коротком замыкании,
возможном при случайных замыканиях измерительного электро-
да, и предотвращения выхода из строя миллиамперметра вклю-
чают защитное сопротивление типа ВС-2 (R —10 ком).
В этом случае величину удельного объемного сопротивления
лакокрасочного материала (в ом-см) определяют по формуле:
U v
где U—напряжение, в;
/—сила тока, а;
К—коэффициент, зависящий от размеров электродов, см.
Для выяснения возможных пределов использования разработан-
ных электродов были произведены сравнительные измерения ве-
личины pv с помощью этих электродов и стандартного плоского
электрода (табл. 1).
Удельное объемное сопротивление растворителей с ри> 109 ом см
измеряли по ГОСТ, а растворителей и эмалей с р0< 109 ом-см—по
схеме, изображенной на рис. 9.
Из табл. 1 видно, что удельное объемное сопротивление лако-
красочных материалов мало зависит от вида применяемых элект-
родов, если ро материала не превышает 1011 ом-см.
Материалы с ра>10п ом-см необходимо измерять по ГОСТ
(при 500—1000 в), так как из-за отсутствия охранного кольца
у нестандартных электродов образуется неравномерное электри-
ческое поле и, следовательно, увеличивается проводимость.
Для лакокрасочных материалов с р0< 1011 ом-см можно реко-
мендовать плоские электроды. Цилиндрические электроды для
измерения удельного объемного сопротивления лакокрасочных
материалов с большой вязкостью не рекомендуется применять
вследствие того, что в этом случае межэлектродный зазор не
заполняется целиком лакокрасочным материалом. Однако цилинд-
рические электроды удобно применять в производственных усло-
виях для материалов с рабочей вязкостью, так как измерения
можно производить непосредственно в таре, используя менее
чувствительный измерительный прибор.
При измерении удельного объемного сопротивления ацетона
по схеме, изображенной на рис. 9, наблюдалось изменение силы
114
Таблица 1
УДЕЛЬНОЕ ОБЪЕМНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ РАСТВОРИТЕЛЕЙ И ЛАКОКРАСОЧНЫХ
МАТЕРИАЛОВ (в ОМ-СМ). ИЗМЕРЕННОЕ С ПОМОЩЬЮ РАЗЛИЧНЫХ ЭЛЕКТРОДОВ
Электроды
Растворители и эмали Стандартный плоский фторопласто- вый плоский цилиндри- ческий
Ацетон (технический) 2.72-105 1,6-105 1,54-105
Бутанол (технический) 5,3-10’ 5,7-10’ 7,7-10’
Бутилацетат (технический) 9,1 • 108 9,8-Ю8 1,06-10»
Изобутиловый спирт (технический) . . 3,4-10» 3,2-10е 3,5-Юо
Ксилол (технический) 3,13-Юю 2,04-Юю 2,3-101°
Разбавитель РКБ 2,72-10» 3,2-109 4,25-10»
Растворитель Р-4 2,72-10’ 2,49-10’ 1,77-10’
Растворитель № 651 1,94-Юи 6,14- Юн 8,3-Юи
Сольвент 2,04-Юн 1,08-1011 1,18-Юи
Толуол (технический) l,22-10i2 2,46-1011 1,67-Юп
Уайт-спирит 4,5-1013 5,26-1012 3,72-1012
Формальгликоль 7,1-Ю3 8,56-103 7,5-103
Циклогексанон (технический) .... 1,7-10’ 1,24-10’ 1,36-10’
Этиловый спирт (технический) .... 6,8-Ю3 8,8-Ю3 7,3-Ю3
Этилцеллозольв (технический) .... 9,1-Ю5 1,8710е 2,08-100
Эмаль МЛ-12-)-смесь растворителей (20% ацетона, 50% ксилола, 15% бутанола и 15% этанола) 3,21-10’ 1,72-10’ 2,04-10’
тока I во времени. Это явление, по-видимому, можно объяснить
электролизом влаги, поглощенной ацетоном. Поэтому вели-
чину р0 ацетона измеряли при переменном токе с помощью моста
Кольрауша. При измерении р„ по схеме, изображенной на рис. 9,
удельное объемное сопротивление составило 1,8-10® ом-см, а
при измерении с помощью моста Кольрауша—3,6• 104 ом-см.
Таким образом, удельное объемное сопротивление лакокрасоч-
ных материалов, содержащих влагу, следует измерять при пере-
менном токе.
Для измерения удельного объемного сопротивления в преде-
лах от 10® до 108 с использованием фторопластовых электродов
опытный завод Научно-исследовательского института технологии
лакокрасочных покрытий изготовляет прибор ПУС-1.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ
ЛАКОКРАСОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Экспериментально установлено, что оптимальная диэлектри-
ческая проницаемость лакокрасочного материала должна нахо-
диться в пределах от 6 до 10 при оптимальных значениях удельного
объемного сопротивления 5-10е—5 • 107 ом-см, вязкости
15—20 сек (по ВЗ-4), количестве подаваемого лакокрасочного
материала 0,5—1,5 г на 1 линейный см коронирующей кромки
распылителя и средней напряженности поля 4—5 кв/см.
8*
115
Лакокрасочные материалы и растворители в основном относятся к
диэлектрикам с дипольной поляризацией, диэлектрическая про-
ницаемость которых зависит от температуры и частоты электри-
ческого тока.
Один из способов определения диэлектрической проницае-
мости лакокрасочных материалов и растворителей основан на из-
мерении емкости Сх, представляющей разность емкостей кон-
денсаторов с воздухом и исследуемым веществом. Расчет произво-
дится по формулам:
Р __ eS
^х~ 4..1
Из этой формулы определяют диэлектрическую проницае-
мость е:
Сх 4 ~1
8 S-
Так как
о___________________________
то формула принимает вид:
где СХ—(С1—С2), мкф;
К—постоянная, зависящая от размеров электродов;
С\—емкость конденсатора с воздухом;
С2—емкость конденсатора с лакокрасочным материалом;
D—диаметр верхнего электрода;
I—расстояние между электродами.
Так как с увеличением частоты переменного тока влияние
проводимости диэлектрика при измерении емкости уменьшается,
то измерения величины Сх целесообразно производить при высо-
ких частотах. Для этой цели был использован Q-метр типа КВ-1,
с помощью которого можно измерять величину Сх резонансным
методом в пределах от 50 кгц до 50 мгц.
В результате совместной работы МЭИ и НИИТЛП были уста-
новлены оптимальные условия для измерения диэлектрической
проницаемости лакокрасочных материалов с помощью указанно-
го прибора. Выбрана частота (5-10® гц), при которой наиболее
точно отмечаются максимальные отклонения стрелки прибора,
и сконструированы электроды малой емкости (8 пф) наиболее
удачной формы и размеров. На рис. 10 показана схема электрода.
Измерения диэлектрической проницаемости на приборе КВ-1
производят в соответствии с инструкцией, прилагаемой к при-
бору.
В табл. 2 показано постепенное повышение значения е при
разбавлении меламино-алкидной эмали МЛ-12-29 растворите-
116
лем с высокой диэлектрической проницаемостью (РЭ-2) и пони-
жение значения е при разбавлении растворителем с низкой ди-
электрической проницаемостью (сольвент). В табл. 3 приведены
результаты измерения диэлектрической проницаемости некото-
Рис. 10. Схема электрода, используемая при измерении
величины Сх с помощью Q-метра:
/—верхний электрод; 2—нижний электрод; 3—крышка.
рых растворителей, применяемых в лакокрасочном производстве
(для сравнения приводятся литературные данные).
Таблица 2
ЗНАЧЕНИЯ е ПРИ РАЗБАВЛЕНИИ ЭМАЛИ МЛ-12-29
РАЗЛИЧНЫМИ РАСТВОРИТЕЛЯМИ
Содержание эмали % Содержание растворителя % Растворители эмали
РЭ-2 сольвент
90 10 5,1 4,8
70 30 7,1 4,0
50 50 8,1 3,6
30 70 8,5 2,9
10 90 9,0 2,3
0 100 9,2 2,2
Таблица 3
ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ е НЕКОТОРЫХ
РАСТВОРИТЕЛЕЙ
Растворитель
Ацетон................
Бензол ...............
Нитробензол...........
Толуол ...............
Этанол ...............
8 по прибору КВ-1 8 по литератур- ным данным*
23,2 20,74
2,49 2,30
36,9 34,75
2,3 2,47
32,7 26,4
* Справочник химика, I, Госхимиздат, 1962.
117
МЕТОДИКА ПОДБОРА РАСТВОРИТЕЛЕЙ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ
ЛАКОКРАСОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ К РАСПЫЛЕНИЮ
В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ*
Выпускаемые промышленностью лакокрасочные материалы
не всегда обладают оптимальными значениями р и s, поэтому при-
ходится добавлять к ним соответствующие растворители или их
смеси.
В результате работ, проведенных в НИИТЛП и МЭИ установ-
лены зависимости изменения значений г и р двойных и тройных
смесей растворителей от объемной
Рис. 11. Зависимость изменения диэлект-
рической проницаемости смеси раствори-
телей от соотношения исходных раствори-
телей:
1—толуол (см. значение е слева) с амилацетатом (см.
значение е справа); 2—сольвент с этилцеллрзольвом;
3—ксилол с бутанолом; 4—ксилол с циклогексаноном;
5—бутилаиетат с бутанолом; 6—толуол с ацетоном;
7—ксилол с н-нитропропаном; 8—бутилацетат с н-ннт-
ропропаном; 9—этилцеллозольв с циклогексаноном.
концентрации, входящих в
эту смесь компонентов, и
построены соответствую-
щие кривые.
Из рис. 11 видно, что
при небольшом различии
в значениях г отдельных
растворителей диэлектри-
ческая проницаемость при
смешении компонентов в
различных соотношениях
изменяется почти прямо-
линейно в зависимости от
состава смеси. Если же
смешиваемые растворители
значительно различаются
по значениям е, то изме-
нение величины е харак-
теризуется кривой, форма
которой приблизительно,
одинакова для всех иссле-
дованных смесей раство-
рителей.
Установленная зависи-
мость может быть исполь-
зована при ориентировоч-
ном определении значений
е для неисследованных
смесей растворителей. Для
этого на графике рис. 11 по осям ординат следует отложить
значения г исходных растворителей и построить кривую, анало-
гичную по форме ближайшей кривой.
Из рис. 12 видно, что при добавлении до 40—50% раствори-
телей, обладающих высоким р0 (1010—1013 ом-см), к растворите-
* В работе принимала участие А. В. Машлыкииа.
118
лям со значительно более низким ро(105—107 ом-см) удельное
объемное сопротивление смеси приобретает значение, близкое к
растворителям с низким р0. На практике это можно использовать
для снижения удельного объемного сопротивления лакокрасоч-
Рис. 12. Зависимость удельного объемного сопротив-
ления р смеси растворителей от соотношения исход-
ных растворителей:
/—бутилацетат (см. значение pv слева) с я-нитропропаном (см.
значение (>v справа); 2—сольвент с н-нитропропаном; 3—толуол
с ацетоном; 4—уайт-спирит с этилцеллозольвом; 5—уайт-спирит
с циклогексаноном; 5—ксилол с циклогексаноном; 7—уайт-спирит
с бутанолом; 8—ксилол с амилацетатом.
ного материала, применяя вместо чистых активных раствори-
телей значительно более дешевые смеси активных растворителей
с сольвентом, уайт-спиритом и др.
На основании полученных данных можно заранее опреде-
лить оптимальные соотношения растворителей при составлении
рецептур специальных смесей для лакокрасочных материалов,
предназначенных для распыления в электрическом поле.
В лаборатории электроокраски НИИТЛП разработана мето-
дика подготовки лакокрасочных материалов к распылению в
электрическом поле и, в частности, методика подбора раствори-
телей для различных групп лакокрасочных материалов.
Качество распыления контролировали по статическим отпе-
чаткам факелов и качеству покрытия, нанесенного на пластины
из кузовной стали. При составлении рецептур смесей раствори-
телей принимали во внимание свойства пленкообразующих, а
также возможность желатинирования эмали и появления де-
119
фектов на поверхности покрытия (побеление, матовость,
Шагрень).
В соответствии с разработанной методикой предварительно
определяли значение ро и е эмали с исходной вязкостью, раство-
рителя, рекомендованного по ТУ, и эмали с рабочей вязкостью.
Если значение ро лакокрасочного материала с исходной вязко-
стью получалось слишком высоким (108—109 ом-см), а величина s
была меньше 6 (причем с помощью растворителя, рекомендуемого
по ТУ, не удавалось достичь требуемых значений р.в и s эмали),
то часть компонентов смеси растворителей заменяли растворите-
лями с более низким значением pv и высоким значением е. При
этом учитывали, что компоненты должны смешиваться друг с
другом, не вызывая химических процессов в эмали при ее раз-
бавлении. Аналогичным образом при исследовании лакокрасоч-
ного материала с низким значением ро (105 ом-см) и высокой ди-
электрической проницаемостью (s>10) подбирали компоненты
растворителя с высоким значением ро и низким значением е.
Электростатическое распыление осуществляли при оптималь-
ных значениях напряжения, межэлектродного расстояния, вяз-
кости эмалей и скорости их подачи.
Ниже приводится пример подбора растворителей для алкид-
ной грунт-шпатлевки ГФ-6 с исходной вязкостью 1620 сек (по
ВЗ-4), ро=5,5-1010 ом-см и г=3,7. Для разбавления лакокрасоч-
ного материала с приведенными характеристиками до рабочей
вязкости по ТУ рекомендуется применять сольвент или уайт-
спирит. Однако грунт-шпатлевка, разбавленная этими раствори-
телями до оптимальной рабочей вязкости 15 сек (по ВЗ-4), имеет
соответственно значения pD = 1,3 • 109 и 2,1 • 109 ол* • см и е =2,4 и 1,6.
При распылении такой грунт-шпатлевки в электрическом поле
получаются неудовлетворительные результаты. Внутри стати-
ческого отпечатка факела остается большая неокрашенная зона
диаметром 200 мм, распыление грубодисперсное, контур отпечат-
ка размыт, укрывистость неудовлетворительная.
В качестве основного компонента при составлении рецептур
смеси растворителей для грунт-шпатлевки ГФ-6 выбран сольвент,
при применении которого в предварительных опытах получались
несколько лучшие результаты по сравнению с применением уайт-
спирита. К сольвенту добавляли активные полярные раствори-
тели в количестве 30 и 50% и получали смеси растворителей, обо-
значенные марками РЭ-2 и РЭ-3 (см. табл. 4). Эти смеси обладают
низким удедьным объемным сопротивлением и высокой диэлект-
рической проницаемостью.
В результате разбавления грунт-шпатлевки ГФ-6 смесями
растворителей РЭ-2 и РЭ-3 значение ро понизилось, а значение е
повысилось до оптимального уровня. При этом резко изменился
статический отпечаток факела: ширина рабочей зоны примерно
в 2,5 раза превышала диаметр неокрашенного участка внутри
120
Таблица 4
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРУНТ-ШПАТЛЕВКИ ГФ-6 ПРИ РАЗБАВЛЕНИИ ЕЕ РАЗЛИЧНЫМИ РАСТВОРИТЕЛЯМИ
И КАЧЕСТВО РАСПЫЛЕНИЯ ПОЛУЧЕННОЙ СМЕСИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ (РАСПЫЛИТЕЛЬ ЭР-1)
Электрические свой- ства растворителя Электрические свой- ства грунт-шпатлевки с рабочей вязкостью Размеры статического отпечатка факела Характеристика статического отпечатка факела
Растворители или их смеси Ру ОМ'см 8 Ру ОМ‘СМ S диаметр неок- рашенного участка внутри отпечатка факела мм ширина рабочей зоны мм угол распыле- ния, градусы
Уайт-спирит 1.1013 1,6 2,1-10» 1,6 200 40 11,5 Отпечаток размыт, укры- вистость неудовлетвори- тельная, имеются под- теки
Сольвент 2,7-Юи 2,15 1,3-10» 2,4 230 65 13,7 Отпечаток очерчен лучше, укрывистость неудовле- творительная, распыле- ние грубодисперсное
РЭ-2 2,4-10’ 9,26 4,8-Ю7 3,8 95 150 21 Отпечаток четко очерчен, укрывистость вполне удовлетворительная, распыление мелкодис-
РЭ-3 6,9-105 13,5 2,1-107 4,6 70 187 26 Отпечаток четко очерчен, укрывистость хорошая, распыление мелкодис- персное
Таблица 5
ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛАКОКРАСОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ, ПРИГОДНЫХ ДЛЯ РАСПЫЛЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ
Марки лакокрасочных материалов Рекомендуемый растворитель* объемы. % Вязкость эмали (по ВЗ-4) при 20 °C. сек Разведение % (от веса неразведенной краски) Удельное объемное сопротивление ОМ'см Диэлектрическая про- ницаемость S Сухой остаток эмали. %
исходная ! рабочая растворителя эмали с исход-* ной вязкостью эмали с рабо- | чей вязкостью । растворителя эмали с исход- ной вязкостью эмали с рабо- чей вязкостью с исходной вязкостью с рабочей вяз- костью
Меламино-алкидные (синтетические) эмали МЛ-12-14 изумрудная , . Раствори- 45 22 8,3 2,8.10s 1,3-10» 2,4-10’ 11,4 44,7 41,66
МЛ-12-02 «белая ночь» тель РЭ-1 То же 33 20 6,4 2,8 10е 5,6-107 1,9-10’ 11,4 — — 47,4 36,5
МЛ-12-15 зеленая . . . » 72 22 8,6 2,8-10s 1,7-10s 3,5-10’ 11,4 — — 46,0 42,0
МЛ-12-79 серо-голубая . » 75 22 13,2 2,8.10е 1,7-10» 2,8-10’ 11,4 — — 44,4 38,2
МЛ-12-17 серо-зеленая . » 53 22 11,7 2,8-10» 3,5-10» 8,3-105 11,4 — — 47,0 40,0
МЛ-12-93 «Спартак» . . » 55 22 9,1 2,8-10» 2,4-10» 5,4-10’ 11,4 — — 44,0 40,0
МЛ-12-68 светло-голубая » 52 22 11,3 2,8-10» 11,4-10» 3,5-10’ 11,4 — — 48,0 40,0
МЛ-12-36 электрик . . . » 88 22 18,7 2,8-10» 4,2-10» 6,9-10’ 11,4 — — 45,4 39,8
МЛ-12-36 электрик . . . » 88 20 20,0 2,8-10» 4,2-10» 3,8-10’ 11,4 — — 45,4 37,8
МЛ-12-29 бирюзовая . . » 105 20 23,6 2,8•10s 1,6-10» 2,0-10’ 11,4 4,6 6,11 54,38 40,2
МЛ-12-29 бирюзовая . . 1растворитель 105 15 30,1 2,2-10» 1,6-10» 9,1-10» .9,26 4,6 6,0 54,38 39,0
То же РЭ-2 Растворитель 105 15 25,2 3,5-10» 1,6-10» 6,8-10» 13,5 4,6 7,3 54,38 39,0
» РЭ-3 Смесь 1 105 15 30,37 3,4-10» 1,6-10» 4,2-10» 14,4 4,6 8,9 54,38 31,8
мл-12-уо сиреневая . . Смесь-2 105 15 20,8 2,9-10’ 1,6-10’ 6,1-10’ 11,3 4,7 7,9 50,0 36,2
МЛ-12-96 » . . Смесь-3 105 15 30,9 1,7-10’ 1,6-10’ 1,2-10’ 7,73 4,7 6,5 50,0 36,0
МЛ-12-96 » . . Смесь-4 105 15 21,8 4,8-10’ 1,6-10’ 9,7-10’ 9,94 4,7 7,24 50,0 36,0
МЛ-12-94 «Ривьера» . . Смесь-5 105 15 24,0 1,910’ 1-10’ 4,5-10’ 11,3 4,7 7,9 48,0 35,0
МЛ-12-9 4 » . . Смесь-6 105 15 29,0 1,7-10’ 1-10’ 2,0-10’ 6,9 4,7 5,0 48.0 32,3
МЛ-12-94 » . . Смесь-7 105 15 24,6 9-10’ 1,4-10’ 1,1-10’ 8,3 — 6,2 48,0 36,6
МЛ-12-94 » . . РЭ-1 105 15 19,7 1,7-10’ 1,4-10’ 3,1-10’ 11,4 — — 48,0 37,9
МЛ-12-92 вишневая . . . » 72 15 19,0 1,7-10’ 1,5-10’ 2,2-10’ 11,4 — — 50,0 37,3
МЛ-12-40 голубая . . . Нитроцеллюлозные материалы » 70 15 20,4 1,7-10’ 1,3-10’ 1,2-10’ 11,4 — — 50,0 37,9
Эмаль № 925’ РЭ-5 Пасто- образ- ная 20 226 1,5-10’ 8,7-Ю5 4,8-10’ 6,5 14,7 8,7 39,3 9,1
Эмаль № 925 Эмаль НЦ-11-81 серо-го- Смесь-8 » 20 251 3,5-10’ 8,7-10’ 2,2-10’ 3,6 14,7 8,2 39,3 9,1
лубая РЭ-5 » 20 150 1,5-10’ 6,6-10’ 3,4-10’ 6,5 17,2 8,6 41,3 14,5
Эмаль НИ,-11-81 » Смесь-8 » 20 151 3,5-10’ 6,6-10’ 6,6-10’ 3,6 17,2 6,84 41,3 15,8
Эмаль НК.О-21 красная . РЭ-5 113,6 20 49 1,5-108 1,2-10’ 2,0-10’ 6,5 11,25 6,25 28,6 17,9
Эмаль НК.О-21 » Смесь-8 113,6 20 50 3,5-10’ 1,2-10’ 3,6-10’ 3,6 11,25 6,0 28,6 18,1
Шпатлевка АШ-32 . . . РЭ-6 Паста 20 162 1,7-10’ 1,6-10’ 2,5-10’ 6,3 10,7 7,6 65,9 23,4
Эмаль А-П алюминиевая Эмаль АМТ-11 серо-голу- РЭ-5 50 20 30 1,8-10’ 2,0-10’ 3,1-10’ 5,6 11,6 10,8 23,8 17,2
бая РЭ-5 46 20—30 18— 32,4 2,2-10’ 1,5-10’ 1,8-10’— 2,4-10’ 5,6 7,8 7,6 33,6 30,4
Составы растворителей приведены в конце таблицы в виде приложений 1—3 (см. стр. 128 и 129).
Марки лакокрасочных материалов Рекомендуемый растворитель* объемы. % Вязкость эмали (по ВЗ-4) при 20 °C, сек
исходная рабочая
Перхл орвиниловые материалы
Эмаль ПХВ-715 .... РЭ-5 51 18
Эмаль ПХВ-715 .... Смесь-8 51 18
Эмаль ХВ-16 без алюми- ниевой пудры .... — 20,5 20,5
Эмаль ХВ-16 с 2% алю- миниевой пудры . . . — 23,0 23,0
Шпатлевка ХВШ-4 . . . РЭ-6 Паста 20
Эмаль ХВ-113Т красная . РЭ-7 73 18
Эмаль ХС-119 Р-5 Паста 20
Мочевино-формальдегид- ные эмали
МЧ-13 РКБ-1 62 20
МЧ-13 с применением син- тетических жирных кис- лот РКБ-1 81 15
МЧ-118 и кислотный от- вердитель 10% . . . . РКБ-1 55 30
Продолжение табл. 5
Разведение % (от веса неразведениой краски) I Удельное объемное сопротивление Ру» ом'см Диэлектрическая про- ницаемость е Сухой остаток эмали, %
растворителя эмали с исход- ной вязкостью эмали с рабо- чей вязкостью растворителя Эмали с исход- ной вязкостью эмали с рабо- чей вязкостью с исходной вязкостью с рабочей вязкостью
54 1,5-108 2,4-10’ 3,6-10’ 6,5 7,8 7,0 31,0 19,8
56 3,5-10’ 2,4-10’ 7,7-10’ 3,6 7,8 4,6 31,0 19,2
— — 1,8-10’ 1,8-10’ — 9,85 9,85 27 27
— — 2,15-10’ 2,15-10’ — 11 11 29 29
91,5 1,7-10’ 2,6-10’ 1,4-10’ 63 9,8 7,9 69,7 34,7
56,5 1,15-10’ 8,45-10’ 8,15-10’ 7,7 4,8 6,4 37,6 24,2
77 2,1-10’ 5,1-10’ 8,0-10’ 7,8 6,2 6,4 42,0 24,0
21,7 4,6-10’ 2,3-10’ 5,2-10’ 8,5 —- — 48,0 38,96
43 9,3-10’ 1,1-10’ 1,0-10’ 7,8 4,6 6,2 48,0 28,0
8,0 9,3-10’ 2,8-10’ 3,6-10’ 7,8 6,5 6,4 50,0 46,0
Эпоксидные материалы Эмаль Э-5 Р-5 Пасто- образ- ная 18 36,6 1,5.10’ 1,1-10’ 6,0-10» 7,9 11,6 10,6 77,3 56,2
Шпатлевка ЭП-0010 . . Р-40 » 15 38,0 2,9.10е 5,9-10’ 2,7-10» 7,3 8,8 8,3 87,6 64,4
То же 649 15 24,8 4,1-10» 5,9-10’ 2,8-10» 8,9 8,8 8,4 87,6 61,7
» Смесь 9 » 15 39,3 2,9.10е 5,9-10’ 3,4-10е 5,4 8,8 8,2 87,6 63,0
Эпоксиэфирные эмали ЭФ-123 красная для 1-го слоя РЭ-11 116 15 33,0 2,5-10е 1,6-101» 5,3-10» 21,5 2,4 6,6 42,3 31,5
То же для 2-го слоя . . » 54 15 21,0 2,5.10е 3,2-101» 4,2-10’ 21,5 3,1 8,25 39,0 32,8
ЭФ-123 желтая для 1-го слоя РЭ-11 63 15 21,0 2,5-10’ 9,5-101» 1,3-10’ 21,5 2,8 6,0 47,6 38,1
То же для 2-го слоя . . РЭ-11 61,5 15 26,0 2,5-10» 8,2-101» 1,2-10’ 21,5 3,2 8,0 40,0 30,0
Алкидные эмали ПФ-115 белая РЭ-4 165 15 34,5 1,9-10» 1,9-101» 2,9-10’ 11,55 3,0 6,9 65,4 50,5
ПФ-115 серая » 157 15 35,0 1,9-10» 1,57-101» 3,3-10’ 11,55 3,35 6,58 69,2 50,2
ПФ-115 кремовая . . . . 173 15 43,0 1,9-10» 1,73-101» 2,4-10’ 11,55 3,96 7,0 66,3 46,5
ПФ-133 голубая .... » 150 15 32,0 1,3-10» 1,09-101» 1,9-10’ 11,55 3,37 6,23 65,4 50,5
ПФ-28 РЭ-4 195 15 38,0 1,9-10е 1,8-101» 7,9-10’ 11,55 3,2 6,5 80,5 37,2
Фенольно-алкидная ФАБ » 82 15 31 1,9-10е 5,6-10» 5,2-10» 11,55 6,0 7,7 70,8 54,0
ФСХ-23 серая » 60 15 16 1,9-10» 1,8-10» 6,8-10’ 11,55 4,0 8,6 62,0 55,0
Алкидно-стирольная МС-17 РЭ-8 85 15 40,5 2-10» 1,3-101» 6,0-10’ 8,5 3,2 5,3 50,5 33
Алкидно-акриловая АС-150 РЭ-4 165 15 65 1,9-10» >10» 2,5-10» 11,55 2,75 5,5 43 26
* Составы растворителей приведены в конце таблицы в виде приложений 1—3 (см- стр. 128 и 129).
Марки лакокрасочных материалов Рекомендуемый растворитель* объемы. % Вязкость эмали (по ВЗ-4) при 20 °C, сек Разведение % (от веса!
исходная рабочая
Полиэфирные материалы Эмаль ПЭ-126 серая . . Смесь-10 50 15 41
То же РЭ-9 То же 15 4Е
Эмаль ПЭ-126 черная . . Смесь-10 40 15 3/
То же РЭ-9 40 15 ЗЕ
Лак ПЭ-220 РЭ-10 103 35 2(
Тиксотропные материалы ПФ-14 (ТС-4) .... РЭ-15 Гель 30
Масляные материалы Состав № 1 (белила цин- ковые густотертые 35% охра густотер- тая 30% + олифа . «ок- соль» 30%+уайт-спирит 3% + сиккатив 2%) . . РЭ-12 35,5 15 2Е
Состав № 2 (мумия гус- тотертая 55%+олифа «оксоль» 30% + аце- тон 10% + сиккатив 5% РЭ-13 20 15 Е
Продолжение табл. 5
краски) Удельное объемное сопротивление pv, ом-см Диэлектрическая про- ницаемость, S Сухой остаток эмали, %
неразведеиной растворителя эмали с исход- ной вязкостью эмали с рабо- чей вязкостью 1 растворителя эмали с исход- ной вязкостью эмали с рабо- чей вязкостью с исходной ВЯЗКОСТЬЮ с рабочей вяз- костью
г,о 1,3-106 1,6-10’ 3,2-10" 10,7 9,5 10,5 61 42,0
>,6 7,0-10’ 1,6-10’ 5,6-10" 5,0 9,5 10,6 61 42,3
,0 1,3-10в 2,1-10’ 2,010в 10,7 6,8 9,1 59,8 40,4
5,0 7,0-10’ 2,1-10’ 7,9-106 5,0 6,8 6,8 59,8 40,4
>,5 3,2-108 2,0-10е 3,3-10в 4,0 12,6 9,2 69,5 56,0
9 2,6-10’ 4,0-10" 1,6-10’ 7,6 3,4 7,6 75 48
>,9 1,5-10е 4,3-10» 4,2-Юв 24,8 5,7 11,9 79,1 66,6
5,9 1,51-10’ 2,0-10" 9,9-106 29,3 7,65 8,1 73,3 63,2
Состав № 3 (сурик же- лезный густотертый 60% + олифа «оксоль» 30% -|- уайт-спирит 7% + сиккатив 3% . . Эмаль № 1425 РЭ-13 РЭ-14 23 126 15 15 17,4 35 1,51-10в 1,210» 1,8-10» 1,1-101° 1,4-10» 2,2-10’ 29,3 8,1 2,2 12,0 5,45 73,0 60,9 62,2 48,2
Грунтовки
и грунт-шпатлевки
Грунтовка МС-17 .... РЭ-2 57 15 29,6 5,2-10» 1,9-10° 1,1-10» 9,2 4,24 5,36 48,2 37,7
Грунтовка МС-17 .... РЭ-3 57 15 22,7 3,5-10» 1,9-10» 1,8-10’ 13,5 4,24 5,48 48,2 40,6
Грунтовка ФЛ-014 . . . То же 76 15 20,1 3,5-10» 1,4-101° 5,4-10’ 13,5 3,6 4,5 69,0 53,3
Грунтовка ФЛ-014 . . . РЭ-2 76 15 22,1 5,2-10» 1,4-101° 9,1-10’ 9,2 3,6 4,1 69,0 57,3
Грунтовка № 138 . . . . Смесь 11 105 15 24,0 2,4-10’ 7,5-Ю8 4,2-10’ 4,2 4,0 4,4 52,0 44,6
То же Изопропило- 105 15 21,5 3,4-10» 7,5-Ю8 1,2-10’ — 4,0 — 52,0 39,3
вый спирт 7,5-10» 1,2-10’ 38,4
> Этилцелло- 105 15 26,8 7,0-10» 19,0 4,0 7,5 52,0
зольв
Грунт-шпатлевка ГФ-018-2 РЭ-2 126 15 22,1 5,2-10» 5,1-10» 1,9-10’ 9,2 5,03 4,18 62,13 49,7
То же РЭ-3 126 15 21,0 3,5-10» 5,1-Ю8 1,1-10’ 13,5 5,03 5,48 62,13 55,0
» Сольвент 126 15 33,7 1,1-Юи 5,1-Ю8 1,7 - 10s 2,16 5,03 3,3 62,13 45,5
Грунт-шпатлевка ГФ-6 . . РЭ-2 Пасто- образ- 15 42,2 2,4-10» 5,5-100 4,8-10’ 9,5 3,7 3,6 62,13 38,0
ная
То же РЭ-3 » 15 36,6 7,0-10» 5,5-10» 2,1-10’ 14,0 3,7 4,57 53,0 41,0
Грунтовка ПФ-033 . . . Вода 31 20 35 3,8-Ю3 1,7-10* 1,2-10» 80 79 79 64 48,5
Фосфатирующая грунтов- ка ВЛ-08 Сольвент 33 15 20 2,7-1011 1,5-10» 8,3-104 2,15 34 15 16,6 9,7
Грунтовка № 138 с при-
менением синтетичес- ких жирных кислот . . РЭ-2 105 15 36 3,6-10» >10» 1,6-10’ 6,2 4,4 5,4 56 43,5
Грунтовка ГФ-020 . . . РЭ-2 48 15 17 2,2-10» 1,4-10» 3,3-10’ 10,3 3,5 4,9 52,5 45,6
* Составы растворителей приведены в конце таблицы в виде приложений 1—3 (см. стр. 128 и 129).
Примечание. В экспериментальных работах по исследовчнию перечисленных материалов, за исключением эмалей МЛ-12, принимали участие
М. М. Манина, Л. Г. Данилова, 3. С. Рябышкина, А. В. Машлыкина.
Приложение 1 к таблице 5
РЕЦЕПТУРЫ НЕСТАНДАРТНЫХ РАСТВОРИТЕЛЕЙ
Состав растворителя Состав растворителя
Раствори- количество объемн. % Раствори- количество объемн. %
компоненты компоненты
РЭ-1 Ксилол 50 РЭ-8 Ксилол 50
Ацетон 20 Ацетон 30
Бутанол 15 Этанол или нитро- 20
Этанол 15 пропан
РЭ-2 Сольвент 70 РЭ-9 Сольвент 50
Этанол 20 Бутилацетат 30
Ацетон 10 ЭтилцеллоЗольв 20
РЭ-3 Сольвент 50 РЭ-10 Толуол 70
Этанол 20 Циклогексанон 30
Ацетон 20 РЭ-11 ЭтилцеллоЗольв 40
ЭтилцеллоЗольв 10 Бутанол 35
РЭ-4 Сольвент 50 Этанол 25
Этанол 20 РЭ-12 Ацетон 50
Ацетон 30 Этанол 25
РЭ-5 Толуол 50 Бутанол 25
Бутилацетат 30 РЭ-13 Этанол 50
Циклогексанон 20 Бутанол 50
РЭ-6 Толуол 50 РЭ-14 Сольвент 40
Бутилацетат 25 ЭтилцеллоЗольв 30
Циклогексанон 15 Ацетон 30
Этанол 10 РЭ-15 Уайт-спирит 50
РЭ-7 Сольвент 50 Бутанол 50
Бутанол 20
ЭтилцеллоЗольв 15
Ацетон 15
Приложение 2 к таблице 5
РЕЦЕПТУРЫ НЕСТАНДАРТНЫХ СМЕСЕЙ РАСТВОРИТЕЛЕЙ
Состав смеси Состав растворителя
Наименова- Нанменова-
ние смеси количество ние смеси
компоненты объемы. % компоненты объемн. %
Смесь-1 ЭтилцеллоЗольв 30 Смесь-6 Уайт-спирит 60
Бутанол 20 Бутанол 30
Сольвент 30 ЭтилцеллоЗольв 10
Циклогексанон 20 Смесь-7 Толуол 40
Смесь-2 Ксилол 40 Бутанол 10
Ци к логексанон 50 Циклогексанон 50
Этанол 10 Смесь-8 Толуол 50
Смесь-3 Сольвент 50 Бутилацетат 50
Циклогексанон 40 Смесь-9 Толуол 50
ЭтилцеллоЗольв 10 Этилцеллозольв 50
Смесь-4 Сольвент 40 Смесь-10 Растворитель № 646 50
Циклогексанон 30 Этилцеллозольв 50
ЭтилцеллоЗольв 20 Смесь-11 Ксилол 50
Ацетон 10 Растворитель № 646 50
Смесь-5 Ксилол 40
Циклогексанон 50
Этанол 10
128
Приложение 3 к таблице 5
РЕЦЕПТУРЫ СТАНДАРТНЫХ РАСТВОРИТЕЛЕЙ
Наименование растворителя Состав растворителя Наименование растворителя Состав растворителя
компонент коли- чество объемн. % компонен г коли- чество объемн. %
Разжижитель Бутилацетат 30 Растворитель Этилцеллозольв 80.
Р-5 Ns 649
ТУ МХП Ацетон 30 ТУ МХП Бутанол 20'
2191-50 Ксилол 40 1812-48 Ксилол 50
Разбавитель Ксилол 50 Растворитель Бутилацетат или 10
РКБ-1 № 646 амилацетат
ТУ МХП Бутанол 50 ГОСТ 5630-51 Этилцеллозольв 8
2533-55 Ацетон 7
Растворитель Р-40 Ацетон 20 Бутанол Этанол 15 10
Этилцеллозольв 30 Толуол 50
Толуол 50
отпечатка (при использовании смеси РЭ-3), распыление оказалось
мелкодисперсным; контур отпечатка получился ярко очерченным,
улучшилась укрывистость шпатлевки, нанесенное покрытие имело
хороший внешний вид.
Результаты исследования грунт-шпатлевки ГФ-6, разведенной
различными растворителями, приведены в табл. 4.
Для достижения заданных величин ро и е приходится вводить
в краску, как правило, значительное количество растворителя.
Рабочая вязкость обычно составляет 15—20 сек, а исходная вяз-
кость лакокрасочного материала—более 50 сек (по ВЗ-4) при
18—20 °C.
В табл. 5 приводятся разработанные в НИИТЛП и рекомен-
дуемые лакокрасочные материалы с оптимальными электриче-
скими свойствами, а в табл. 6 рекомендуемые—оптимальные ре-
жимы распыления лакокрасочных материалов в электрическом,
поле.
В настоящее время в лаборатории электроокраски проводят-
ся исследования влияния растворителей с различными физико-
химическими свойствами на качество покрытия, получаемого при.
нанесении в электрическом поле. Первые предварительные ре-
зультаты испытаний показали, что растворители марки РЭ не
оказывают отрицательного влияния на качество покрытия.
Ведутся также исследования влияния поверхностно-актив-
ных веществ на качество распыления и покрытия. При примене-
нии поверхностно-активных веществ (ПАВ) взамен низкокипящих
летучих растворителей (ацетон и др.), которые используются для
разведения лакокрасочных материалов, уменьшается пожарная
9—1348
129
Таблица 6
ОПТИМАЛЬНЫЕ РЕЖИМЫ РАСПЫЛЕНИЯ ЛАКОКРАСОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ*
(ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ ВОЗДУХА 18-20 °C И ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ НЕ БОЛЕЕ 75%)
Марки лакокрасочных материалов Тип электростати- ческого распыли- теля Напряжение кв Межэлектродное рас - стояние мм Подача лако- красочного ма- териала, г!мин Продолжительность распыления сек Характеристика стати- ческого отпечатка фа- кела Толщина сухой пленки мк Плотность сухой пленки г/см3 %
на распыли- тель на 1 см коро- нирующей кромки диаметр неок- рашенного участка мм ширина рабо- чей зоны мм угол распыле-i НИЯ
Меламино-алкидные (синтетические) эмали МЛ-12-14 изумрудная . . Г рибковый 80 200 24,5 0,78 30 224 362 ЗГ52' 72 1,2 60
МЛ-12-02 «белая ночь» . . диаметром 100 мм То же 80 200 30,0 0,95 30 203 462 39’4' 67 1,6 68
МЛ-12-15 зеленая . . . » 80 200 23,0 0,73 30 240 336 28’31' 62 1,28 68
МЛ-12-75 серо-голубая . » 80 200 25,0 0,79 30 256 336 27’29' 61 1,46 57
МЛ-12-17 серо-зеленая . » 80 200 25,5 0,8 30 255 342 29’33' 57 1,63 60
МЛ-12-93 «Спартак» . . . » 80 200 23,5 0,75 30 225 350 30’26' 62 1,28 63
МЛ-12-68 светло-голубая » 80 200 21,0 0,66 30 190 406 39’26' 64 1,2 69
МЛ-12-36 электрик . . . » 80 200 16,0 0,5 60 253 340 39’28' 80 1,22 60
То же » 80 200 16,0 0,5 60 240 348 25° 91 1,21 62
МЛ-12-29 бирюзовая . . » 80 200 16,0 0,5 60 190 416 33’45' 56 1,48 67
То же » 80 200 16,0 0,5 60 170 420 37° 16' 85 1,58 62
» » 80 200 16,0 0,5 60 195 560 43’18' 85 1,62 62
» » 80 200 16,0 0,5 60 165 500 42’43' 50 1,36 61
МЛ-12-96 сиреневая . . . Чашечный 80 200 8,0 0,5 60 62 260 31’18' 41 1,67 65
То же диаметром 50 мм То же 80 200 8,0 0,5 60 50 270 ЗГ58' 44 1,56 60
» » 80 200 8,0 0,5 60 87 260 30° 17' 45 1,57 60
МЛ-12-94 «Ривьера» . . » 80 200 8,0 0,5 60 60 320 36’50' 31 1,6 62
То же » 80 200 8,0 0,5 60 70 300 34° 15' 37 1,47 62
» » 80 200 8,0 0,5 60 50 280 31’35' 37 1,5 62
» » 100 250 10 0,6 20 70 270 27° 13' 48 1,3 60
МЛ-12-92 вишневая . . . » 100 250 10 0,6 20 80 260 25’47' 30 1,3 60
МЛ-12-40 голубая . . . » 100 250 10,0 0,6 20 65 280 27’59' 47 1,21 55
Нитроцеллюлозные материалы Эмаль № 925 » 120 250 31,4 2,0 120 55 430 39’14' 20 1,7 55
Эмаль № 925 » 120 250 31,4 2,0 120 60 350 28’44' 20 1,7 55
Эмаль НЦ-11-81 серо-го- лубая » 120 250 31,4 2,0 60 50 450 40’57' 19 1,9 55
Эмаль НЦ-11-81 . » . . » 120 250 31,4 2,0 60 60 410 37’6' 21 1,8 55
Эмаль НКО-21 красная . » 120 250 31,4 2,0 120 15 560 49’11' 22 1,4 —
Эмаль НКО-21 красная . » 120 250 31,4 2,0 120 40 566 48°2' 19 1,4 —
Шпатлевка АШ-32 . . . » 120 250 34,0 2,1 60 — 440 39’45' 30 2,1 —
Эмаль A-II алюминиевая » 120 250 31,4 2,0 60 55 500 42’10' 20 1,7 —
Эмаль АМТ-11 серо-голу- бая » 120 250 31,4 2,0 60 60 500 42’10' 27 1,8 —
• Вязкость распыляемых материалов и поименяемые для них растворители см. в табл. 5.
Марки лакокрасочных материалов Тип электростати- ческого распыли- теля Напряжение кв Межэлектродное рас - стояние мм
Перхлорвнниловые материалы Эмаль ПХВ-715 .... Чашечный 120 250
То же диаметром 50 мм То же 120 250
Эмаль ХВ-16 без алюми- ниевой пудры .... 120 200
Эмаль ХВ-16 с 2% алю- миниевой пудры . . . 120 200
Шпатлевка ХВШ-4 . . . » 120 250
Эмаль ХВ-113Т красная 120 250
Эмаль ХС-119 » 120 250
Мочевино-формальдегид- ные эмали МЧ-13 » 120 120 250 250
ПродблжёШё табл. 6
Подача лако- красочного ма- териала, г/мин Продолжительность распыления сек Характеристика стати- ческого отпечатка факела Толщина сухой пленки мк Плотность сухой пленки г/см2 Блеск %
на распыли- тель иа 1 см коро- ннрующей кромки диаметр неок- рашенного участка мм ширнна рабо- чей зоны мм угол распыле- ния
31,4 2,0 120 35 550 47°25' 38 1,65 —
31,4 2,0 120 35 460 4Г26' 51 1,89 —-
31,4 2,0 90 — 600 49°23' 27 2,3 —
31,4 2,0 60 — 520 40°28' 18 1,5 —
33,0 2,1 60 60 460 39 20' 28 1,9 —
31,4 2,0 60 45 500 53’30' 38 1,8
15,7 1,0 60 85 350 ЗГ50' — —
120 75 420 37°45' 45 2,0
31,4 2,0 60 65 450 40° 08' — —• —
10 0,6 30 121 304 27°50' 52 1,13 57
МЧ-13 с применением син-
тетических жирных кис- лот То же 120 250 18,7 1,2 30 80 340 31’50' 15 2,2
120 250 31,4 2,0 30 55 410 37’30' — — —
МЧ-118 и кислотный от- вердитель (10 %) • • • » 120 120 250 250 15,7 31,4 1,0 2,0 60 60 55 55 350 470 33° 10' 40’41' 35 1,7 —
Эпоксидные материалы Эмаль Э-5 » 120 250 15,7 1,0 120 60 400 36’47' 64 1,9 —
Шпатлевка ЭП-0010 . . 120 250 15,7 1,0 120 63 384 34’49' 79 1,48 —
То же » 120 250 15,7 1,0 120 70 410 36’23' 76 1,67 —
» » 120 250 15,7 1,0 120 35 424 39’3 Г 89 1,57
Эпоксиэфириые эмали
Эмаль ЭФ-123 красная для 1-го слоя » 100 250 17,3 1,1 60 45 660 51’45' 40 1,6 —
То же для 2-го слоя . . » 100 250 15,8 1,0 60 60 520 43’18' 30 1,7 —
Эмаль ЭФ-123 желтая для 1-го слоя » 100 250 21,6 1,5 60 80 500 42’37' 41 1,9 —
То же для 2-го слоя . . » 100 250 22,8 1,5 45 50 520 42’23' 40 1,62 • —
Алкидные эмали Хороший (75%)
ПФ-115 белая » 120 250 15,7 1,0 120 55 470 41’51' 73 1,8
ПФ-115 серая » 120 250 15,7 1,0 120 55 590 48’40' 73 1,5 То же
ПФ-115 кремовая. . . . » 120 250 15,7 1,0 120 30 480 43’19' 56 1,2
ПФ-133 голубаи .... » 120 250 15,7 1,0 120 25 660 52’17' 56 1,5 »
ПФ-28 » 120 250 15,7 1,0 60 95 300 25’29' 23 1,5 »
Продолжение табл. 6
Марки лакокрасочных материалов Тип электростати- ческого распыли- теля Напряжение кв Межэлектродное рас- стояние мм Подача лако- красочного ма- териала, г)мин Продолжительность распыления сек ; Характеристика стати- ческого отпечатка факела Толщина сухой пленки мк Плотность сухой пленки г[см.Ъ Блеск %
на распыли- тель на 1 см коро- нирующей кромки диаметр неок- рашенного участка мм ширина рабо- чей зоны мм угол распыле- ния
Фенольно-алкидная ФАБ . Чашечный диаметром 50 мм 120 250 15,7 1,0 90 75 500 4Г4Г 30 1,7 То же
ФСХ-23 серая Алкидно-стирольная То же 120 250 31,4 2,0 30 45 410 38“ 17' 45,4 2,3 »
МС-17 Алкидно-акриловая » 80 250 40 2,5 15 185 270 22’43' 20,8 1,3 —
Ас-150 Полиэфирные материалы » 120 250 31,4 2,0 60 75 490 41°1Г 47 1,8 —
Эмаль ПЭ-126 серая . . » 120 250 15,7 1,0 120 40 560 48“ 14' 54 1,4 Хороший
То же » 120 250 15,7 1,0 120 50 430 39“52' 52 1,6 (75%) »
Эмаль ПЭ-126 черная . . » 120 250 15,7 1,0 120 40 530 46’03' 53 1,5 »
То же » 120 250 15,7 1,0 120 70 420 38’31' 55 1,57
Лак ПЭ-220 Тиксотропные материалы » 120 250 40,8 2,6 120 25 660 56’2Г 132 1,4 »
ПФ-14 (ТС-4) » 120 120 250 250 15,7 31,4 1,0 2,0 60 60 50 75 360 350 31’37' 30’ 51 2,2 —
Масляные материалы
Состав № 1 (белила цин- ковые густотертые 35% + охра густотер- тая 30% + олифа «ок- соль» 30% + уайт-спи- рит 3% + сиккатив 2%) » 80— 120
Состав № 2 (мумия гус- тотертая 55% + олифа «оксоль» 30% + ацетон 10% + сиккатив 5%) . » 120
Состав № 3 (сурик же- лезный густотертый 60%+олифа «оксоль» 30% + уайт-спирит 7% + сиккатив 3%) . . » 120
Эмаль № 1425 » 120
Грунтовка и грунт-шпат- левки
Грунтовка МС-17 .... Грибковый диаметром 100 мм 80
То же То же 80
Грунтовка ФЛ-014 . . . 80
То же 80
250 39— 50,8 2,5— 3,2 60 60 526 44’34' 104 2,3 —
250 34,1 2,2 60 55 430 40’07' 32 2,1 —
250 30,8 1,95 30 40 580 47’55' 20 2,3 —
250 15,7 1,0 60 115 250 24’2' — — Хороший
200 16 0,5 60 250 340 25’2' 17 0,82 —
200 16 0,5 60 230 500 36’8' 27 0,86 —
200 16 0,5 60 230 430 30’15' 32 1,2 —
200 16 0,5 60 255 380 29’12' 38 1,3 —
Продолжение табл, б
Марки лакокрасочных материалов Тип электростати- ческого распыли- теля Напряжение кв Межэлектродное расстояние мм Подача лако- красочного ма- териала, г! мин Продол ж ительность распыления сек Характеристика стати- ческого отпечатка факела Толщина сухой пленки мм с Плотность сухой £ пленки - г}смЬ ? э т п Блеск С % £ с
иа распыли- тель на 1 см коро- инрующей кромки диаметр неок- рашенного участка мм ширина рабо- чей зоны мм угол распыле- ления
Грунтовка № 138 . . . . Чашечный диаметром 100 250 10 0,5 30 140 230. 11’9' 41 1,75 —
50 мм
То же • То же 100 250 10 0,6 30 116 276 24’44' 30 1,24
Грунт-шпатлевка » 100 250 10 0,6 30 80 340 29’23' 15 1,6 —
ГФ-018-2 Грибковый диаметром 80 200 16 0,5 60 240 370 30° г 37 2,0 —•
100 мм
То же То же 80 200 16 0,5 60 225 370 31’31' 46 2,3
Грунт-шпатлевка ГФ-6 . . » Чашечный диаметром 80 120 200 250 16 15,7 0,5 1,0 60 60 225 100 280 260 24’29' 25’8' 29 22 2,7 2,8 —
50 мм
То же Грунтовка ПФ-033 . . . То же ЭР-3 120 80 250 200 15,7 40,0 1,0 2,5 60 60 100 280 620 26’46' 18’37' 19 2,5 —
п-18 000 об/мин
диаметр чаши
Фосфатирующая грун- 60 мм
товка ВЛ-08 ЭР-3 п-18 000 об/мин 100 250 27,0 1,7 60 40 440 25’23' 10 1,7 —
Грунтовка № 138 с при- диаметр 60 мм
менением синтетических жирных кислот . . Чашечный диаметром 120 250 31,4 2,0 60 50 550 46’12' 31 1,8 —
Грунтовка ГФ-020 . 50 мм То же 120 250 31,4 2,0 60 90 490 40’17' 42,8 2,2 —
опасность во время работы и улучшаются технико-экономиче-
ские показатели процесса электроокраски.
В результате использования ПАВ создается возможность сни-
зить на 2—3 порядка удельное объемное сопротивление ро и со-
ответственно увеличить s, получая хороший эффект распыления
лакокрасочных материалов.
Максимальный эффект для неполярных и слабополярных жид-
ких систем получен при применении таких ПАВ, как амины,
амиды, полиамиды, полиакриламиды, которые характеризуются
высокими полярными свойствами, низкими значениями ри и высо-
кими значениями s.
Помимо указанных исследований проводится также работа по
изучению условий нанесения водоэмульсионных и водоразбав-
ляемых красок на образцы из ячеистого, легкого и тяжелого бе-
тонов в' электрическом поле.
Установлено, что при использовании обычного оборудования
и общепринятого режима (напряжение 100—120 кв, межэлектрод-
ное расстояние 20—25 см, скорость вращения распылителя
1200 об!мин) не представляется возможным распылять водо-
эмульсионные краски методом электроокраски.
В настоящее время разработан и испытан макет центробеж-
ного распылителя с увеличенным числом оборотов (до
18 000 об!мин). Испытания дали положительные результаты.
ОПЫТ ОКРАСКИ ВАГОНОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ
НА ЗАВОДАХ МПС
С. Н. Казарновский
(ЦНИИ МПС)
При ремонте подвижного состава одним из наиболее трудоем-
ких, длительных и вредных для здоровья процессов до сих пор
является процесс окраски вагонов, локомотивов и других видов
подвижного состава.
Трудоемкость окрасочных работ при ремонте вагонов еще не-
давно достигала 30—35% от общей трудоемкости всех ремонтных
работ, а'продолжительность окраски составляла до 65—75% от
продолжительности простоя вагонов, находящихся в ремонте.
На окрасочные работы расходуются десятки тысяч тонн лакокра-
сочных материалов.
За последние годы вагоно-ремонтными заводами, депо и дру-
гими предприятиями Министерства путей сообщения разработа-
ны, изготовлены и введены в эксплуатацию многочисленные уста-
новки и оборудование, механизирующие и автоматизирующие
окрасочные работы.
Первые мероприятия по механизации окраски были осущест-
влены коллективом Харьковского вагоноремонтного завода МПС,
где по проекту конструкторского бюро Ленинградского филиала
«Лакокраспокрытие» были оборудованы стационарные окрасочно-
сушильные установки с дистанционным управлением.
В дальнейшем в Киеве на Дарницком вагоноремонтном заводе
Министерства путей сообщения была изготовлена по заводскому
проекту окрасочно-сушильная установка для окраски в электри-
ческом поле и терморадиационной сушки грузового полувагона
в собранном виде.
На этой установке окраска осуществляется с помощью чашеч-
ных распылителей, перемещающихся вдоль кузова вагона. Кузов
в свою очередь движется по конвейеру через камеру окраски в су-
шильную камеру с панелями «темного излучения», обогреваемыми
продуктами сжигания природного газа.
Аналогичный, но полностью автоматизированный окрасочно-
сушильный агрегат, спроектированный для окраски крытых гру-
138
зовых вагонов, изготовлен и освоен Стрыйским вагоноремонтным
заводом МПС. Вагон передвигается по конвейеру; при приближе-
нии вагона к чашам электрораспылителя включается с помощью
фотореле система электроокраски, а после выхода вагона из зоны
окраски вся система автоматически выключается.
Управление работой окрасочно-сушильного агрегата осуще-
ствляет оператор с пульта управления.
Окрасочно-сушильные агрегаты (ОСА) являются заключитель-
ным звеном главной конвейерной линии по ремонту вагонов и
представляют собой комплекс устройств, предназначенных для
окраски крытых грузовых вагонов и полувагонов в электри-
ческом поле, и методом пневматического распыления с по-
следующей терморадиационной сушкой окрашенных поверх-
ностей.
Каждый окрасочно-сушильный агрегат состоит из:
1) предпозиции, или зоны предварительной пневматической
окраски распылением;
2) камеры окраски пневматическим распылителем (рис. 1, /);
3) камеры электроокраски (рис. 1, //);
4) сушильной камеры (рис. 1, ///);
5) площадки для нанесения трафарета;
6) автоматического конвейера;
7) пульта' дистанционного управления.
На ряде вагоноремонтных заводов окрасочно-сушильные аг-
регаты расположены непосредственно в вагоносборочных цехах,
а на других заводах они вынесены за территорию цеха и представ-
ляют собой самостоятельные сооружения (рис. 2).
ОКРАСОЧНО-СУШИЛЬНЫЙ АГРЕГАТ ДЛЯ ОКРАСКИ
КРЫТЫХ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ*
Пред позиция или зона пневматической
окраски распылением находится перед окрасочной
камерой и оборудована легким навесом.
В этой зоне находятся красконагнетательные баки и система
воздушных и красочных шлангов с пневматическими краскорас-
пылителями, которыми два рабочих окрашивают внутренние по-
верхности (потолок, стены и пол) крытых грузовых вагонов водо-
эмульсионной или масляной краской. Одновременно рабочие дваж-
ды перед каждой операцией электроокраски окрашивают
поверхности, экранируемые при электроокраске (внутренние
поверхности стоек, профилей и т. д.).
На предпозицию вагоны поступают с главного конвейера ваго-
носборочного цеха через каждые 45—55 мин (в соответствии с рит-
мом конвейера). Предварительно на главном конвейере вагон
* Агрегат установлен на Стрыйском вагоноремонтном заводе.
139
Рис. 1. Стационарный окрасочно-сушильный агрегат (ОСА) Стрыйского вагоноремонтного завода:
/—камера окраски пневмораспылителем; II—камера электроокраски; III—сушильная камера.
насос с электродвигателем; 2—лестница с площадкой; 3—автоматические ворота; 4—смотровой люк; 5—механизм для окраски
торцов вагона; 6—краскораздаточный бак; 7—кабина рабочего; в—вытяжной вентилятор с электродвигателем; 9—трубопроводы; 10—
гидрофильтр; //—циклон; /2—кабина высоковольтного оборудования; 13—приборный щиток; 14—вентиляционный канал; /5—окно;
/6—краскораздаточный бак; 17— смотровой люк; 18—пульт управления; 19—шкаф силового оборудования (реостат, трансформатор,
полводкаУ 20—дефлектор; 2/—крыша; 22—газовая панель; 23—трап; 24—горелка; 25— поддув; 26— вентилятор с электродвигателем;
27—трубопроводы; 28—автоматические ворота.
очищают от старой краски в вагономоечной машине и заканчивают
все сборочные и связанные с ними окрасочные работы, такие как
грунтование каркаса до установки новой обшивки, замена старой
обшивки новой, прогрунтованной по фальцу и гребню, а также
установка собранной заранее и окрашенной с внутренней стороны
цельнометаллической крыши.
После окончания всех сборочных работ снимают с вагона захват
конвейера вагоносборочного цеха и возвращают его в цех, а
вагон зацепляют захватом конвейера окрасочно-сушильного
Рис. 2. Общий вид окрасочно-сушильного агрегата для окраски
крытых грузовых вагонов (справа—здание с камерой для электро-
окраски, слева—сушильная камера с панелями для газового обогрева).
агрегата. Ритм работы этого конвейера можно варьировать в
пределах 2,5—4,5 м!мин. С помощью реверсивного устройства
вагон после первой операции окраски и сушки возвращается-,
на исходную позицию, после чего возобновляется движение в
первоначальном направлении для проведения вторичной окраски
и сушки.
Конвейер состоит из тягового органа, тележки, натяжной стан-
ции и направляющего устройства.
Ниже приводится техническая характеристика автоматиче-
ского конвейера:
Ход транспортера, м........................... 52
Тяговое усилие, т........................ 0,5
Скорость движения при поступательном
движении, м/мин.......................... 2,5—4,5
Скорость при возвратном (холостом) дви-
жении, м/мин ................................. 10
Мощность электродвигателя, кет .... 2,8
Число оборотов электродвигателя, об/мин 1400
141
Камера окраски пневматическими рас-
пылителями расположена внутри каменного здания и
представляет собой сварную металлическую конструкцию про-
ходного типа, по обеим сторонам которой расположены шахты
вытяжной вентиляции с гидрофильтрами. Ниже уровня пола ка-
меры имеются два приямка, по одному с каждой стороны, смешен-
ных друг относительно друга по длине камеры на 4,4 м. Из этих
приямков рабочие окрашивают ходовые части вагона по мере его
продвижения по камере с помощью пневматического ручного
краскораспылителя; окраска торцовых поверхностей произво-
дится автоматически с помощью распылителей КРВ-2, укреп-
ленных на перемещающихся траверсах. Камера вентилируется
двумя вентиляторами ЭВР № 6, просасывающими загрязненный
воздух через гидрофильтры крупного распыла. Камера обо-
рудована автоматическими воротами.
Ниже приводится техническая характеристика камеры окра-
ски пневматическими распылителями:
Продолжительность операции однократной
окраски, мин . .............................. 5,5
Производительность вентиляционной установ-
ки, м3/ч .................................. 26000
Общая мощность электродвигателей, кет . . 32,2
Габариты камеры, мм
длина высота ширина
внутренние .... 9200 4660 3800
наружные........... 9200 5700 5800
Вагон окрашивается за два раза в течение одного цикла.
Камера электроокраски находится в одном зда-
нии с камерой окраски пневматическими распылителями. В камере
электроокраски окрашивают боковые наружные поверхности и
крышу вагонов. С боков камера имеет сплошное остекление, по-
зволяющее из коридоров наблюдать за процессом окраски вагона.
По обе стороны камеры, а также над крышей вагона установлено
по 3 чашечных электрораспылителя (всего 9 распылителей) с диа-
метром чаш 150 мм. С каждой стороны камеры имеются лотки
для сбора краски, стекающей с распылителей при пуске и пре-
кращении работы установки.
Электрическое поле создается высоковольтно-выпрямительным
устройством типа В-140-5-2, расположенным на крыше камеры
или в отдельном помещении. Для окраски боковых поверхностей
напряжение подается на электродные сетки, устанавливаемые на
расстоянии 280 мм от вагона. Окраска осуществляется чашеч-
ными распылителями ЧР-4. Лакокрасочный материал подается
из красконагнетательных бачков с помощью импульсных дозато-
ров Дарницкого вагоноремонтного завода.
142
Управление окраской производят с пульта, который находится
на крыше камеры. Наблюдение осуществляют через остекленный
фонарь в крыше.
Вентиляция камеры эжекционная, присоединена к вытяжной
системе камеры окраски пневматическими распылителями.
Ниже приводится техническая характеристика камеры электро-
окраски:
Продолжительность операции однократной
окраски, мин...............................
Количество чаш (d=150 мм), шт.
для стен ..................................
для крыши..............................
Количество краскораздаточных баков, шт. . . .
Емкость бака, л............................
Количество воздухоочистителей, шт.........
Подача эжектируемого воздуха, мя!ч........
Габариты камеры, мм
длина......................................
высота.................................
ширина.................................
Автоматическое управление окрасочных и сушильных камер.
Процесс окраски и сушки (за исключением окраски пневматиче-
скими распылителями) автоматизирован. В качестве устройств
3,5
6
3
3
65
5
8000
9800
7100
5800
автоматического управления и
контроля использованы конце-
вые выключатели, реле, фото-
реле, пневмоклапаны, командо-
аппараты КЭП-12У и другие
приборы.
ОКРАСОЧНО-СУШИЛЬНЫЙ
АГРЕГАТ ДЛЯ ОКРАСКИ
ПОЛУВАГОНОВ
Агрегат установлен на Стрый-
ском вагоноремонтном заводе
и используется для окраски и
сушки четырехосных полуваго-
нов. В нем производится двух-
слойная окраска основных эле-
ментов полувагона с последую-
щей сушкой каждого слоя.
В камере окраски пневма-
тическими распылителями двое
рабочих из специальных при-
ямков окрашивают раму, крыш-
ки люков снизу и ходовые
части полувагона. Камера обо-
рудована мощной вытяжной
Рис. 3. Грибковые электрораспыли-
тели для наружной окраски полу-
вагонов.
143
вентиляцией, просасывающей загрязненный воздух через гид-
рофильтры крупного распыла.
В камере электроокраски грибковыми распылителями (в поле
высокого напряжения, создаваемом высоковольтно-выпрямитель-
ным устройством типа В-140-5-2) окрашиваются стены полуваго-
на. Снаружи стены окрашиваются двумя группами распылителей,
расположенными по обе стороны вагона (рис. 3), а внутри полу-
вагон окрашивается четырьмя распылителями с помощью специ-
ального механизма (рис. 4). Окрашенный полувагон продвигается
в сушильную камеру.
t
6 ®
Рис. 4. Механизм для электроокраски
внутренней поверхности полувагона:
/—камера; 2—электродвигатель; <3—привод; 4—травер-
са; 5—цепь; 6—электрораспылители; 7—рама с распы-
лителями; 8—смотровые окна.
После первой сушки полувагон автоматическим реверсивным
цепным конвейером подается на исходную позицию. Приводная
станция конвейера оборудована автоматической инерционной ко-
робкой скоростей, с помощью которой при реверсировании дви-
гателя привода изменяется скорость движения.
На исходной позиции с помощью облегченных ручных пнев-
мораспылителей подправляют отдельные места наружных стен,
слабо окрашиваемые в электрическом поле.
Затем полувагон подается на вторичную окраску и сушку, после
чего завершается цикл работы агрегата.
144
Работа всех обслуживающих устройств агрегата автоматизи-
рована. Пульт управления расположен на крыше камеры электро-
окраски.
Техническая характеристика окрасочио-сушильного
агрегата полувагонов
Производительность отсасывающих венти-
ляторов камеры ручной окраски, м3/ч . 28 000
Напряжение, подводимое к распылите-
лям, кв............................... 90—100
Число грибковых распылителей, шт. . . . 2x2+4
Температура на поверхности газовых пане-
лей сушильной камеры, °C............ 180—200
Температура на поверхности вагона, °C . 65—75
Расход газа* на 1 ai2 излучающей поверх-
ности, м8/ч........................... 1,0—1,2
Продолжительность, мин
электроокраски (каждой операции) . . 5,5
первой сушки ............................ 18
второй сушки.................... 15
полного цикла ..................., 52
Установленная мощность электродвигате-
лей, кет.......................... 51,5
Рабочая скорость конвейера, м!мин ... 3
Транспортная скорость конвейера, м/мин 6,7
* Объем газа приведен к нормальным условиям.
До установки окрасочно-сушильного агрегата полувагоны ок-
рашивались вручную пневмораспылителями. В результате исполь-
зования окрасочно-сушильного агрегата полувагонов повыси-
лась культура производства, оздоровились условия труда, меха-
низирован тяжелый ручной труд, улучшилось качество окраски,
уменьшился на 15% расход краски и сократился на одни сутки
простой полувагонов в ремонте.
УСТАНОВКА ДЛЯ ЭЛЕКТРООКРАСКИ
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ЦИСТЕРН
На Борисоглебском вагоноремонтном заводе МПС сооружена
аналогичная предыдущим установка для окраски котлов и ходо-
вых частей железнодорожных цистерн в электрическом поле.
Установка является заключительным звеном главной конвей-
ерной линии ремонта и сборки цистерн и расположена в пяти от-
секах вагоносборочного цеха, отгороженных от последнего бранд-
мауэрной стеной с воротами для прохода цистерн.
Цистерны поступают из главного корпуса вагоносборочного
цеха в отделение электроокраски на предпозицию.
На предпозиции находится натяжная станция реверсивного
автоматического конвейера, обслуживающего окрасочно-сушиль-
ную установку. Захватами цепи автоматического конвейера зацеп-
10— 1348
145
ляется ось цистерны (таким образом подготавливают цистерну
к передвижению).
Предпозиция примыкает непосредственно к камере окраски
пневматическими распылителями, что обеспечивает вытяжку
аэрозоля и паров растворителей при окраске цистерны на участке
предпозиции. На этом участке производится подкраска непрокра-
Рис. 5. Камера для электроокраски цистерн:
/—красконагнетательный бак; 2—рампа с электрораспылителями; 5—высоковольтно-выпрями-
тельное устройство; 4—пневматический распылитель; 5—грибковый распылитель; 6—каркас
установки; 7—дозатор; 8—обшивка каркаса
шиваемых при электроокраске участков котла цистерны—в зоне
колпака и лобовых броневых листов (днищ).
С предпозиции цистерна передвигается в камеру ручной окрас-
ки пневматическими распылителями, где окрашиваются рама и хо-
довые части, а затем поступает в камеру электроокраски (рис. 5).
146
Камера электроокраски проходная и представляет собой ме-
таллический каркас, обшитый тонколистовой сталью с застек-
ленными оконными проемами с обеих сторон и двумя сблокирован-
ными дверями.
В камере установлены чашечные распылители ЧР-4 по 1 шту-
ке с каждой стороны цистерны на уровне 4000 мм от пола и по
1 штуке на уровне 2500 мм от пола.
Кроме того, снизу на уровне 1500 мм от пола установлены
пневматические автоматические краскораспылители КРВ-2 по
1 шт. с каждой стороны цистерны и вверху на уровне 5500 мм по
1 шт. Чашечные и пневматические распылители окаймлены коро-
нирующей сеткой, которая изогнута по контуру цистерны.
Подача лакокрасочного материала к электрораспылителям осу-
ществляется импульсными дозаторами Дарницкого вагоноремонт-
ного завода от красконагнетательных баков под избыточным
давлением 0,5 ат. Всего в камере установлено 4 дозатора и 4 кра-
сконагнетательных бака. От каждого дозатора лакокрасочный ма-
териал по полиэтиленовым трубкам может подаваться к трем ча-
шечным распылителям. Для каждого распылителя предусмотре-
но самостоятельное регулирование подачи лакокрасочного мате-
риала.
Питание установки осуществляется от высоковольтно-выпря-
мительного устройства В-140-5-2, расположенного в отдельной
пристройке.
Все устройства камеры электроокраски сблокированы таким
образом, что при приближении к ней напряжение автоматически
снимается.
Непосредственно у входа в камеру электроокраски располо-
жен пульт управления.
Камера оборудована на разных уровнях площадками с лестни-
цами для контроля за окраской и ремонтом оборудования.
В камере электроокраски производится автоматическая ок-
раска боковых и торцовых сторон котла цистерны и колпака.
В процессе электроокраски остаются непрокрашенными лобо-
вые днища (до 5% поверхности) и боковины колпака. Эти поверх-
ности окрашивают затем вручную.
Камера электроокраски оборудована самостоятельными дуб-
лирующими системами подачи лакокрасочного материала.
Одна система предназначена для окраски нефтяных цистерн в крас-
но-коричневый цвет (железным суриком с олифой «оксоль»), вто-
рая система—для окраски бензиновых цистерн в кремовый цвет
(масляной краской из цинковых белил и охры с олифой «оксоль»).
После нанесения первого слоя лакокрасочного материала
цистерна подается конвейером в сушильную камеру. Для вто-
ричной окраски цистерна при помощи реверсивного тягового кон-
вейера возвращается на исходную позицию и снова проходит че-
рез камеры пневматического распыления, электроокраски и сушки.
10*
147
УСТАНОВКА ДЛЯ ЭЛЕКТРООКРАСКИ ПАССАЖИРСКИХ ВАГОНОВ
На Харьковском вагоноремонтном заводе МПС сооружена
стационарная установка для окраски пассажирских цельноме-
таллических вагонов (боковых стен и крыши) в электрическом
поле высокого напряжения.
Установка представляет собой сварную металлическую кон-
струкцию проходного типа (камеру), обеспечивающую автомати-
ческое передвижение вагона вдоль камеры.
Торцовые стены камеры оборудованы автоматическими дверя-
ми. С обеих сторон камеры и под ее крышей установлены пере-
движные траверсы, на которых укреплены электрораспыли-
тели: чашечные—для боковых стен и грибковые—для крыш
вагонов.
На передвижной траверсе для окраски крыш установлено 5
грибковых электрораспылителей диаметром 60 мм, находящихся
на расстоянии 600 мм друг от друга. Грибки установлены в ради-
альном направлении по отношению к окрашиваемой поверхности
крыши и на расстоянии 450 мм от нее; при этом минимальное рас-
стояние до дефлекторов, расположенных на крыше, составляет
150 мм. Траверса с грибковыми распылителями перемещается по-
перек крыши вагона со скоростью 18 м1мин, совершая колебатель-
ные движения в горизонтальном направлении.
Для окраски свесов крыши установлены стационарно два ча-
шечных распылителя—по одному с каждой стороны вагона
на расстоянии 250—350 мм от окрашиваемой поверхности. Чаши
расположены перпендикулярно к окрашиваемой поверхности.
Диаметр чаш может составлять 50, 100 или 150 мм.
Для окраски боковых стен вагонов установлено два вертикаль-
ных подъемника («робота»), перемещающихся в вертикальном на-
правлении (по одному с каждой стороны вагона). На этих подъем-
никах закреплено по 3 чаши, диаметр которых может быть от 100
до 150 мм. Чаши установлены на расстоянии 250—350 мм от окра-
шиваемой поверхности, перпендикулярно кузову вагона.
Подъемник с закрепленными на нем чашечными электрорас-
пылителями перемещается с помощью цепи в вертикальном на-
правлении (вверх и вниз) со скоростью 18 м!мин, совершая по 36
циклов в минуту.
На установке использованы стандартные электрораспылители
Хотьковского завода типа ЭР-1, конструктивно видоизмененные
работниками Харьковского вагоноремонтного завода. Конструк-
тивные изменения электрораспылителей заключаются в уменьше-
нии длины (до 800 мм) изолированного ствола распылителя для
окраски крыши вагона; длина изолированного ствола для окраски
боковых стен вагонов составляет 1200 мм.
Ось чаши электрораспылителя совпадает с осью вращения
электродвигателя. Лакокрасочный материал подается к электро-
148
заспылителям по краскопроводу, находящемуся внутри полого
зала. Лакокрасочный материал поступает в переднюю часть вала
зращающегося со скоростью 1420 обIмин.
Подача краски дозируется шестеренчатыми дозаторами
ипа ДКХ-2, рассчитанными на расход краски от 8 до
40 г!мин.
Наряду с полиэтиленовыми трубками для подачи лакокрасоч-
юго материала к электрораспылителям подведены полиэтилено-
ibie трубки с растворителем. Периодически в перерыве между ок-
)аской двух рядом стоящих вагонов отключают подачу лакокра-
очного материала и к краскораспылителю подают чистый раство-
>итель. Этим достигается непрерывная промывка распылителей
it оседающей на них краски и обеспечивается хорошая подача
[акокрасочного материала на коронирующую кромку распылите-
1Я, а также хорошее ее распыление. Для сбора стекающего ра-
•творителя под распылителями установлены выдвижные лот-
:и, откуда растворитель стекает по трубке в приемный бачок.
So время окраски вагонов выдвижные лотки отодвигаются
;сторону.
Пассажирский вагон окрашивается одновременно в два цвета:
фыша—в серый, а боковые стены—в зеленый цвет. Для разгра-
шчения зоны окраски крыши и зоны окраски стен на уровне све-
ов крыши установлены специальные сетки, на которые подается
лектрический заряд того же знака, что и на распылитель; это обес-
[ечивает отражение соответствующих струй красок в нужном на-
фавлении—зеленой на кузов, серой на крышу.
Красконагнетательные баки с краской, дозаторы к ним, а так-
ие высоковольтно-выпрямительное устройство В-140-5-2 и вентиля-
оры, обеспечивающие удаление паров растворителя, установле-
1Ы на крыше камеры.
Пульт управления расположен внизу непосредственно возле
установки и обеспечивает автоматическое включение и выключе-
ше напряжения и подачи краски, перемещение вертикальных подъ-
емников и траверс над крышей вагона, а также передвижение
вагона с помощью тяювого реверсивного конвейера.
САМОХОДНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОКРАСКИ
ЦЕЛЬНОМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВАГОНОВ
Проектно-конструкторским бюро Ленинградского филиала
Всесоюзной производственной конторы «Лакокраспокрытие» по
заданию Министерства путей сообщения была спроектирована са-
моходная установка для электроокраски и окраски пневма-
'ическими распылителями цельнометаллических железнодорож-
ных пассажирских вагонов; она может быть применена на вагоно-
149
Рис. 6. Самоходная электроокрасочная установка:
'роительных и вагоноремонтных заводах вместе с самоходной уста-
овкой для сушки вагонов после окраски.
Установка представляет собой сварную металлическую кон-
грукцию, выполненную в виде портала (рис. 6), установленного
а самоходной трехосной тележке с двумя приводами от электро-
вигателей. Установка имеет зоны электроокраски и окраски пнев-
атическими распылителями. В середине портала между зонами ок-
аски расположены гидрофильтры. Зона электроокраски предназ-
ачена для нанесения лакокрасочных материалов на боковые стен-
и вагона и скат крыши; пневматическими распылителями окра-
[ивают крышу, торцовые стены и непрокрашенные участки. При
краске вагон стоит на месте, а установка передвигается с задан-
ой скоростью в пределах от 0,31 до 3,9 м!мин.
Ниже приводится техническая характеристика самоходной
становки:
Техническая характеристика самоходной установки
для окраски цельнометаллических вагонов
Габариты установки, мм
длина ...........................
ширина.......................
высота.......................
Средства для передвижения уста-
новки ..........................
Общая установленная мощность,
кет.............................
Скорость движения установки, м/мин
рабочий ход .....................
обратный ход ................
Размеры рабочего проема, мм . . .
Скорость воздуха в рабочем прое-
ме, м!сек........................
Количество отсасываемого воздуха
в час, Л13......................
Количество рециркулирующей воды
в час, л .......................
Расход свежей воды, л:ч.........
Высоковольтно-выпрямительное
устройство типа В-140-5-2
количество ......................
мощность, кет................
Электрораспылитель грибковый диа-
метром 60 мм
количество ......................
Максимальные размеры окрашивае-
мых изделий, мм.................
Вентилятор одноступенчатый типа
К-06
количество ......................
напор, мм вод. ст............
число оборотов в минуту . . .
Электродвигатели к вентилятору во
взрывобезопасном исполнении
количество ......................
151
8000
5600
7820
Электромехани-
ческий привод
35,3
0,31—3,9
5,5—11,5
3800X5320
1,3
40 000
32 800
328
16
26 000 X 3480 X
Х4910
2
71
1450
1
2
2
Насос центробежный типа 2К-6
количество .................. 2
напор, мм вод. ст.................... >33
число оборотов в минуту . . . 2900
Светильник люминесцентный во
взрывобезопасном исполнении ти-
па РВПА-15
количество.................. 20
мощность, кет................ 0,015
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОКРАСКИ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ |ПОЛЕ
ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
При использовании метода электроокраски сокращается рас
ход лакокрасочных материалов по сравнению с расходом материг
лов при пневматическом распылении; процесс окраски автоматг
зирован, в результате чего повышается производительность трудг
Кроме того, снижаются эксплуатационные расходы и создают
ся благоприятные условия труда для рабочих окрасочных цехог
а также для всех рабочих сборочных цехов, где расположены окрг
сочные установки.
При окраске пассажирских и грузовых вагонов основные по
тери лакокрасочных материалов связаны с отражением от окра
шиваемой поверхности струи лакокрасочного материала. Так
при использовании пневматического распылителя типа КР-1(
потери лакокрасочного материала в «свободной» струе на расстоя
нии до 500 мм от сопла распылителя не превышали 120 г!(мин-м2)
а потери краски в отраженной от экрана плоской струе достигаю'
250 г!(мин м2).
При электроокраске потери в отраженной струе полностьк
исключаются, а потери в «свободной» струе сводятся к минимуму
ПОДБОР ОПТИМАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ РАБОТЫ
УСТАНОВОК ДЛЯ ОКРАСКИ ВАГОНОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ
В процессе освоения и наладки установок для окраски вагонш
в электрическом поле на заводах МПС были проведены следующш
работы:
1. Подбор электрораспылителей, а также способов их распо
ложения по периметру вагона.
2. Подбор лакокрасочных материалов для электроокраск!
вагонов.
3. Определение напряженности электрического поля, возни-
кающей на кузове вагона.
4. Установление режима работы установок.
Подбор электрораспылителей. При окраске вагонов разных ти-
пов (грузовых крытых, изотермических, пассажирских цельно-
металлических, полувагонов и цистерн) были испытаны разные
152
иды распылителей: пневматические КРВ-2, щелевые, чашечные
грибковые.
Пневматические распылители КРВ-2
ашли только частичное применение при окраске котлов желез-
одорожных цистерн. Чашечные или грибковые электрораспы-
ители, установленные с обеих сторон котла, обеспечивали окра-
ку высокого качества средней зоны боковых поверхностей котла.
1ижнюю же и верхнюю зону окрашивали пневматическими рас-
ылителями КРВ-2 (по одному сверху и снизу с каждой стороны).
Для одновременной окраски пассажирского вагона только
невматическими распылителями КРВ-2 потребовалось устано-
ить 16 таких распылителей. Это делает установку громоздкой и,
то самое основное, не дает возможности обеспечить одинаковую
одачу лакокрасочного материала к распылителям.
При окраске пассажирских вагонов с помощью щелевых
лектрораспылителей пентафталевой эмалью, раз-
еденной растворителем РЭ-4 до вязкости 16—21 сек (по вискози-
етру ВЗ-4), были испытаны две системы расположения распы-
ителей.
При параллельном расположении распылителей (под углом)
о 8 шт. с каждой стороны вагона ( в одну линию по высоте вагона)
е удалось получить равномерного покрытия. При расположении
;е щелевых распылителей в шахматном порядке хорошее покры-
ие получалось на гладких поверхностях кузова вагона, но у две-
ей, окон, накладных гофров сплошность и равномерность слоя
краски нарушались.
Окраска щелевыми распылителями производилась при соблю-
ении следующих условий:
Расстояние от коронирующей кромки
распылителя до кузова вагона, мм . около 250
Угол наклона каждого распылителя к
горизонтали, градусы............. 58—60
Угол наклона коронирующей кромки
щелевого распылителя, градусы . . 14
Напряжение на щелевых распылите-
лях, кв.............................. 109
Качество окраски щелевыми распылителями сильно изменя-
эсь в зависимости от расстояния между коронирующей кромкой
аспылителя и поверхностью вагона и с падением напряжения
сети.
При увеличении расстояния между коронирующей кромкой
аспылителя и вагоном до 350 мм и более или при падении напря-
ения до 80 кв и ниже резко снижалась или даже прекращалась
эдача краски на вагон. Эти недостатки затрудняют возможность
рименения щелевых распылителей для окраски пассажирских
агонов.
153
Окраска пассажирских вагонов чашечными распь
лителями проводилась с чашами диаметром 50, 100 и 150 м.
при скорости вращения турбинки от 300 до 1200 об/мин.
Положительные результаты для чаши диаметром 150 мм был
получены при скорости ее вращения 1000 об/мин и расстоянии д
вагона 250—300 мм, скорость перемещения которого была равн
0,9 м/мин. При этом ширина полосы факела краски достигала 90 с>
при напряжении 90 кв.
Учитывая особенность боковой поверхности кузова вагон?
имеющую три окрашиваемые зоны разной высоты (ниже окон, н
уровне окон и над окнами), проводилась проверка одновременно
работы трех чаш разного диаметра—150, 100 и 50 мм. Покрыта
наиболее хорошего качества получалось при работе чаш диамет
ром 50 мм. Кроме того, эти чаши могут быть удалены от поверх
ности вагона на большее расстояние, чем чаши диаметром 100
150 мм, что создает лучшие условия для предупреждения искре
образования. Равномерность подачи краски на 6 чаш разног
диаметра, одновременно работающих с обеих сторон вагона
была достаточно удовлетворительной и колебалась от 6
до 75 г/мин.
При испытании грибковых распылителей диа
метром 60 и 150 мм лучшие результаты были получены для распь
лителей диаметром 60 мм, однако при этом наблюдалось значг
тельное колебание в скорости подачи краски (от 56 до 100 г/мин}
для грибковых же распылителей диаметром 150 мм скорость пода
чи лакокрасочного материала колебалась в сравнительно узки
пределах (190—207 г/мин}.
Характеристика статических отпечатков факелов краски, пс
лученных с помощью чашечных распылителей при окраске эмальг
ПФ-115. приведены в таблице.
ХАРАКТЕРИСТИКА СТАТИЧЕСКИХ ОТПЕЧАТКОВ ФАКЕЛОВ
Размеры зон статических отпечатков факелов Окраска панели под окнами вагона dr~ 150 мм Окраска меж- оконной панели d^=100 мм
Диаметр, мм
рабочей зоны .... 660 560
мертвой зоны .... 340 270
зоны мелких частиц
(внутри отпечатка) 440 410
зоны рассеивания . . 770 610
Примечание. При окраске закругленной части вагона
(около крыши) отпечаток факела имел форму эллипса, вытяну-
того вдоль закругления.
Размеры отпечатков составили (при чаше диаметром 100 мм)-.
наружные (включая зону рассеивания) 500X640 мм, мертвой зо-
ны—390X470 мм.
При использовании грибкового распылителя диаметром 60 мм
размеры отпечатков соотетственно были 510X950 мм и 200X380 мм.
154
В результате проведенной работы в качестве основных типов
распылителей для окраски вагонов в электрическом поле выбраны
шшечные и грибковые распылители.
На Октябрьском, Харьковском, Стрыйском вагоноремонтных
вводах возникли большие трудности, связанные с регулировкой
5олмного количества одновременно работающих на одной уста-
зовке электрораспылителей, поэтому весьма существенной являет-
ся проблема уменьшения количества одновременно работающих
электрораспылителей. Решение ее может быть осуществлено дву-
мя способами: путем увеличения диаметра головок электрораспы-
лителей или путем использования перемещающихся или пере-
движных электрораспылителей типа «робота».
Лакокрасочные материлы, применяемые для электроокраски
загонов. При окраске пассажирских и грузовых вагонов приме-
няются в основном пентафталевые эмали и масляные краски (су-
рик железный, мумия, цинковые белила и т. д.).
Электрические характеристики этих материалов не вполне со-
этветствуют требованиям, необходимым для распыления в элект-
рическом поле. Это вызывает необходимость разбавлять лакокра-
сочные материалы до рабочей вязкости специальными раствори-
телями. Наилучшие результаты получены с растворителями РЭ-4,
РЭ-12, РЭ-13 (см. стр. 128).
Другим, не менее существенным фактором, оказывающим влия-
ние на качество окраски в электрическом поле, является дисперс-
ность частиц пигментов,*содержащихся в лакокрасочных мате-
риалах.
Дисперсность частиц пигментов в пентафталевых эмалях иног-
да достигает 25 мк, а в масляных красках 80—90 делений по «кли-
ну» или 25—30 мк по микрометру.
При электрораспылении это связано с образованием капель
краски сравнительно большого диаметра, что в свою очередь
вызывает необходимость увеличивать напряженность электриче-
ского поля.
Одной из важнейших задач обеспечения хорошего качества
экраски пассажирских вагонов в электрическом поле является
изготовление мелкодисперсных красок и микронизированных
лигментов.
Напряженность электрического поля, возникающая на кузове
загона при окраске в электрическом поле. В период проведения
электроокраски на Стрыйском вагоноремонтном заводе наблюда-
лись микропробои на поверхности пассажирского вагона, с ко-
торого предварительно не была снята старая краска. Это харак-
теризовалось слабым потрескиванием в процессе электроокраски
1 образованием в слое покрытия мельчайших сквозных отверстий.
ЭДновременно происходило расслаивание красочного слоя зеленой
тентафталевой эмали с появлением синего ореола частиц лазури
зокруг образовавшихся отверстий.
155
В соответствии с разработанной НИИТЛП методикой на Xapi
ковском ВРЗ были проведены замеры ряда параметров для ра<
чета технологических процессов осаждения заряженных жидки
диэлектриков (краски, эмали) на твердом диэлектрике (слои ст;
рой краски).
Было установлено, что при этом возникает напряженност
электрического поля величиной до 7,32 107 в.
Поскольку пробивное напряжение слоя старого покрытия сс
ставляло 8,4 107 в, т. е. ненамного превышает напряженност
электрического поля, возникающего на поверхности вагона, миг
ропробои в таком слое при определенных условиях вполне во;
можны.
Это вызывает необходимость тщательного контроля напряже
ния, возникающего в старой пленке до нанесения нового слоя пс
крытия методом электроокраски.
Режимы работы установок для электроокраски вагонов. Ос
новными параметрами работы установок для электроокраски яг
ляются:
Тип электрораспылителя; скорость подачи лакокрасочног
материала на электрораспылитель; скорость передвижения ва
гона (или электрораспылителя вдоль вагона); ширина отпечат
ка красочного факела.
Все эти параметры взаимосвязаны, и изменение одного из ни.
неизбежно влечет за собой изменение других параметров.
Скорость подачи краски на распьиытель и дозировка имею1
существенное значение.
В процессе окраски пассажирских вагонов подача эмали ПФ-11!
на чашечный распылитель с диаметром чаши 50, 100 и 150 мм ко
лебалась в пределах 63—75 г/мин. Диаметр статического отпечат
ка факела составлял 310—670 мм. Скорость передвижения вагон;
2 м!мин.
При скорости подачи краски 63 г!мин, диаметре отпечатк;
310 мм и скорости движения вагона 2 м/мин, на окрашиваемую по
верхность наносилось следующее количество эмали (в г/л*):
W=- 63 -= 100
2-0,31
При увеличении скорости подачи краски до 75 г!мин
Г = 2ТОТ=121
Известно, что укрывистость покрытия достигается при нанесе
нии красок светлых цветов в количестве 200—250 г/л2, а темных-
120—160 г/л2.
Данные, полученные в приведенном выше примере, свидетель
ствуют о том, что для получения требуемой укрывистости необ
ходимо наносить два слоя эмали.
156
ЛИТЕРАТУРА
Казарновский С. Н., Окраска поверхностей в электрическом поле,
Труды Всесоюзного научно-исследовательского института железнодо-
рожного транспорта, вып. 208, Трансжелдориздат, 1961.
Казарновский С. Н., Механизация окраски подвижного состава.
Центральный институт научно-технической информации и пропаганды
железнодорожного транспорта, вып. 9, сер. 5, Трансжелдориздат, 1965.
Фрейдин М. М., Лакокрасочные материалы и их применение, № 4,
56 (1964).
Влады чина Е. Н., Серебряников С. Н., Ш е л е х и н а А. Л.,
Лакокрасочные материалы и их применение, № 4, 32 (1963).
В лады ч и н а Е. Н., Серебряников С. Н., ШелехинаА. Л.,
Степанова М. И., Лакокрасочные материалы и их применение,
№ 4, 45 (1964).
НАНЕСЕНИЕ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ
ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА АРМАТУРНЫЕ КАРКАСЫ
ИЗДЕЛИЙ ИЗ ЯЧЕИСТЫХ БЕТОНОВ
С. Н. Алексеев, Н. К. Розенталь
(НИ И ЖЕ)
В некоторых железобетонных конструкциях стальную арма-
туру необходимо защищать от коррозии. Одним из способов защи-
ты является нанесение антикоррозионных покрытий на поверх-
ность арматурных каркасов, представляющих собой плоские
решетчатые конструкции размером 6x1,5 м и глубиной
0,2—0,3 м.
К защитным покрытиям, нанесенным на арматуру, предъяв-
ляются специальные требования: щелоче- и водостойкость; тер-
мостойкость при 175 °C; хорошая адгезия к бетону; долговечность
(учитывая невозможность ремонта).
В настоящее время для защитных покрытий применяются со-
ставы с большим содержанием цемента: цементно-казеиновый, це-
ментно-битумный, цементно-полистирольный, цементно-латекс-
ный, этинолево-битумно-цементный, а также составы на основе
синтетических смол и порошков термопластов.
Введение большого количества наполнителя вызывается необ-
ходимостью сделать пленку более термостойкой и жесткой. Так,
в цементно-битумном составе соотношение основных компонентов
составляет 5:1. При меньшем количестве цемента битум в процес-
се обработки изделий в автоклаве упитывается в бетон. Приме-
нение цемента в качестве наполнителя создает условия для пасси-
вации металла.под покрытием.
С помощью существующих методов нанесения лакокрасочных
материалов в большинстве случаев не удается получить на арма-
туре покрытие хорошего качества вследствие образования подте-
ков и последующего обламывания высохших капель, а также из-за
нарушения сплошности защитной пленки. Недостатком этих ме-
тодов является также необходимость приготовлять составы одно-
временно в больших количествах. При ограниченной жизнеспо-
158
собности это приводит к тому, что большая часть приготовленного
состава не может быть использована и выбрасывается.
Так например, при пневматическом и безвоздушном распыле-
нии на изделие может быть нанесена только незначительная часть
материала. Повторное же использование неосажденного на кар-
кас материала не представляется возможным вследствие расслаи-
вания составов и потери растворителя. По той же причине непри-
годен метод струйного облива с последующей выдержкой изделий
в парах растворителя.
Для получения на арматуре железобетонных конструкций
защитных покрытий удовлетворительного качества был опробован
метод электрораспыления. С помощью этого метода на каркасы
наносили порошки термопластов, раздельно напыляли двух-
компонентные составы (порошкообразный наполнитель и жидкое
связующее), а также распыляли лакокрасочные составы (суспен-
зии цемента в битумном лаке).
В качестве термопластов использовались: по-
ливинилбутираль, полиэтилен, полипропилен и полистирол.
Данные о некоторых свойствах испытанных термопластов при-
ведены в табл. 1.
Таблица 1
НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА ИСПЫТАННЫХ ТЕРМОПЛАСТОВ
(ПО ЛИТЕРАТУРНЫМ ДАННЫМ)
Материал | Температура разложения i °C Теплостой- кость при длительном воздействии температу- ры, °C Водопоглоще- иие за 24 ч % Удельное объемное соп- ротивление ом-см Диэлектричес- кая проницае- мость
Поливинилбутираль (ГОСТ 9439-60) 240 1—2 1010—1012 6—7
Полиэтилен низкого давле- ния >250 100—120 <0,01 1017 2,2
Полипропилен >250 130—140 <0,01 1015 2—2,1
Полистирол эмульсионный марки А (ГОСТ 9440-60) . -300 66—91 0,03—0,05 1017 3,4
Экспериментальная установка для распыления порошкообраз-
ных материалов состоит из высоковольтно-выпрямительного уст-
ройства В-140-5-2 завода «Мосрентген», шнекового дозатора-пита-
теля и чашечного распылителя. Порошок приобретает заряд, про-
ходя через кольцевую щель с коронирующей кромкой. Испытывал-
ся также пневматический питатель. Порошки наносили на модели
арматурных каркасов, нагревание которых осуществлялось про-
пусканием электрического тока.
Наиболее пригодным для нанесения в электрическом поле
оказался поливинилбутираль. Вследствие довольно близких
значений удельного объемного сопротивления (о„ = 1010—1012 ом см)
159
и диэлектрической проницаемости (е==6—7) к требуемым величи-
нам распыленный порошок поливинилбутираля достаточно полно
осаждался на каркасе. Были получены покрытия толщиной до
1 мм. Количество осажденного порошка достигало 60—80%.
Значительно хуже осаждались порошки полиэтилена, полипро-
пилена и полистирола (количество осажденного материала состав-
ляло только 30%.) Уже при осаждении на поверхности изделия
тонкого слоя порошка он заряжался одноименно с распыляемым
порошком, и осаждение практически прекращалось. Получить
покрытие из этих материалов толщиной в несколько сот микрон
удалось только путем многократного попеременного напыления и
оплавления порошка.
Нанесение порошкообразного поливинилбутираля производили
на каркас, нагретый до температуры плавления полимера; при этом
количество осажденного на изделие материала увеличилось в два
раза по сравнению с количеством материала, осажденного на хо-
лодный каркас. Кроме того, при напылении на холодный каркас
покрытие получалось неравномерным по толщине вследствие
осыпания порошка на отдельных участках при транспор-
тировке.
Оптимальное; рабочее напряжение составляло 80—100 кв
при расстоянии от распылителя до изделия 250 мм, скорость вра-
щения распылителя 2000 об/мин, расход порошка 20 г/мин. В ре-
зультате изучения свойств покрытий из поливинилбутираля было
установлено, что пленка обладает хорошей адгезией к металлу и
бетону. Минимально необходимая толщина пленки составляет
200—300 мк.
Покрытие из поливинилбутираля выдержало коррозионные
испытания лучше, чем остальные покрытия из термопластов. Од-
нако для успешного использования порошков термопластов в ка-
честве защитных покрытий необходимо подобрать стабилизаторы
для полимерных материалов, в первую очередь для полиэтилена,
и изучить эффективность их действия в условиях тепловлажност-
ной обработки строительных деталей из ячеистых бетонов, а так-
же при эксплуатации сооружений из этих деталей. Кроме того,
должна быть разработана конструкция камеры для оплавления
покрытия, в которой разность температур в различных зонах не
превышала бы нескольких градусов.
Раздельное напыление двухкомпонент-
ных составов на арматурные каркасы производилось на
том же оборудовании, что и напыление порошков из термоплас-
тов. При нанесении составов таким способом можно было бы исклю-
чить необходимость заблаговременного приготовления мастик и,
следовательно, предотвратить старение и расслаивание материала,
а также испарение растворителя. Однако попытки распылять сос-
тавы на основе цемента и воды оказались неудачными. При исполь-
зовании этинолево-битумно-цементного защитного состава рас-
160
пыляли раздельно цемент и этинолево-битумный лак, дозирован-
ные в определенном соотношении.
Цемент дозировали шнековым дозатором, а жидкое связую-
щее—шестеренчатым насосом. Оба компонента подавали на двух-
канальный чашечный распылитель специальной конструкции,
исключающей смешение материалов в распылителе. Но и в этом
случае получить покрытие удовлетворительного качества не уда-
лось.
При совместном напылении двух материалов с различными
электрическими свойствами процесс значительно усложняется,
так как для распыления порошка и жидкости требуются различ-
ные скорости вращения распылителей. Покрытие получалось ли-
бо слоистым, либо неоднородным по составу и не удовлетворяло
необходимым требованиям.
Дальнейшие работы проводились с хорошо переме-
шанным лакокрасочным составом, представ-
лявшим собой суспензию цемента в жидком связующем—битум-
ном лаке*.
Использовавшийся для нанесения покрытия щелевой распы-
литель работал нормально только в течение нескольких минут,
а затем большая часть щели забивалась цементом и распылитель
выходил из строя.
Для уменьшения расслаивания применили высокодисперсные
наполнители (тонкомолотый цемент); при этом удалось исполь-
зовать дозирующее устройство ДКХ-2 и чаши с боковой подачей
лакокрасочного материала.
Для снижения удельного объемного сопротивления защитно-
го состава испытывались многочисленные добавки: бутанол и Изо-
бутанол, растворители РЭ и др. Однако вследствие того, что мно-
гие добавки не растворяют битума и вызывают его выпадение
в осадок, а другие чрезмерно ускоряют высыхание распыленного
состава, нанесенный слой плохо разливается и покрытие полу-
чается пористым. Это заставило отказаться от добавок, изменяю-
щих электрические свойства состава.
При нанесении покрытия методом электроокраски факел рас-
пыла имел узкую рабочую зону и поэтому распылители устанав-
ливали на «роботах», имеющих возвратно-поступательное движе-
ние. Арматурные каркасы подвешивали на конвейер по отдельно-
сти или в виде пакетов (по 5—10 штук) и направляли в окрасоч-
ную камеру. Покрытие наносили с двух сторон при помощи ча-
шечных распылителей с диаметром чаши 100 мм и с боковой по-
дачей лакокрасочного материала. Скорость вращения чаши со-
ставляла 1200 об/мин, напряжение 100 кв, расстояние от распы-
лителя до пакета—250 лии. Дозировку осуществляли дозаторами
* Работы проводились совместно с сотрудниками лаборатории электро-
окраски НИИТЛП А. Л. Шелехиной, О. Б. Суминовой и др.
11—1348
161
ДКХ-2. При вязкости цементно-битумного состава 40 сек (по ВЗ-4)
и расходе состава 30—60 мл1мин толщина однослойного покрытия
(в зависимости от количества сеток в пакете) составляла в сред-
нем 180 мк. После нанесения первого слоя производили сушку
покрытия в течение 5 мин при 60 °C. Затем наносили второй слой
и покрытие сушили окончательно при 100 °C в течение 15 мин..
Толщина двухслойного покрытия после сушки составляла
250—300 мк.
Кроме цементно-битумных составов испытывались составы
на основе цемента и лака «этиноль», с которыми получены поло-
жительные результаты. Имеются сведения об успешном приме-
нении для тех же целей цементно-полистирольных, цементно-
кузбасслаковых и других составов.
Результаты испытания защитных свойств покрытий (табл. 2),
полученных методом электроокраски, показывают, что эти покры-
тия не уступают по качеству покрытиям, нанесенным обычным
способом окунания.
Таблица 2
СРАВНИТЕЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ ПОКРЫТИЙ,
ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРООКРАСКИ И ОКУНАНИЕМ
Вид испытаний Цементно-битумное покрытие Известково- битумное по- крытие. полу- ченное методом электроокраски Без покрытия
метод электро- окраски окунание
Сопротивление сдвигу стержней в бетоне кгс/см2 26—28 23—32 13—21 19—25
Коррозионные испытания при переменном увлаж- нении и высушивании: в течение 240 циклов; площадь пораже- ния, % . . . . • 0 0 0 30—50
характер повреждений Отдельные Отсутствуют Отсутствуют Налет ржав-
в течение 720 циклов площадь пораже- ния, % язвенные точки 0 0 0 чииы, язвы 50—55
характер поврежде- ний Отдельные Отдельные — Налет ржав
язвенные точки язвенные точки ЧИНЫ, язвы
электроокрасочная аппаратура, разработанная
В НИИ ТЕХНОЛОГИИ ЛАКОКРАСОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ
Б. А. Кожущенко
(НИИТЛП}
Эффективность метода окраски изделий в электрическом поле
высокого напряжения и его экономичность зависят от степени со-
вершенства применяемого электроокрасочного оборудования.
Конструкторским бюро Научно-исследовательского института
технологии лакокрасочных покрытий (НИИТЛП) на основе ис-
следовательских и экспериментальных работ разработаны и из-
готовлены опытные образцы аппаратуры и приборов для элект-
роокраски изделий.
За последние годы НИИТЛП выпущены приборы для окраски
изделий более двадцати наименований. Ниже рассматривают-
ся различные виды оборудования, применяемого при электро-
окраске.
УЗЛЫ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ КАМЕР
В 1960 году были разработаны и переданы в промышленность
отдельные узлы высоковольтного оборудования электроокрасоч-
ных камер. К ним относятся: автоматический разрядник к источ-
нику питания В-140-5, служащий для автоматического снятия оста-
точного заряда с электростатических распылителей и шинопровода
после выключения высокого напряжения, а также ограничи-
тельное сопротивление к источнику питания В-140-5 (изготовлено
опытным заводом НИИТЛП), предназначенное для ограничения
силы тока, возникающего во вторичной обмотке высоковольт-
ного трансформатора при искровом разряде или коротком за-
мыкании.
В конструкции ограничительного сопротивления использо-
ван комплект радиосопротивлений, последовательно соединенных
между собой и помещенных в бакелитовую трубу. Величина пол-
ного сопротивления комплекта составляет 0,6—1 Мом.
В основу разработанных конструкций были положены кон-
струкции Горьковского автозавода. В настоящее время заводом
«Мосрентген» освоен их серийный выпуск.
11*
163
ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЕ РАСПЫЛИТЕЛИ
Чашечные распылители. В зависимости от конфигурации окра-
шиваемых изделий и свойств лакокрасочных материалов созданы
различные конструкции чаш; реконструированы также и парабо-
лические чаши устаревших конструкций.
На большинстве предприятий, освоивших метод электроокра-
ски, в настоящее время применяют металлические чаши, техно-
логия изготовления которых чрезвычайно сложна, трудоемка и
не экономична. Кроме того, с такими чашами необходимо осто-
рожно обращаться.
В НИИТЛП разработаны пластмассовые электростатические
чаши (рис. 1), изготовляемые в прессформах. Преимуществом
такой чаши является простота изготовления, легкость (что поло-
жительно сказывается при работе распылительной головки),
а также небольшая мощность привода и пониженная вибрация.
Пластмассовая чаша, содержащая в своем составе графит, боль-
шую часть падения напряжения принимает на себя, вследствие
чего возможность возникновения искрового разряда резко умень-
’шается.
Следует отметить, что пластмассовые чаши не применимы
для окраски диэлектриков (древесины, пластмасс и др.). В этом
случае целесообразно применять металлические чаши.
Рис. 1. Пластмассовая ча-
ша с боковой подачей лако-
красочного материала:
корпус головки распылителя;
краскопровод; 3—корпус чаши;
4—коронирующая кромка.
В настоящее время на опытном заводе НИИТЛП налажено
производство электростатических чаш и грибков из стеклопласти-
ка марки АГ-4, в который введен графит.
В последнее время получили распространение электростати-
ческие чаши с боковой подачей лакокрасочного материала (рис. 1).
При применении таких чаш исключается подача лакокрасочного
материала через движущиеся узлы и детали распылительных го-
164
ловок, нет необходимости применять сальниковые устройства и,
следовательно, можно уменьшить мощность привода распыли-
тельной головки.
Электростатический распылитель ЭР-1М. В 1964 г. в конст-
рукторском бюро НИИТЛП был разработан, а на опытном заводе
Рис. 2. Электрораспылитель ЭР-1М:
/—электродвигатель АОЛ-11/4; 2—труба-изолятор; 5—цанговый зажим;
4—головка распылителя; 5—полый вал (краскопоовод); 6—электростати-
ческая чаша.
НИИТЛП освоен выпуск электростатического распылителя мар-
ки ЭР-1М (рис. 2), являющегося модернизированной моделью
пневмораспылителя ЭР-1 и предназначенного для окраски изделий
165
в электрическом поле высокого напряжения (порядка 80—100 кв);
распылитель переносной.
Распылитель ЭР-1М представляет собой распылительную го-
ловку с приводом, заключенным в бакелитовую трубу-изолятор.
К нижнему концу трубы крепится фланцевый электродвигатель
закрытого типа АОЛ-11/4. Бакелитовая труба-изолятор при по-
мощи цангового зажимного устройства укреплена на поворотном
основании. Узел электропривода с помощью такого зажимного
устройства можно устанавливать под требуемым углом наклона
к горизонтальной плоскости, перемещать в вертикальной пло-
скости на 500 мм и вращать вокруг своей оси на 360 градусов.
Вращение от электродвигателя передается рабочему органу—
чаше или грибку (который укреплен на шпинделе головки распы-
лителя) через бакелитовый валик-изолятор и пару конических
шестерен, расположенных в головке распылителя. На распы-
лительной головке имеется высоковольтный контактный за-
жим.
В модернизированном распылителе ЭР-1М чаша изготовлена
из пластмассы, изменена по сравнению с распылителем ЭР-1 кон-
струкция сальника и валика краскоподачи, находящегося в го-
ловке распылителя, а также изменена конструкция цангового* за-
жимного устройства.
Ниже приводится техническая характеристика распылителя
ЭР-1М.
Число оборотсе шпинделя, об!мин............ 1200
Мощность электродвигателя закрытого типа
АОЛ-n/i (220 в), кет..................... 0,12
Вес, кгс................................... 40
Максимальная высота установки чаш, мм . . . 1600
Минимальная высота установки чаш (по отно-
шению к основанию камеры), мм............. 800
Расход (в г!мин) лакокрасочного материала при
напряжении 80—100 кв и расстоянии от чаши
до изделия 200—250 мм для чаш диаметром
50 мм................................. 20
100 мм................................ 40
150 мм................................ 60
для грибка диаметром 60 мм.............. 25
Внутренний диаметр шланга и краскопровода, мм 6
Распылитель ЭР-1М предназначен для работы в окрасочных
камерах, оборудованных высоковольтным устройством и приточ-
но-вытяжной вентиляцией. Испытания распылителя ЭР-1М под-
твердили его хорошие эксплуатационные качества. Распылитель
рекомендован для серийного производства и в настоящее
время выпускается небольшими партиями на опытном заводе
НИИТЛП.
Электростатический распылитель ЭР-2. При распылении в
электрическом поле нитроцеллюлозных и перхлорвиниловых ла-
166
кокрасочных материалов с помощью электрораспылителя ЭР-1
наблюдается образование на наружной поверхности чаши «ба-
хромы» из нитей высохшей во время полета краски. Срываясь
с чаши, «нити» лакокрасочного материала переносятся электри-
ческим полем на изделие, и качество покрытия ухудшается. Чтобы
избежать образования «бахромы», в 1962 году был разработан
распылитель ЭР-2 (рис. 3).
Рис. 3. Электрораспылитель ЭР-2
У—электростатическая чаша; 2—полиэтиленовый шланг; 3—сопло на*
конечника; 4—бачок для растворителя; 5—головка электрораспылителя.
В конструкции этого распылителя предусмотрена подача рас-
творителя (3—5 г!мин) на наружную поверхность чаши. Омывая
чашу при ее вращении, растворитель не дает возможности обра-
зоваться «бахроме».
Приспособление для подачи растворителя на кромку чаши
состоит из бачка емкостью 1 л, дозирующего наконечника, поли-
этиленового шланга и зажима для закрепления бачка на опре-
деленной высоте. Дозирующий наконечник находится на корпусе
распылительной головки ЭР-1М.
Отверстие наконечника устанавливают на расстоянии не более
5 мм от поверхности чаши и не менее 40 мм от коронирующей
кромки. Для установки распылителя при работе с чашами раз-
личных диаметров наконечник может быть смещен в осевом на-
правлении и закреплен в нужном положении. Бачок с растворите-
лем устанавливается вне окрасочной камеры, на изолированном
от земли штативе и соединяется с наконечником полиэтилено-
вым шлангом. Для отключения подачи растворителя бачок име-
ет пробковый кран. Растворитель подается на поверхность чаши
самотеком во время распыления лакокрасочного материала. Ниже
167
приводится техническая характеристика электростатического рас-
пылителя ЭР-2.
Максимальная производительность
(в г!ми.н) для чаш диаметром, мм:
50...................................... 30
100...................................... 60
150...................................... 90
Скорость подачи растворителя на чаши,
г/мин................................. 3—5
Подаваемое напряжение, кв............. 100—120
Диаметр отверстия сопла наконечника, мм 0,5
Расстояние от выходного отверстия сопла
наконечника до поверхности чаши, мм . 5
Расстояние от выходного отверстия сопла
наконечника до коронирующей кромки
чаши, мм, не менее.................... 40
Уровни растворителя в бачке по отноше-
нию к отверстию сопла наконечника, мм:
верхнего.............................. 150—250
нижнего........................... 75—100
Расстояние от коронирующей кромки до
изделия, мм........................... 250
Опытным заводом НИИТЛП была выпущена опытная партия
распылителей ЭР-2.
Электростатический распылитель ЭР-3 предназначен для на-
несения водоэмульсионных и водорастворимых лакокрасочных
материалов на изделия в электрическом поле (рис. 4).
Основной трудностью при распылении в электрическом поле
водорастворимых материалов является их крайне низкое удель-
ное объемное сопротивление—порядка 103 ом-см. В связи с этим
возникает необходимость значительного увеличения скорости вра-
щения чаши или грибка и соответственно применения дополни-
тельного электрода для усиления электрического поля в зоне рас-
пыления.
Переносной распылитель ЭР-3 состоит из распылительной го-
ловки с электростатической чашей и электроприводом, штатива и
пульта управления. Чаша или грибок приводится во вращение от
электродвигателя постоянным током через приводной валик-изо-
лятор и редуктор. На головке имеется дополнительный электрод
(см. рис. 4). Штатив является двойной стойкой, представляющей
собой изолятор, и создает возможность перемещения распыли-
тельной головки в вертикальном направлении на 500 мм.
На электродвигатель УЛ-061 подается с пульта управления
постоянный ток; электродвигатель вращается со скоростью до
8000 об/мин, мощность его составляет 180 вт; при помощи ЛАТР’ а
можно плавно изменять скорость вращения чаши распылителя до
18 500 об/мин.
Дополнительный электрод представляет собой латунное коль-
цо диаметром 150 мм, которое укрепляется концентрично электро-
168
статической чаше. На кольцо подается высокое напряжение—
порядка 150 кв.
В настоящее время изготовлен опытный образец электрорас-
пылителя ЭР-3, на котором отрабатываются оптимальные техно-
логические режимы нанесения водоэмульсионных и водораство-
римых лакокрасочных материалов (регулируемая скорость вра-
щения чаши—до 35 000 об!мин).
Рис. 4. Электрораспылитель ЭР-3:
/—электростатическая чаша; 2—дополнительный электрод; 3—головка
электрораспылителя; 4—стойка (изолятор); 5—электродвигатель
УЛ0-061; 5—пульт управления.
Электрораспылитель ЭР-4. В 1964 г. в НИИТЛП разрабатыва-
лась конструкция электростатического распылителя ЭР-4 с подо-
гревом лакокрасочных материалов при нанесении их на изделия
с помощью электрического поля. Подогрев лакокрасочных мате-
риалов при электроокраске сокращает расход растворителей на
30—40%. В настоящее время разработан опытный образец элек-
трораспылителя ЭР-4.
169
Щелевой электростатический распылитель ЩЭР-2 (рис. 5).
Конструкция этого распылителя разработана в 1962 г. Распыление
лакокрасочных материалов в этом распылителе осуществляется
под действием электростатических сил отталкивания и переноса,
преодолевающих поверхностное натяжение тонкой струи жид-
Рис. 5. Щелевой электрораспылитель ЩЭР-2:
/—корпус распылителя; 2—коронирующая кромка; 3—штуцер подачи лакокрасочного
материала; 4—наконечник нижний; 5—механизм поворота; 6—кронштейн с фильтром
лакокрасочного материала.
кости на коронирующей кромке распылителя и распыляющих
жидкость на мельчайшие частицы.
Распылитель ЩЭР-2 применяют при окраске плоских изделий
или изделий несложной конфигурации при вертикальном их рас-
положении относительно распылителя; в качестве лакокрасочных
материалов могут применяться: лаки (мебельные, галошные и др.),
эмали (мочевино-формальдегидные, пентафта левые, глифтале-
вые) и другие синтетические материалы, за исключением легко
расслаивающихся материалов типа грунтовки № 138. Щелевой рас-
пылитель состоит из корпуса распылителя со штуцерами, узлом
170
крепления и механизмом поворота; кронштейна с фильтром лако-
красочного материала; штатива, включающего в себя основание,
изолятор, стойки и поперечный валик (на рисунке не показан),
на котором крепится щелевой распылитель.
Корпус распылителя состоит из двух разъемных половин, сое-
диненных винтами. Внутри корпуса имеется циркуляционная по-
лость с отходящими от нее поперечными каналами. Поперечные
каналы равномерно распределены по всей длине распылителя.
Между двумя половинами корпуса устанавливается коронирую-
щая кромка, представляющая собой тонкую стальную пластину
толщиной 0,2 мм. Кронштейн с механизмом поворота устанавли-
вает корпус распылителя под определенным углом наклона к го-
ризонтальной плоскости (и параллельно плоскости изделия),
необходимым для того, чтобы лакокрасочный материал мог сво-
бодно протекать по всей длине циркуляционной полости.
Распылитель крепится на штативе, изолированном от земли.
Для крепления высоковольтного шинопровода имеется клемма;
штуцер, подающий лакокрасочный материал соединен при помощи
полиэтиленового шланга (диаметром 5 мм) через фильтр с доза-
тором лакокрасочного материала. Выходной штуцер распылителя
непосредственно соединяется со сливным бачком лакокрасочного
материала; бачок в свою очередь соединен с дозатором.
Таким образом, при работе дозатора лакокрасочного мате-
риала осуществляется непрерывная циркуляция через распы-.
литель. Протекая по внутренней полости распылителя, лакокра-
сочный материал через поперечные каналы попадает на корони-
рующую кромку и держится на ней, образуя выпуклый мениск.
При создании электрического поля лакокрасочный материал рас-
пыляется и переносится на изделие.
При движении изделия поверхность его покрывается широкой
полосой равномерно нанесенного слоя лакокрасочного материала;
ширина полосы зависит от угла наклона распылителя.
Ниже приводится техническая характеристика щелевого рас-
пылителя ЩЭР-2:
Длина коронирующей кромки, мм . . . 750
Подача лакокрасочного материала в рас-
пылитель дозатором, г!мин........... 30—100
Производительность распылителя, г)мин
(зависит от угла наклона, расстояния
до изделия, напряжения, типа лако-
красочного материала и его вязкости) . 10—90
Угол наклона распылителя в вертикаль-
ной плоскости, параллельной изделию,
градусы.............................. 30—60
Удельное объемное сопротивление распы-
ляемых лакокрасочных материалов,
ом-см............................ 106—108
Лакокрасочный материал должен быть предварительно тща-
тельно отфильтрован.
171
Опытные партии распылителя ЩЭР-2, а также распылители
ЩЭР-1, которые отличаются от ЩЭР-2 отсутствием фильтра и
меньшей длиной, выпускаются опытным заводом НИИТЛП.
Прибор для определения удельного сопротивления ПУС-1.
Прибор ПУС-1 (рис. 6) предназначен для определения удельного
объемного сопротивления лакокрасочных материалов и установ-
ления возможности применения их для окраски в электрическом
поле.
Рис. 6. Прибор для определения удельного сопротивления лакокра-
сочных материалов ПУС-1:
/—сосуд с электродами; 2—колодка с дополнительным сопротивлением; 3—омметр
М-218; 4—футляр прибора.
Прибор состоит из трех частей: цилиндрических электродов,
находящихся в сосуде; колодки с дополнительными сопротивле-
ниями; измерителя—омметра М-218 в футляре.
В измерительный фторопластовый стаканчик с крышкой (в дон-
ную часть и крышку) вмонтированы два металлических электрода
диаметром 25 мм. Электроды выведены на внешнюю сторону и за-
канчиваются клеммными головками для подсоединения проводов
измерителя—омметра. В собранном виде зазор между электродами
составляет 1,5 мм.
Колодка имеет дополнительные сопротивления—1 и 0,1 Мом
и может работать без дополнительного сопротивления. Колодка
с сопротивлениями последовательно включается в один из про-
водов, связывающих омметр М-218 с электродами и служит для
определения удельного объемного сопротивления, а также умень-
172
шения влияния (при измерениях) электролиза лакокрасочных ма-
териалов.
Величину добавочного сопротивления при окончательном рас-
чете удельного объемного сопротивления следует вычитать.
Измерительным инструментом в приборе является омметр—
переносной восьмипредельный типа М-218 с непосредственным
отсчетом по шкале и интервалом измерения 0,1—107 ом.
Шкала прибора—двухрядная, с зеркальным отсчетом. Рабо-
чее положение—горизонтальное.
Омметр выпускается Ленинградским заводом «Вибратор» и
используется в приборе ПУС-1. Опытным заводом НИИТЛП из-
готовляются опытные партии приборов ПУС-1. Прибор перенос-
ной; вес его 10 кгс.
ДОЗИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
Подача и дозирование лакокрасочных материалов для электро-
статических распылителей производится с помощью специальных
механизмов, называемых дозаторами или дозирующими устрой-
ствами.
Одной из последних моделей дозаторов является стационарное
устройство ДКХ-2 (рис. 7), разработанное в НИИТЛП в 1962 г.
и рассчитанное на питание пяти электростатических распылите-
лей.
Установка состоит из следующих частей:
а) дозирующего устройства, включающего пять вариато-
ров с электродвигателями, пять шестеренчатых насосов, соединен-
ных валиками-изоляторами с вариаторами, изолированную
подставку под дозирующее устройство, мягкие хлорвиниловые
шланги;
б) бака с мешалкой, приводимой в движение сжатым возду-
хом. Бак укреплен на изолированной подставке (на рисунке не по-
казана) и служит для питания насосов дозирующего устройства
лакокрасочным материалом.
Принцип работы дозирующего устройства основан на объемном
дозировании лакокрасочного материала в соответствии с изме-
нением числа оборотов насосов.
Насосы приводятся во вращение электродвигателем через ко-
нусные вариаторы, представляющие собой фрикционную пару
из ведущего колеса в виде конуса с большим углом при вершине
и ведомого плоского колеса. Регулирование числа оборотов ве-
домого колеса осуществляется путем изменения положения веду-
щего колеса, перемещающегося вместе с электродвигателем в вер-
тикальном направлении по отношению к ведомому.
Дозирующее устройство настраивают на определенную произ-
водительность по шкале, закрепленной на боковой стенке вариа-
тора.
173
Подача лакокрасочного материала к насосам происходит само-
теком из бака емкостью 100 л через трехходовые пробковые кра-
ны при непрерывном перемешивании.
Рис. 7. Дозирующее устройство ДКХ-2:
/—шестеренчатый насос; 2—приводной валик-изолятор; 3—изолятор-стойка;
4—редуктор-вариатор; 5—электродвигатель; 6—ручка для регулировки вариато-
ра; 7—бак для лакокрасочного материала; 8—пробковый кран.
Число оборотов мешалки регулируется путем изменения подачи
сжатого воздуха.
Ниже приведена техническая характеристика дозирующей
установки ДКХ-2:
Число дозирующих насосов и ва-
риаторов, шт.................. 5
Число электродвигателей закрыто-
го типа АОЛ-11/4 шт............. 5
Диапазон регулирования вариатора 1 : 8
Число оборотов насоса, об/мин . . от 10 до 80
Производительность одного насоса,
г/мин........................... от 20 до 160
Емкость бака, л................. 100
Рабочее число оборотов мешалки,
об/мин . :............. 600—1000
Рабочее избыточное давление возду-
ха, ат.......................... 3—5
Расход сжатого воздуха, м?/ч . . до 5
Габариты дозатора, мм........... 1200x790x900
Габариты бака, мм............... 650x650x1700
Дозирующие установки ДКХ-2 изготовляет Опытный завод
НИИТЛП.
171
Передвижная электроокрасочная установка ПЭУ-1. В 1963 г.
в НИИТЛП разработана передвижная электроокрасочная уста-,
новка ПЭУ-1, которая применяется для окраски изделий в
электрическом поле с применением различных типов кон-
вейеров.
В комплект установки входят: электростатический генератор,
механизм для вертикального перемещения двух электрораспылите-
лей (робот) и дозирующее устройство.
В результате применения электростатического генератора соз-
даются безопасные условия работы и в то же время обеспечивается
максимальная величина заряда частиц распыляемых лакокрасоч-
ных материалов и перенос их от распылителя к окрашиваемому
изделию. Это в свою очередь создает возможность применять
установку ПЭУ-1 для окраски изделий как в камере, так
и вне ее.
Рис. 8. Робот передвижной электроокрасочной установки
ПЭУ-1:
У—электропривод с червячным редуктором; 2—кривошипно-шатунный
механизм; <?—вертикальные направляющие; 4—штанга; 5—головка элек-
трораспылителя; б—электростатическая чаша.
175
Максимальное напряжение генератора составляет 150 кв;
величина тока не превышает 400 ма.
Робот (рис. 8) представляет собой кривошипно-шатунный
механизм, который обеспечивает вертикальное возвратно-посту-
пательное движение штанги с двумя электростатическими рас-
пылителями.
На раме укрепляются вертикальные направляющие, по кото-
рым перемещается штанга. Штанга приводится в движение от
электропривода через червячный редуктор. Ход штанги регули-
руется; максимальный ход 450 мм, скорость движения 17 м/мин.
Рис. 9. Дозирующее устройство передвижной электроокрасочной установи
ПЭУ-1.
4—основание; 2—вариатор (редуктор); 3—электродвигатель АОЛ-11/4; 4—приводной валик (изо-
лятор); 5—шестеренчатый насос; 6—коллектор с пробковыми кранами; 7—бак для лакокрасоч-
ного материала; 8— фильтр.
Два электростатических распылителя укреплены на штанге на рас-
стоянии 700 мм друг от друга. Каждый электрораспылитель со-
стоит из головки, изолятора токопровода, электропривода, элект-
роизоляционного приводного валика и комплекта сменных элект-
ростатических чаш.
Электропривод снабжен электродвигателем АОЛ-11 /4 мощностью
0,12 кет, скорость вращения-вала 3000 об)мин. В комплект уста-
новки входят металлическая чаша диаметром 200 мм и пластмас-
совая чаша диаметром 90 мм.
Дозирующее устройство (рис. 9) предназначено
для подачи определенного количества лакокрасочного материала
176
на электрораспылители. Минимальная подача составляет
18 мл!мин-, максимальная 195 мл]мин.
Дозирующее устройство включает: основание, бак для лако-
красочного материала с циркуляционной системой, фильтр, трех-
ходовой кран, коллектор, три шестеренчатых насоса с внутренним
зацеплением, два вариатора и редуктор.
Бак с фильтром, краном, коллектором и тремя насосами крепят-
ся на основании, изолированно от земли и привода. Насосы приводят-
ся во вращение изолированными приводными валиками. Два край-
них насоса служат для подачи лакокрасочного материала к рас-
пылителям. Они приводятся в действие двумя редукторами-ва-
риаторами, позволяющими плавно менять подачу от минималь-
ной до максимальной.
Редуктор-вариатор представляет собой комбинацию двух-
ступенчатого редуктора и вариатора с раздвижными конусами.
Вариатор обеспечивает плавное изменение скорости вращения
валика от 26 до 230 об!мин. Средний насос служит для перемеши-
вания и циркуляции лакокрасочного материала в бачке во время
работы. Все редукторы приводятся во вращение электродвига-
телями АОЛ-11/4.
Рис. 10. Дозирующее устройство ДКП-1 для ручного электрораспылителя,
/—вариатор с электроприводом; 2—приводной валик-изолятор; 5—шестеренчатый насос; 4—
трехходовой кран с фильтром; 5—бак лакокрасочного материала; 6—краскопровод; 7—ручной
электростатический распылитель; 8—кабель высокого напряжения; 9—электростатический гене-
ратор.
12—1348
177
Лакокрасочный материал из бака емкостью 30 л через трех-
ходовой кран и фильтр поступает в коллектор и из него по гиб-
ким шлангам диаметром 4 мм через два крайних шестеренчатых
насоса—к электростатическим распылителям.
Дозирующее устройство для ручного электрораспылителя
(Рис. 10). Разработанное и изготовленное НИИТЛП портативное
дозирующее устройство ДКП-1 применяется при окраске изделий
в электрическом поле для дозированной подачи лакокрасочного
материала на ручной электростатический распылитель.
На основании, выполненном из электроизоляционного мате-
риала, смонтированы электродвигатель, вариатор, насос и бак для
лакокрасочного материала с трехходовым краном и фильтром.
Передача от электродвигателя на вариатор—ременная. Вариа-
тор выполнен по схеме «стальное кольцо с раздвижными кону-
сами» и позволяет производить плавное регулирование скорости
вращения выходного вала от 20 до 180 об/мин. Вариатор через изо-
ляционный приводной валик с двухшарнирным карданным сое-
динением приводит в действие шестеренчатый насос.
Фильтр, насос и трехходовой кран соединяются между собой
полиэтиленовыми шлангами с внутренним диаметром 6 мм.
Циркуляция лакокрасочного материала, необходимая для^пе-
ремешивания, осуществляется с помощью трехходового крана.
Пуск и остановка двигателя дозатора производится ручкой
электростатического распылителя, на которой смонтирован тум-
блер.
Электродвигатель (тип АОЛБ-21-4, 1420 об/мин) питается от
сети напряжением 220 в; мощность электродвигателя 0,12 кет.
Лакокрасочный материал подается на распыление со скоростью
от 20 до 180 г/мин на высоту 2,5 м от уровня насоса; емкость ба-
ка 6 л.
ИМПУЛЬСНЫЙ ДОЗАТОР КРАСКИ
Бескоровайный В. Г., Казарновский С. Н.
(Дарницкий ВРЗ; ЦНИИ МПС) .
Импульсные дозаторы применяют для питания распылителей
красками, содержащими крупнодисперсные пигменты. К таким
краскам относятся масляные краски, пигментированные мумией,
железным суриком и др. Они применяются для окраски железно-
дорожных грузовых вагонов и контейнеров.
При прохождении этих красок по каналам и шлангам перемен-
ного сечения или при изменении направления движения краски
наблюдается осаждение крупных частиц пигмента; это нарушает
стабильность режима подачи краски или приводит к полному пре-
кращению поступления краски к распылителям.
Предварительная фильтрация или интенсивное перемешивание
краски не устраняют этого явления.
В связи с этим применить для дозировки этих красок калибро-
ванное отверстие постоянного сечения невозможно.
Шестеренчатые или плунжерные дозирующие насосы также
нельзя использовать ввиду их быстрого износа (в масляных крас-
ках содержится много истирающих частиц).
В настоящее время на заводах МПС применяются механиче-
ские и электрические импульсные дозаторы краски, которые обес-
печивают достаточную стабильность подачи ее к распылителям.
Механические импульсные дозаторы по сравнению с электриче-
скими имеют меньшие габариты и более пожаробезопасны в ра-
боте.
Принцип действия механических и электрических дозаторов
одинаков и заключается в том, что краска подается через калиб-
рованное отверстие импульсами—«толчками», в результате пе-
риодического перекрытия калиброванного отверстия конусной
иглой.
Возникающие гидравлические толчки препятствуют осажде-
нию частиц пигментов в каналах, шлангах и в самом калиброван-
ном отверстии. Во время толчка, производимого иглой, приводит-
ся в движение небольшая масса краски, находящаяся вокруг иг-
лы. Это способствует проталкиванию частичек краски через калиб-
рованное отверстие.
12* 179
Дозировка краски осуществляется путем изменения скорости
возвратно-поступательного движения иглы и сечения отверстия.
Принципиальное устройство механического дозатора и схема
питания дозатором трех распылителей показаны на рис. 1.
Рис. 1. Принципиальная схема импульсного дозатора:
/—распылитель; 2—красконагиетательный бак; 3—канал дозатора; 4— иг-
ла; 5—валнк; стакан; 7, 11—винты; 5—кулачок; 9—электродвигатель;
/0—шкала; 12—маховичок; 13, /6—толкатели; 14—хвостовик; /5 -электро-
магнит; /7—рычаг; 18—накопитель; 19—рукоятка.
Лакокрасочный материал из красконагнетательного бака 2
под давлением сжатого воздуха при непрерывном перемешивании
подается по шлангам через канал 3 дозатора к распылителям 1.
Калиброванные отверстия диаметром 1—1,5 мм, через которые
лакокрасочный материал проникает из канала 3 в шланги, перио-
дически открываются конусными иглами 4, введенными в канал 3
через сальники. Рычажки, жестко сидящие на валике 5, придают
иглам 4 возвратно-поступательное движение. Внутри стаканов 6
находятся пружинные устройства, дающие возможность винтами
7 ограничивать (регулировать) высоту подъема игл (при необхо-
димости отдельные отверстия можно полностью перекрыть).
Продолжительность пребывания иглы в верхнем положении
(продолжительность импульса) зависит от положения кулачка 8
и колеблется от 0,04 до 0,2 сек. Возвратно-поступательное движе-
ние рычажкам сообщает электродвигатель 9 через червячную пару.
Отсчет продолжительности импульса производится по шкале 10.
Каждая игла создает около 3 импульсов давления краски в се-
кунду.
По валику червячной шестерни с помощью поводка может
перемещаться на скользящей шпонке кулачок 8 с переменным про-
филем по длине. При вращении маховичка 12 поводок перемещает-
ся по винту И вдоль шкалы 10, указывающей продолжительность
импульса. Роликовый толкатель 13 приобретает возвратно-посту-
180
пательное движение от кулачка 8 и передает его через шарнирный
хвостовик 14 электромагнита 15 роликовому толкателю 16, кото-
рый путем воздействия на рычаг 17 сообщает валику 5 качатель-
ное движение.
Дистанционное управление движением валика 5 осуществляется
электромагнитом 15. При включении электромагнита хвостовик 14
поднимается; поскольку хвостовик снизу имеет меньшее сечение, чем
в остальной части, между ним и толкателями 13 и 16 появляется
зазор. В это время передачи движения на рычаг 17 не происходит;
иглы 4 под давлением пружин в стаканах 6 садятся в гнезда и по-
дача лакокрасочного материала в шланги прекращается.
Хвостовик электромагнита может иметь утолщение на конце.
В этом случае подача лакокрасочного материала будет произво-
диться только при включенном электромагните.
Во время работы дозатора с крупнодисперсной краской в кана-
ле 3 постепенно накапливаются осадки, которые через 3—4 ч
работы спускаются (без остановки дозатора) в накопитель 18
путем кратковременного нажима на рукоятку 19 клапана. Та-
ким же способом можно спустить воздух из системы в начале ра-
!,0
Вренн, сек
Рис. 2. Графики работы дозатора при различных
режимах (высота подъема, продолжительность им-
пульса) и постоянной частоте импульса:
а—работа дозатора с короткими импульсами; б—работа дозатора
с длинными импульсами.
боты или произвести продувку системы сжатым воздухом. Пода-
вая по трубе растворитель из отдельного бачка, можно произво-
дить эффективную промывку шлангов и распылителей.
На рис. 2 приведены графики работы дозатора при двух
крайних положениях кулачка (см. позицию 8 рис. 1) и при
181
по Сд
По KM
32
Рис. 3. Устройство импульсного дозатора:
/—центрирующий фланец; 2—муфта: 3—электродвигатель; 4—
червяк; 5— шестерня; 6—канал подачи краски; 7—ниппель;
8—игла; 9, 21—валики; 10—рычажок; //—стакан; 12, 14—
пружины; 13, 22—винты; 15—стопорная гайка; 16— рукоятка;
/7—указатель; 18—шкала; 19—кулачок; 20—сухарь; 23—элек-
тромагнит; 24—якорь; 25—стакан; 26—хвостовик; 27, 31—тол-
катели; 28, 30—регулировочные винты; 29—рычаг; 32—клапан;
33—рукоятка.
полном подъеме иглы; при ограничении подъема иглы импульсы
будут урезаны по высоте (пунктирные линии).
Из графиков видно, что количество подаваемого лакокрасочно-
го материала можно регулировать в широких пределах. Количе-
ство лакокрасочного материала зависит от вязкости, давления
в бачке, гидравлического сопротивления за дозатором и парамет-
ра «время—сечение». Дозатор может в зависимости от выбранных
параметров пропускать за 1 мин от 20 до 500 г краски.
Регулировка подачи лакокрасочного материала может осу-
ществляться двумя путями:
а) индивидуальная регулировка каждого распылителя при по-
мощи винтов (см. позицию 7, рис. 1) путем ограничения высоты
подъема игл, т. е. изменения проходного сечения;
б) групповая регулировка всех распылителей одновременно
при помощи маховичка (см. позицию 12, рис. 1) путем изменения
продолжительности импульса, т. е. времени, в течение которого
открыто проходное сечение.
Конструкция описанного дозатора разработана на Дарниц-
ком вагоноремонтном заводе МПС и показана на рис. 3.
Дозатор имеет корпус привода и корпус подачи краски, ко-
торые соединяются болтами на контрольных штифтах. Корпус
подачи краски выведен вниз, чтобы при случайном подтекании
сальников игл привод не загрязнялся лакокрасочным мате-
риалом.
На центрирующем фланце 1, внутри которого размещает-
ся мягкая муфта 2 с помощью винтов закреплен электро-
двигатель 3 мощностью 0,28 кет и скоростью вращения
н=2800 об/мин.
Червяк 4 вращается в двух шариковых подшипниках, закрытых
крышками. Центрирующая крышка имеет сальник, так как дета-
ли корпуса привода работают в масле. Масло заливается и спускает-
ся через отверстия, закрываемые пробками. Имеется также конт-
рольное отверстие с пробкой.
Червяк 4 приводит в действие шестерню 5, которая посаже-
на на шпонку валика, вращающегося в Двух шариковых подшип-
никах. Передаточное отношение червячной пары 1:16.
Лакокрасочный материал подводится под давлением 2—5
кгс/см? по трубке в канал 6. Ниппели 7, на которые надеваются
шланги диаметром 6x8 мм, идущие к распылителям, имеют встав-
ные шайбы с калиброванными отверстиями. Отверстия перекры-
ваются конусными концами игл 8. Иглы 8 уплотнены в канале 6
поджимными сальниками. На валике 9 сидят на шпонках (или за-
• тягиваются как хомуты) рычажки 10, воздействующие на стака-
ны 11. Каждый из стаканов 11 с помощью сильно сжатой пружины
12 может поднять иглу 8. Высота подъема зависит от положения
винта 13 и может изменяться от 0 до 4 мм. Поворот винта 13 на
один оборот соответствует подъему иглы на 1 мм. Возвращение
184
в исходное положение производится пружиной 14. Отрегулиро-
ванный винт 13 стопорится гайкой 15.
Таким образом, поднятие иглы вверх ограничивается вин-
том 13.
Внутри корпуса привода проходит винт 22 с сухарем 20,
зацепляющимся за буртик кулачка 19. На конце винта 22, выве-
денном через сальник наружу, жестко укреплена шестерня,
находящаяся в зацеплении с другой шестерней винта, по которому
движется указатель шкалы 18.
' При вращении рукоятки 16 кулачок 19 перемещается вдоль
валика 2Г, одновременно указатель 17 движется вдоль шкалы 18,
указывая продолжительность импульса или количество лакокра-
сочного материала (в г), подаваемого за минуту. В последнем
случае шкала тарируется по величине подъема игл.
Электромагнит 23 (ход 20 мм, усилие 5—8 кгс) закреплен бол-
тами на стойках, приваренных к корпусу. Якорь 24 жестко соеди-
нен со стаканом 25, который может перемещаться по вертикали
в направляющей, запрессованной в корпус. В стакане имеется
стержень, на который свободно надет хвостовик 26.
Роликовый толкатель 31 приводится в движение кулачком 19.
Толкатель 31 через хвостовик 26 передает усилие роликовому тол-
кателю 27, стержень которого выведен через сальник
наружу.
Во время работы хвостовик 26 непрерывно совершает колеба-
тельное движение. Толкатель 27, воздействуя на регулировочный
винт 28 рычага 29, сообщает колебательное движение валику 9,
установленному в двух подшипниках.
Регулировочный винт 30 служит для регулировки зазоров
(порядка 0,2—0,4 мм) между хвостовиком 26 и толкателями 27
и 31 (зазоры необходимы для облегчения срабатывания электро-
магнита).
С помощью винта 28 создается зазор порядка 0,5 мм, необхо-
димый для полной посадки игл 8 в отверстия; при этом устра-
няется подтекание лакокрасочного материала. По мере износа
концов игл этот зазор уменьшается и его периодически надо про-
верять.
В конце канала 6 смонтирован клапан 32. При нажиме на ру-
коятку 33 клапан открывается и краска с осадками устремляется
по шлангу в накопитель. Таким образом, канал 6 и трубка быстро
и полностью очищаются.
Описанный дозатор может быть изготовлен на любое число игл
(распылителей); он обеспечивает устойчивую подачу, может при-
меняться для любого лакокрасочного материала, легко регули-
руется; небольшие габариты дозатора дают возможность распо-
лагать его непосредственно на электроокрасочных установках.
Пульсация краски в шлангах практически не сказывается на ка-
честве окраски изделий.
185
Описанные выше дозаторы были установлены несколько лет
назад на ряде заводов и оказались надежными и удобными в экс-
плуатации.
Ниже приводятся характеристики дозатора и применяемого
лакокрасочного материала:
Мощность электродвигателя, кет Число оборотов электродвигате- ля, об)мин Передаточное число червячной пары Число оборотов кулачкового ва- лика, об!мин Число импульсов подачи краски, имп/сек Вязкость применяемых красок (по ВЗ-4), сек Лакокрасочный материал . . . Интенсивность подачи лакокра- сочного материала к одному распылителю, г/мин Управление Электромагнит усилие, кгс ........ длина хода, мм Продолжительность импульса по- дачи краски, сек. Регулировка подачи краски . . Диаметр калиброванного отвер- стия, мм Число обслуживаемых распыли- телей . Высота подъема игл, мм . . 0,28 2800 16 175 20—40 Крупнодисперсный 20—500 Дистанционное с помощью включения или отклю- чения электромагнита 5—8 20 0,04—0,2 Индивидуальная (для од- ного | распылителя) и групповая 1—1,5 Соответствует числу игл 0—4
ЭЛЕКТРООКРАСОЧНАЯ аппаратура ГОРЬКОВСКОГО
АВТОМОБИЛЬНОГО ЗАВОДА
3. Б. Холоденко, Л. И. Розно
На Горьковском автомобильном заводе за последние годьГзна-
чительно увеличено число электроокрасочных установок и усовер-
шенствован процесс окраски изделий в электрическом поле.
Экономия лакокрасочных материалов, получаемая ежегодно
в результате внедрения электроокрасочных установок, превышает
1000 т, что составляет в денежном выражении 800 тыс. руб. в год.
Номенклатура узлов и деталей, окрашиваемых в электриче-
ском поле, охватывает более 250 наименований, в том числе: мо-
сты и оси, колеса и оперение грузовых и легковых автомобилей,
все узлы детского велосипеда, радиаторы и рессоры, детали ар-
матуры и многие другие.
При окраске применяют следующие лакокрасочные материа-
лы: для деталей легковых автомобилей—меламино-алкидные эма-
ли; для мостов и осей—алкидно-стирольные; для узлов велоси-
педов—мочевино-формальдегидные; для рессор—масляно-асфаль-
товую краску № 122; для колес—палевую краску, для грунтова-
ния используют грунт-шпатлевку ГФ-018-2 и грунтовку под поро-
ду карельской березы.
Ниже приводится краткое описание некоторых, разработанных
на Горьковском автозаводе, наиболее важных образцов электро-
окрасочного оборудования, усовершенствованного в последнее
время и применяемого на этом заводе и ряде других предприя-
тий Советского Союза.
Электромеханический распылитель краски показан на рис. 1.
Корпус распылителя состоит из переходного металлического флан-
ца 1, конуса 2 из стеклоткани (послойно склеенной клеем) и втул-
ки 3 с держателями 4 из капрона. Все эти детали склеены эпоксид-
ным клеем. В передней части корпуса находится приводной ва-
лик 5, вращающийся в подшипниковых опорах 6, помещенных
в стальную буксу. Электродвигатель 7 крепится к фланцу. Крутя-
щий момент от электродвигателя к приводному валику передает-
ся гибким валиком 8 из стандартной полиэтиленовой трубки.
187
Распылитель-грибок
ПоД-Д
BbfDOjcpe
напрябкение
Рис. 1. Электромеханический распылитель краски:
/—фланец; 2—конус; 3—втулка; -/—держатели; 5—приводной валик;
подшипника; 7—электродвигатель; 8—гибкий валик.
>—опоры
Электродвигатель типа АОЛ-11/4 характеризуется следующи-
ми данными: А=50 вт\ «=1390 об/мин', 67=220/127 в.
К особенностям распылителя относятся: небольшой вес,
(4,5 кгс), наличие гибкого приводного вала с натяжным устрой-
ством (в результате чего исключает-
ся возможность вибрации распыли-
вающей головки), малая потребляе-
мая мощность (30 вт). Применение
легких изоляционных пластиков для
изготовления основных деталей кор-
пуса способствует повышению его
электрической прочности.
На распылителе может быть ус-
тановлена грибковая распыливаю-
щая головка или чашечная с боковой
подачей краски. В конструкции рас-
Рис. 2. Чашечная распыли-
вающая головка:
/—чаша; 2—крышка; 3—втулка;
4—стопорный винт; 5—прокладка;
6— винт.
пылителя предусмотрено крепление
двух краскопроводов, что обеспечи-
вает возможность быстрой смены
лакокрасочного материала.
На Горьковском автозаводе
преимущественно применяются рас-
пылители, снабженные чашечными головками с боковой пода-
чей краски (рис. 2).
Лакокрасочный материал через специальный мундштук по-
ступает в задний кольцевой карман чаши и через пять окон выво-
дится на ее внутреннюю параболическую поверхность. Чаша из-
готовлена из дуралюмина Д-1 и имеет небольшую массу, поэтому
возможность дисбаланса в работе электромеханического распы-
лителя сведена к минимуму. По простоте вывода лакокрасочного
материала чаша подобна грибку, а по направленности факела не
отличается от обычной чаши с центральной подачей краски. В си-
стеме подачи лакокрасочного материала отсутствуют сальники,
вследствие чего конструкция распылителя упрощается.
Применение чаш с различными диаметрами (75, 100, 125 и
150 мм) дает'возможность осуществлять окраску различных изде-
лий, узлов и деталей.
Перемещающийся электрораспылитель. Для окрашивания в
общем потоке различных по габаритам деталей потребовалось со-
здание специального перемещающегося распылителя—«робота».
Известные ранее «роботы» для электроокрасочных установок име-
ют недостаток, заключающийся в необходимости частого ревер-
сирования электродвигателя.
На рис. 3 показано устройство для перемещения «робота» (раз-
работано на заводе), при использовании которого у электродви-
гателя количество реверсов уменьшено вдвое по сравнению
со старой конструкцией.
189
На основании 1 укреплена вертикальная колонка 2, по кото-
рой перемещается каретка 3 с распылителями, а также установ-
лен привод 5 установки. Натяжная звездочка 6 крепится к вер-
тикальной стойке 7 и регулируется по высоте.
Для предохранения каретки от разворота во время ее движе-
ния ролики каретки входят в паз стойки 9. Сухарь 10 соединен
шарнирно со звеном цепи транспортера и перемещается в гори- .
зонтальном пазу каретки 3.
Рис. 3. Устройство для перемещения «робота»:
/—основание; 2—колонка; 3—каретка; 4—цепь транспортера; 5—привод; 6—-натяжная звездочка;
7, Р—стойки; 8—ролик; 10—сухарь; //—электродвигатель; 12—редуктор; 13—приводная звездоч-
ка; 14—концевой выключатель; 15—планка; 16—болт; 17—хомут; 18—колонка; 19— электрорас-
пылитель; 20—чаша.
Установка работает следующим образом: от электродвигателя
11 через редуктор 12 со звездочкой 13 движение передается цепи
транспортера. Звено цепи через сухарь 10 сообщает каретке с рас-
пылителями возвратно-поступательное движение в вертикальной
плоскости. Длина хода каретки с распылителями зависит от дли-
ны цепи транспортера. При максимальной амплитуде двигатель
не реверсируется. В этом случае каретка проходит через верхнюю
и нижнюю мертвые точки транспортера, а сухарь 10 в это время
190
Рис. 4. Схема подставки для перемещения «робота» в поперечном нап-
равлении к плоскости движения конвейера:
1—рама с направляющими; 2— пневмоцилиндр; 3—шток ппевмоцилиндра; 4—шарнир;
5—ограничитель хода; 6—защитная гармошка; 7—основание «робота»; 8—ролик «робота».
Рис. 5. Дозирующее устройство для подачи лакокрасочного материала
с изолированным краскопроводом:
1—нагое; 2—вариатор-
скользит по горизонтальному пазу каретки, переходя из одной
ветви транспортера в другую. В итоге каретка с распылителями
получает поступательно-возвратное движение.
Рис. 6. Дозирующее устройство с заземленным краскопроводом:
/—насос; 2—вариатор.
Если требуется работать на меньших амплитудах, то следует
реверсировать электродвигатель в соответствующем нижнем по-
ложении каретки, возвращая ее в исходное верхнее положение,
где переход через верхнюю мертвую точку совершается без ревер-
сирования электродвигателя.
Управление процессом реверсирования электродвигателя осу-
ществляется с помощью реле времени и соответствующего элект-
рооборудования. Реле времени включается путем нажима карет-
ки на концевой выключатель 14, установленный на планке 15.
Длина хода каретки определяется величиной выдержки реле вре-
мени, соответствующей продолжительности работы электродви-
гателя до момента его реверсирования.
192
Максимальный ход каретки с распылителями—1200 мм; мак-
симальная скорость перемещения каретки—20 м!мин.
«Робот» рассчитан на крепление двух распылителей типа
58-А-2254. С помощью колонок 18 распылители могут быть установ-
лены на одном общем уровне или же на разных уровнях по высоте.
Колонки дают возможность также сдвинуть амплитуду перемеще-
ния распылителей вверх или вниз в пределах до 650 мм.
При окраске деталей различной ширины «робот» устанавливают
на специальную подставку (рис. 4), которая перемещает его от п-невг
мопривода в поперечном направлении к плоскости движения кон-
вейера. Пневмопривод управляется краном, расположенным вне
камеры.
Рис. 7. Дисковый электрораспылитель:
/—привод; 2—электрораспылитель; 3—дисковая распиливающая головка; 4—дер-
жатель краскопровода и высоковольтного кабеля; 5—краскосмесительный бак;
6—насосная установка; 7—краскопровод; б—высоковольтный изолятор-
13—1348
193
Дозирующие устройства. Дозирующее устройство для подачи
лакокрасочного материала показано на рис. 5. Подача лакокра-
сочного материала производится шестеренчатым насосом 1 про-
изводительностью от 15 до 120 мл!мин, которая регулируется
бесступенчатым механическим вариатором 2.
Дозирующие устройства изготовляются с одним и двумя ка-
налами для подачи материала, а также с изолированным и зазем-
ленным краскопроводом. Практика эксплуатации электроуста-
новок на заводе показала, что при работе с материалами, электри-
ческие параметры которых не выходят за пределы допустимых,
нет необходимости применять изолированный краскопровод.
Процесс окраски протекает достаточно нормально и при зазем-
ленных краскопроводах.
На рис. 6 показано дозирующее устройство с заземленным кра-
скопроводом. При использовании этого устройства значительно
упрощаются компоновка и эксплуатация окрасочного оборудова-
ния.
Дисковый электрораспылитель. Для окраски телескопиче-
ских амортизаторов разработан дисковый распылитель (рис. 7),
который крепят к потолку камеры. Привод для возвратно-посту-
пательного перемещения распылителя находится на крыше каме-
ры. Максимальный ход распылителя 800 мм. Длина хода регули-
руется вне камеры при помощи реле времени и соответствующего
электрооборудования. Скорость движения распылителя 7м1м1>н.
ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ В КАЧЕСТВЕ
ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ источников ПИТАНИЯ
ДЛЯ ЭЛЕКТРООКРАСОЧНЫХ УСТАНОВОК
‘ А. Ф. Калганов, Ю. А. Корзенников,
В. В. Пацевич
(Томский политехнический институт}
В течение последних 8—10 лет за рубежом в качестве источ-
ников постоянного тока высокого напряжения для электроокрасоч-
ных установок успешно применяются роторные электростатические
генераторы (ЭСГ). По литературным данным1 они являются иде-
альными источниками тока для окраски в электрическом поле.
Электростатические генераторы имеют ряд преимуществ перед
обычными выпрямительными устройствами, основными из кото-
рых являются:
небольшое уменьшение тока ЭСГ при увеличении выходного
напряжения;
высокая стабильность выходного напряжения, являющаяся
следствием самого принципа работы ЭСГ и достигаемая сравни-
тельно простыми средствами;
высокий к. п. д. (до 95?{i);
совершенство регулировки напряжения;
компактность и относительно небольшая масса;
надежность, простота обслуживания и длительный срок служ-
бы генератора 2>3.
Кроме того, важной особенностью ЭСГ, весьма существенной
для электроокрасочных установок, является безопасность работы
для обслуживающего персонала даже при режиме короткого за-
мыкания (ток при коротком замыкании на 15—20% больше ра-
бочего тока); возможный искровой разряд между ЭСГ и окраши-
ваемой деталью не приводит к выделению опасного количества
энергии. Поэтому создается возможность поддерживать высокую
напряженность электрического поля в промежутке между распьь
лительной головкой и окрашиваемой деталью и таким образом
обеспечивать оптимальные условия распыления краски и зарядки
распыленных частиц и получать покрытия высокого качества.
13*
195
Для электроокраски получили распространение ЭСГ с транс-
портером-диэлектриком в цилиндрическом исполнении (ЭСГД).
За рубежом генераторы различных типов выпускаются серийно
в промышленном масштабе2. Так, например, ЭСГД на 90 кв и
200 мка предназначены для питания переносных устройств с руч-
ным электрораспылителем, ЭСГД на 150 кв и 400 мка или на
150 кв и 2 ма—для питания стационарных установок электро-
окраски.
Необходимо, однако, отметить, что ЭСГД, имеющий хорошие
характеристики в отношении пульсаций напряжения, системы ком-
мутации и т. д., нельзя считать удовлетворительным по удельной
объемной мощности. С этой точки зрения большими преимущест-
вами обладают ЭСГ с транспортерами-проводниками в виде стерж-
ней (ЭСГП).
Как показали проведенные теоретические исследования3,
мощность стержневых ЭСГП увеличивается вдвое с увеличением
числа стержней ротора от обычного до бесконечности и
при прочих равных условиях становится равной мощности ЭСГД.
Рис. 1. Схема стержневого ЭСГП:
/—высоковольтные индукторы; 2—внешний статор;
3—тело ротора; 4—стержни ротора; 5—индукторы
возбуждения;#—заземленная щетка; 7—внутренний
статор; 5—высоковольтная щетка.
Практически к такому состоя-
нию можно приблизиться при
запекании некоторого коли-
чества стержней ротора в ди-
электрик (например, в эпок-
сидную смолу). Вследствие
того что в таком роторе могут
быть заряжены обе поверх-
ности (тогда как в ЭСГД
возможна только односторон-
няя зарядка), мощность ЭСГП
в одинаковых условиях рабо-
ты почти вдвое превышает
мощность ЭСГД. Возможность
использования двух статоров
в ЭСГП является следствием
применения концентрирован
ной коммутации. Схема стер
жневого ЭСГП в цилиндри
ческом исполнении представ-
лена на рис. 1.
Ротор генератора (рис. 2), выполненный в виде стакана из
эпоксидного компаунда, вращается между двумя слабопроводя-
щими статорами—внешним и внутренним.
В стенках ротора запечено 40 стержней диаметром 2 мм и дли-
ной 115 мм. Собственно генератор имеет длину 240 мм, диаметр
86 мм; вес его около 2 кгс.
При работе в среде водорода, находящегося под избыточным
давлением 25 ат, генератор развивает напряжение 100 кв при
196
Рис. 2. Ротор с запеченными в диэлектрик стержнями
(о размерах можно судить по поставленной рядом спичечной
коробке);
Рис. 3. Схема источника возбуждения ЭСГ.
токе 500 мка. Напряжение возбуждения генератора при ис-
пользовании ионизационной системы коммутации состав-
ляет 25 кв.
Схема источника возбуждения представлена на рис. 3. Источ-
ником возбуждения служит трехступенчатый каскадный генера-
тор, собранный на полупроводниковых диодах и малогабаритных
конденсаторах и питаемый генератором высокой частоты (ГВЧ).1
Питание ГВЧ осуществляется от источника постоянного тока с на-;
пряжением 0—10 в; соответственно на выходе каскадного генера-
тора напряжение регулируется от 10 до 30 кв. Индукционная
система возбуждения позволяет избежать активного расхода
энергии, вследствие чего источник возбуждения имеет малую
мощность и габариты. Ротор и статор, привод ротора, (двигатель
СЛ-369 мощностью 55 кв) и источник возбуждения располагаются
в герметизированном кожухе.
Генератор в кожухе в собранном виде (на испытательном стен-
де) представлен на рис. 4. Его общая длина составляет 800 мм,
диаметр 100 мм; вес около 25 кгс. Генератор с успехом может
быть использован как в стационарных, так и в переносных электро-
окрасочных установках. При изготовлении специально для
переносных установок габариты и вес его могут быть значи-
тельно уменьшены. По энергетическим характеристикам стерж-
невой ЭСГП не уступает ЭСГД.
При наличии большого числа стержней в роторе пуль-
Рис. 4. Общий вид генератора в кожухе (на испытательном стенде).
198
сация напряжения незначительна (1—2%); это позволило ис-
пользовать концентрированную ионизационную систему комму-
тации. При этом для
генератора требуется
достижения
только
незначительное увеличение на-
пряжения возбуждения по срав-
нению с тем, которое необходи-
мо при контактной системе
коммутации.
Вольтамперные характери-
стики, приведенные на рис. 5,
показывают, что уменьшение
силы тока с увеличением напря-
жения нагрузки незначительно.
Расчетным путем установле-
но, что габариты и вес ЭСГП
на 150кви2 ма должны быть
значительно меньше по сравне-
нию с габаритами и весом ЭСГД
(при равных выходных пара-
метрах), а эксплуатационные
характеристики—не хуже экс-
плуатационных характеристик
номинальных параметров
О Z00 ООО 000 800
1Н, мка
Рис. 5. Вольтамперные характерис-
тики генератора ЭСГП:
/—при контактной системе коммутации (С/в =
20 кв); 2— при ионизационной системе комму-
тации (С7В ==25 кв).
ЭСГД.
Стержневой ЭСГП на напря-
жение 250 кв и ток 1 ма по рас-
чету должен иметь длину 300 мм
и внутренний диаметр 250 мм.
На основании испытаний, проведенных в Томском политехни-
ческом институте, установлена принципиальная возможность
создания надежно работающих генераторов стержневого типа
(ЭСГП), которые с успехом могут быть использованы во многих
отраслях промышленности для различных целей, в том числе для
окраски изделий в электрическом поле высокого напряжения.
ЛИТЕРАТУРА
1. П у э н т М., Окраска в электростатическом поле, сб. «Применение сил
электрического поля в промышленности и сельском хозяйстве»,
ВНИИЭМ, М., 1964, стр. 211.
2. М о р е л ь Р. Промышленные электростатические генераторы, там же,
стр. 18.
3. Калганов А. Ф., Пацевич В. В., Максимальная мощность
электростатических генераторов, Электромеханика, № 8 (1963).
ОКРАСКА ДЕТАЛЕЙ РУЧНЫМ ЭЛЕКТРОРАСПЫЛИТЕЛЕМ
И. Я- Гельруд, Ю. Я- Ку таков
(ВНИТ ИПpudop)
Применяемый метод автоматической окраски изделий в ста-
ционарных электроокрасочных установках имеет значительные
преимущества по сравнению с другими методами окраски: мень-
ший расход лакокрасочных материалов, экономию рабочего вре-
мени, более низкую стоимость эксплуатации камер. Наряду с по-
ложительными сторонами этому методу присущи также недостат-
ки.
Одним из основных недостатков является трудность окраски
изделий сложной конфигурации и разных габаритов, обрабаты-
ваемых на одном и том же технологическом конвейере.
Для окраски таких деталей необходимо предусматривать на-
клон или перемещение распылителей, различную подачу лакокра-
сочного материала (во времени и по количеству) к распылителям,
разные скорости вращения головок; нередко требуется вращение
окрашиваемых деталей. Все это удорожает стоимость электроок-
расочной установки и не всегда приводит к желаемым результа-
там.
В связи с этим приходится применять подкраску ручными пнев-
матическими распылителями труднодоступных поверхностей до
или после автоматической окраски в электрическом поле высокого
напряжения.
Стационарные электроокрасочные установки наиболее эконо-
мичны при непрерывной окраске большого количества однотип-
ных деталей. При наличии мелких серий и в индивидуальном
производстве целесообразно применять ручную окраску в элект-
рическом поле высокого напряжения.
Основным преимуществом ручной окраски в электрическом
поле перед автоматической является маневренность, т. е. воз-
можность поместить распылитель в любое требуемое положение
относительно окрашиваемого изделия, изменяя при этом парамет-
ры процесса, скорость вращения головки и т. д. Окраска изделий
сложной конфигурации и различных размеров ручным электро-
распылителем дает положительный эффект.
200
3
Электрораспылитель:
1—распиливающая головка; 2—ствол; 3— электродвигатель, сообщающий вращение (через изоляционный валик) распиливающей го-
ловке; 4—рукоятка; 5—пневматическая распиливающая головка; 6—штекер.
Основными частями установок для ручной электроокраски
являются высоковольтный генератор (источник питания), элект-
рораспылитель и краскоподающее устройство.
В качестве источника высокого напряжения применяют гене-
раторы постоянного тока с I— 0,2 ма.
В связи с тем, что такая сила тока в 100 раз меньше силы тока,
опасной для жизни, работа с оборудованием вполне безопасна. 1
Преимуществом генератора постоянного тока перед применяе- :
мым в настоящее время высоковольтно-выпрямительным устрой-
ством В-140-5-2 является то, что генератор сообщает каплям лако-
красочного материала при прочих равных условиях больший за-
ряд, чем устройство В-140-5-2. Поэтому ручными электростати-
ческими распылителями можно работать при сравнительно боль-
ших расстояниях между головкой распылителя и окрашиваемым
изделием.
Подача лакокрасочного материала к электростатическому рас- '
пылителю может осуществляться любым известным способом:
самотеком, под давлением сжатого воздуха с помощью насоса и
т. д.
Разработанный Всесоюзным научно-исследовательским техно-
логическим институтом приборостроения (ВНИТИПрибор)
^ручной электрораспылитель с дополнительной пневматической
головкой (см. рисунок) предназначается для окраски вручную
изделий, имеющих экранированные, углубленные и другие по-
верхности сложного профиля, труднодоступные для электроок-
раски на стационарной установке.
Отличительной особенностью ручного электрораспылителя
является наличие дополнительной, независимой пневматической
головки, которая предназначается для подкраски поверхностей,
непрокрашиваемых стационарным электрораспылителем. Ручной
электрораспылитель питается от высоковольтного генератора
напряжением 90 кв; лакокрасочный материал подается дозирую-
щими устройствами.
Включение высоковольтного генератора, дозирующих уст-
ройств и электродвигателя для вращения распылительной голов-
ки производится с пульта управления. Для подачи лакокрасочного
материала к головке распылителя достаточно нажать на спуско-
вой крючок, который в свою очередь открывает шариковый кла-
пан. При необходимости работы с пневматической головкой на-
жатием кнопки на спусковом крючке микропереключатель вклю-
чает подачу воздуха к головке.
УСТАНОВКА УЭРЦ-1 ДЛЯ РУЧНОЙ ОКРАСКИ ИЗДЕЛИЙ
В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ
А. П. Цеслюк, С. Н. Казарновский
(СКБ-3; ЦНИИ МПС)
Для ручной окраски изделий в электрическом поле СКБ-3
Министерства автомобильной промышленности разработана уста-
новка УЭРЦ-1, состоящая из электронного генератора высокого
напряжения, ручного электрораспылителя и дозирующего устрой-
ства (рис. 1).
При помощи генератора создается электрическое поле между
окрашиваемым изделием и головкой распылителя.
Рабочее расстояние между распиливающей головкой и окраши-
ваемым изделием составляет 150—200 мм.
Электронный генератор высокого напряжения состоит из бло-
ка задающего генератора и блока умножения.
Блок задающего генератора включает: блок питания, блокинг-
генератор и выходной каскад.
Блок питания анодной цепи и цепей накала состоит из силового
трансформатора и выпрямителя. Блокинг-генератор собран на
одной половине двойного триода 6Н1П и работает при частоте
колебаний 3 кгц. Выходной каскад собран на радиолампе
6П36С. Блок умножения состоит из высоковольтных диодов ти-
па 1Ц21П.
Генератор прост по конструкции и долговечен в эксплуатации.
Схема его собрана из стандартных узлов и деталей, выпускаемых
отечественной промышленностью.
Ручной электрораспылитель имеет вид пистолета (рис. 2),
состоящего из ствола (диэлектрик) с рукояткой, чаши электро-
двигателя, укрепленного позади ствола.
Дозирующее устройство состоит из электродвигателя, насоса
и бачков для краски и растворителя. Регулирование подачи лако-
красочного материала осуществляется с помощью специального
приспособления.
Все оборудование установки размещается на тележке, которая
перемещается по цеху. Блок-схема установки УЭРЦ-1 приведена
на рис. 3.
203
a
Рис. 1. Установка УЭРЦ-1:
а—общий вид установки; б—схема установки:
f—ручной электрораспылитель; 2—высоковольтный генератор; 3—тележка; 4—дозаторы;
5- коаскоподающий бак.
б
Рис. 2. Ручной электрораспылитель:
а—общий вид; б—схема электрораспылителя:
/—чаша; 2—ствол; 5—шланг (трубка) для подачи краски; 4—высоковольтный кабель; 5—элект-
родвигатель; б—-спусковой крючок; 7—низковольтный кабель; 8— изоляционный валик; 9—сопро-
тивление КЛВ-35; 10—валик; //—форсунка; /2—штекер; 13—стержень; 14—рукоятка.
Распылитель
Ниже приводится техническая характеристика установки
УЭРЦ-1
Питание................ от сети переменного
тока напряжением
220 в
Потребляемая мощность, вт 250
Выходное напряжение, кв . 60—100
Ток короткого замыкания,
мка . . . .......... 300
Производительность дозато-
ра, г/мин ............... 25—180
Расход краски, л/ч:
при распиливающей ча-
ше диаметром
50 мм........... 1,9—2,4
80 мм........... 3,0—3,7
100 мм........... 3,7—4,7
Производительность установ-
ки, м2/ч (норма расхода
лакокрасочного материала
60—100 г/м2) при распи-
ливающей чаше диамет-
ром:
50 мм............. 40—60
80 мм............. 60—90
100 мм....................... 78—110
Емкость бачка для краски, л 10
Габаритные размеры, мм:
длина............................ 980
ширина.......................... 524
высота.......................... 800
Вес, кгс.............................. 70
Работа установки проверялась в процессе окраски пассажир-
ских цельнометаллических вагонов на Минском вагоноремонтном
заводе МПС им. Мясникова.
206
Окраска производилась пентафталевой эмалью ПФ-115 зеленой
связкостью 22 сек (18—20 °C) по вискозиметру ВЗ-4 и удельным
объемным сопротивлением в пределах 106—108 ом-см.
При работе с чашей диаметром 50 мм подача эмали достигала
63,6 г!мин. Производительность установки при окраске вагона и
удалении чаши на 150 мм от кузова составляла 1,8 м2[мин. Каче1:
ство окраски было удовлетворительным.
При работе с неподвижным распылителем диаметр отпечатка
был равен 900 мм при диаметре внутренней неокрашиваемой зоны
250 мм. Полное насыщение лакокрасочным материалом окраши-
ваемой зоны отпечатка достигалось после 15 сек непрерывной пода-
чи материала.
При окраске деревянной поверхности (не имеющей металли-
ческих частей) полное насыщение лакокрасочным материалом
окрашиваемой зоны отпечатка достигалось через 40 сек.
При окраске деревянных поверхностей, армированных метал-
лическими уголками (с использованием железного сурика, раз-
бавленного олифой «оксоль» до вязкости 20 сек по ВЗ-4) получен
равномерный слой краски как на металлических, так и на дере-
вянных поверхностях; при этом лакокрасочный материал попа-
дал также в зазор между окрашиваемыми поверхностями шири-
ной 20 мм и углубления в уголках.
Равномерное удовлетворительное покрытие было получено при
окраске колесных пар черной масляной краской, разбавленной
олифой «оксоль» до вязкости 19 сек по ВЗ-4.
Для установления возможности окраски внутренних поверх-
ностей вагона проводилась окраска стен и потолка тамбура. При
этом стены окрашивались удовлетворительно без потерь лакокра-
сочного материала. Окрасить потолок не удалось, так как краска
до него не долетала. Для этой цели, по-видимому, нужно пользо-
ваться грибковыми распылителями с подачей лакокрасочного ма-
териала непосредственно на кромку распылителя.
В процессе работы установки УЭРЦ-1 по окраске вагонов са-
нитарно-эпидемиологической станцией Белорусской железной до-
роги проверялись условия труда рабочих.
В пробе воздуха, взятой непосредственно в зоне дыхания ра-
бочего лакокрасочный аэрозоль не был обнаружен; содержание
ароматических углеводородов в пробах воздуха было незначи-
тельным и не превышало концентрации при окраске кистью.
Установка УЭРЦ-1 для ручной окраски в электрическом поле
имеет следующие технико-экономические преимущества по срав-
нению с пневматическими распылителями:
а) резкое снижение потерь и расхода лакокрасочных материа-
лов;
б) повышение качества окраски;
в) улучшение санитарно-гигиенических условий труда рабо-
чих;
207
г) полная безопасность работы;
д) возможность проведения работы без специальных окрасоч-
ных камер;
е) простота обслуживания установки;
ж) отсутствие надобности в мощной вентиляции и фильтрах
для очистки воздуха;
з) возможность в случае необходимости использовать распы-
литель для автоматической окраски изделий.
Годовой экономический эффект при использовании одной уста-
новки УЭРЦ-1 для окраски изделия по сравнению с пневмати-
ческим распылителем составляет 2500—4000 руб. при стоимости
установки 2500 руб.
1
л
ЛАБОРАТОРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ЕМКОСТНОГО
ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРА МАРКИ ГЕЭС 1
В. Е. Другомилов
{Базовая лаборатория лакокрасочных покрытий СНХ БССР)
Емкостный электростатический генератор ГЕЭС-1 роторного
типа предназначен для получения постоянного тока высокого на-
пряжения. Опытный образец генератора, изготовленный Минским
приборостроительным заводом им. В. И. Ленина, испытывался
с ручным и стационарным электрораспылителями.
Принцип работы генератора заключается в том, что на рабо-
чий высоковольтный электрод, имеющий относительно земли по-
стоянную емкость С, переносятся электрические заряды. Напря-
жение U между электродом и землей при переносе зарядов на элект-
род возрастает, так как
Q=CU
где Q—количество зарядов на
На рисунке приведена схе-
ма роторного электростати-
ческого генератора с незави-
симым возбуждением. Ротор 1,
изготовленный из диэлектри-
ка, вращается приводным
двигателем с постоянной угло-
вой скоростью <в. Напряже-
ние зарядки £/зар< подводится
к зарядному электроду 3.
Между зарядным электродом
3 и заземленной щеткой 5
высоковольтном электроде.
К высоковольтному
Схема роторного электростатического
генератора с независимым возбуж-
дением:
/—ротор; 2—статор; 3—зарядный электрод;
/—высоковольтный электрод; 5» б—щетки.
передает их к высоковольтному
образуется поле. За счет сил
этого поля заряды с кор они-
рующей щетки 5 переносятся
на ротор 1, который, вращаясь,
электроду 4, где они снимаются другой коронирующей щет-
кой 6. Электродвигателем при вращении ротора производится
14—1348
209
работа по переносу зарядов против сил поля высоковольтно-
го электрода.
Ротор изготовлен из эпоксидного компаунда (рв = 1014 ом см, г=8).
Статор изготовлен из, стекла щелочного ссстава (рв = 1012 ом-см).
Все детали генератора помещены в цилиндр, заполненный во-
дородом под давлением 16 am. Напряжение возбуждения генера-
тора—до 30 кв.
Техническая характеристика генератора
Номинальное напряжение, кв 90
Ток, мка
номинальный.................. 250
максимальный................... 350
Вес, кгс.......................... 36
Габариты, мм.................. 650x350x260
Испытания проводились с целью определения пригодности ге- 1
нератора для электроокраски (ручной и стационарной).
Испытание электростатического генератора
с ручным электрораспылителем
Испытание генератора проводилось с ручным электрораспы-
лителем конструкции СКБ-3 Министерства автомобильной про-
мышленности. Корпус генератора заземлялся или соединялся с
окрашиваемой деталью. Снимали статические отпечатки факела
распылителя на расстоянии от распылителя до экрана 15 см.
Установлено, что удовлетворительное распыление лакокрасочного
материала (рв=6-107 ом-см) обеспечивается при производитель-
ности до 3,5 г/мин на 1 см коронирующей кромки.
Рабочий ток, протекающий в межэлектродном пространстве,
зависит от производительности распылителя.
Производительность распылителя,
г/мин . . . . •.................... 15 25 35 60
Рабочий ток, мка................... 100 100 70 60
Уменьшение рабочего тока в межэлектродном промежутке •
с увеличением производительности объясняется ослаблением
электрического поля в результате введения в него диэлектрика
(лакокрасочного материала), так как s лакокрасочного материа-
ла больше, чем воздуха.
Экспериментально установлено, что при условии уменьшения
утечки тока можно при средней производительности 2 г!мин на
1 см коронирующей кромки питать от генератора ГЕЭС-1 два руч-
ных распылителя.
Параллельно с испытаниями емкостного электростатического •
генератора для сравнения снимались статические отпечатки факе-
14
210
лов распыления стационарного электрораспылителя ЭР-1 при пи-
тании его от высоковольтно-выпрямительного устройства В-140-5-2.
Отпечатки были получены при следующих условиях проведе-
ния эксперимента:
Напряжение, кв........................ 90
Расстояние до экрана, см.............. 15
Удельное объемное сопротивление
лакокрасочного материала pv,
ом-см......................... 6-107
Диаметр чаши, мм...................... 50
В таблице приводится сравнительная характеристика получен-
ных отпечатков.
ХАРАКТЕРИСТИКА ОТПЕЧАТКОВ ФАКЕЛА, ПОЛУЧЕННЫХ
С РАСПЫЛИТЕЛЕМ ЭР-1 (ЧАША ДИАМЕТРОМ 50 мм)
Диаметр, мм Источник питания током
В-140-5-2 ГЁЭС-1
Рабочей зоны 380 350
Зоны разброса Внутренней неокрашенной 450 380
ЗОНЫ 100 100
Отпечатки факела распыления лакокрасочного материала,
полученные при применении электростатического генератора-
были лучшего качества, чем при применении высоковольтного вы-
прямительного устройства В-140-5-2. Это объясняется тем, что сред-
нее значение напряженности электрического поля, создаваемого
электростатическим генератором, равно его максимальному зна-
чению, а напряженность электрического поля высоковольтного
выпрямителя (по однополупериодной схеме) в 2 раза меньше.
Для установления возможности использования электростати-
ческого генератора при стационарной электроокраске были сняты
электрические характеристики распылителя ЭР-1 с чашей диамет-
ром 100 мм, работавшего в следующих условиях:
Доза лакокрасочного материала, г]мин . 60
Расстояние до экрана, см................ 25
Напряжение, кв.......................... 90
Рабочий ток, мка........................ 50
Установлено, что в реальных условиях (учитывая непроизво-
дительные утечки тока) от генератора ГЕЭС-1 можно питать не
более двух электростатических распылителей.
Высоковольтный электростатический генератор в качестве
источника постоянного тока высокого напряжения при использо-
вании его для электроокраски имеет следующие преимущества
перед высоковольтными выпрямителями:
211
а) компактность и небольшой вес;
б) более высокая напряженность поля при одинаковой ампли-
туде напряжения;
в) безопасность обслуживания, так как ток короткого замыка-
ния невелик;
г) пожарная безопасность (генератор можно легко заключить
в герметически закрытый шкаф; интенсивность искры небольшая);
д) отсутствие необходимости в дополнительном оборудовании
(автоматический разрядник, ограничительное сопротивление);
е) отсутствие остаточного заряда;
ж) простота управления и обслуживания.
Таким образом, электростатический генератор ГЕЭС-1 может
быть использован для ручной электроокраски, а также в неболь-
ших стационарных электроокрасочных. камерах для питания не
более двух распылителей. Для стационарных электроокрасочных
камер электростатические генераторы следует изготовлять из рас-
чета получения тока не менее 1—2 ма.
экономическая эффективность применения
МЕТОДА ЭЛЕКТРООКРАСКИ
3. Б. Ветухновский
(НИИТЛП}
Метод электроокраски широко используется в настоящее вре-
мя в машиностроении для окраски деталей автомобилей, велосипе-
дов, электродвигателей и других изделий. Он применяется и
в других отраслях промышленности: мебельной, резиновой (для
лакировки обуви); разрабатывается также технология электро-
окраски железобетона и арматуры для него.
Несмотря на имеющиеся трудности при использовании этого
метода, за 2 года (1962—1964 гг.) количество электроокрасочных
установок в нашей стране резко увеличилось, например в маши-
ностроении—удвоилось.
Однако по сравнению с США, где работают несколько тысяч
электроокрасочных установок, наша страна еще отстает, осо-
бенно по использованию ручных и передвижных электроокрасоч-
ных установок.
Дальнейшее развитие метода электроокраски определяется
его высокой экономичностью, а также возможностью более полно
удовлетворить потребности в лакокрасочных материалах.
Для более широкого и быстрого внедрения этого прогрессив-
ного метода в промышленность необходимо:
1. Ускорить исследования по установлению возможности на-
несения в электрическом поле лакокрасочных материалов, содер-
жащих коллоксилин и легколетучие растворители. Имеются ос-
нования полагать, что при использовании электростатических или
высокочастотных генераторов или других специальных устройств
взамен/высоковольтно-выпрямительных устройств можно будет
работать с перечисленными материалами и без искропредупрежда-
ющего устройства. Кроме того, появится возможность наносить
в электрическом поле водорастворимые и водоэмульсионные ма-
териалы.
2. Использовать ручные пневмоэлектрические распылители.
Известно, что производительность ручных электрических распы-
213
лителей в 2—3 раза меньше производительности пневматических.
Применение же пневмоэлектрических распылителей даст возмож-
ность достигнуть производительности пневматических распыли-
телей.
3. Рационально решить вопросы проектирования и произ-
водства электроокрасочных установок. В настоящее время проек-
тирование и пуско-наладочные работы по внедрению метода элек-
троокраски осуществляет Всесоюзная производственная контора
«Лакокраспокрытие»; практически отсутствуют предприятия, про-
изводящие весь комплекс оборудования для электроокраски.
Единовременные затраты на электроокрасочные установки
окупаются, как правило, не более чем за один год. Если к 1970 г.
будет внедрено намеченное количество установок для электро-
окраски, затраты на окрасочные работы в 1970 г. только за счет
экономии лакокрасочных материалов настолько снизятся, что
средств окажется вполне достаточно для проведения нужных
исследований, проектирования и выпуска электроокрасочного
оборудования в необходимом количестве.
Однако не следует считать, что метод электроокраски являет-
ся единственным технически и экономически целесообразным.
Существуют другие конкурирующие с ним методы окраски, ни
один из которых не является универсальным, но может быть ис-
пользован в тех или иных конкретных условиях и оказаться наи-
более выгодным.
Подсчитано, что применение новых методов окраски окупается
не более чем за один год, если годовой расход лакокрасочных ма-
териалов составляет:
а) не менее 30 т при окраске автоматическими электрораспы-
лителями;
б) 6—8 т при окраске или подкраске ручными электрораспы-
лителями решетчатых поверхностей;
в) не менее 30 т при окраске методом безвоздушного распы-
ления (взамен пневматического распыления);
г) 25—150 т при окраске методом струйного облива: нижний
предел—при окраске решетчатых изделий (взамен пневматиче-
ского распыления); верхний предел—при окраске крупногабарит-
ных изделий (взамен окунания);
д) 100—-120 т при лакировании методом налива деревянных
щитов для изготовления мебели (взамен лакирования путем рас-
пыления).
В табл. 1 приведены средние величины экономии лакокрасоч-
ных материалов (с исходной вязкостью) при различных методах
окраски в зависимости от заменяемого метода и групп сложности
изделий.
Следует отметить, что при электроокраске получается более
равномерное покрытие, чем при ручном пневматическом распыле-
нии, а при струйном обливе—более равномерное покрытие, чем
2Г4
Таблица 1
ЭКОНОМИЯ (в %) ЛАКОКРАСОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ЗАМЕНЕ ОДНИХ МЕТОДОВ
ОКРАСКИ ДРУГИМИ
Заменяемые методы Группа слож- ности окраши- ваемых изделий Заменяющие методы
электроокраска струйный облив безвоздушное распыление
Пневматическое распыле - ние I 12 16 12
II 22 25 20
III 50 50 —
Окунание I 11 16 —
II 17 21 —
Примечания: 1. При струнном обливе дополнительно расходуются растворители для
корректировки вязкости.
2. При применении струйного облива и безвоздушного распыления взамен пневматического, а
также использовании нитроцеллюлозных и перхлорвиниловых материалов экономия повышается.
3. Данные по струйному обливу и безвоздушному распылению базируются на небольшом
опыте, полученном на стадии внедрения первых установок.
при окунании. Применяя электроокраску и струйный облив, мож-
но уменьшить среднюю толщину покрытия и, следовательно, по-
лучить дополнительную экономию лакокрасочных материалов
за счет сокращения скрытых потерь*.
Применение метода электроокраски взамен пневматического
распыления способствует также сокращению трудовых затрат на
20—50% (в зависимости от массовости и организации производ-
ства), созданию наиболее гигиенических условий труда, получе-
нию покрытий хорошего качества, а также повышению техниче-
ской культуры производства при проведении окрасочных работ.
Передовые заводы страны предусматривают широкое внедре-
ние новой окрасочной техники.
Таблица 2
ПРЕДПОЛАГАЕМОЕ ИЗМЕНЕНИЕ СООТНОШЕНИЯ (в %) ПРИМЕНЯЕМЫХ МЕТОДОВ
ОКРАСКИ ИЗДЕЛИЙ НА ОДНОМ ИЗ ЗАВОДОВ ЗА ПЕРИОД 1964—1970 гг.
Метод окраски 1964 г. 1966 г. 1970 г.
Окунание 34 21,8 7,5
Пневматическое распыление 41 41,2 —
Электроокраска Безвоздушное распылевне в электри- 25 37 24,2
песком поле Автоматическое безвоздушное распы- — — 40,8
леине — — 12,6
Электрофорез (электроосаждение) . . — — 14,9
Итого: 100 100 100
* Лакокрасочные материалы н их применение, № 3 (1964).
215
В табл. 2 приводятся данные (в %) о предполагаемом изменении
соотношения применяемых методов окраски изделий на одном из
крупных машиностроительных заводов.
Из табл. 2 видно, что к 1970 г. на заводе предполагается пол-
ностью ликвидировать окраску методом пневматического распыле-
ния и значительно сократить применение метода окунания (с 34
до 7,5%).
Одновременно должно возрасти использование новых методов
окраски (с 25% в 1964 г. до 92,5% к 1970 г.). Некоторое сокраще-
ние в 1970 г. доли электроокраски по сравнению с другими видами
окраски объясняется использованием этого метода параллельно с ме
тодом безвоздушного распыления.
В результате перераспределения доли окрасочных работ, про-
водимых каждым методом, по отношению к общему количеству
предполагаемых окрасочных работ создается возможность сокра-
тить технологические потери лакокрасочных материалов почти
в 2,5 раза.
Для оценки экономической эффективности метода электро-
окраски лаборатория технико-экономических исследований
НИИТЛП обработала технико-экономические показатели, полу-
ченные на 37 электроокрасочных установках, смонтированных на
предприятиях различных отраслей промышленности, где окраши-
ваются самые разнообразные изделия: крупные и средние детали
и узлы комбайнов, тракторов и сеялок; корпуса стиральных ма-
шин. и электросчетчиков; электродвигатели и огнетушители;
металлические кровати и велосипеды; древесно-волокнистые пли-
ты и деревянные стулья; резиновая обувь и т. д.
Из 37 установок 5 оказались экономически неэффективны,
так как капиталовложения в эти установки окупились в сро-
ки, значительно превышающие нормальные. Средние показа-
тели, полученные при работе остальных электроокрасочных уста-
новок, свидетельствуют о снижении расхода лакокрасочных мате-
риалов на 30% по сравнению с установками пневматического рас-
пыления; примерно такая же экономия была зафиксирована по
заработной плате. Однако в каждом конкретном случае уровень
экономии как по лакокрасочным материалам, так и по заработ-
ной плате в большой степени зависит от типа окрашиваемых изде- ‘
лий, массовости продукции, качества проекта установки, техни-
ческой культуры производства при монтаже и эксплуатации элект-
роокрасочных установок.
Анализ экономических показателей действующих электроокра-
сочных установок показывает следующее.
а) Большинство установок является экономически эффектив-
ными в том случае, если на них перерабатывается не менее
25—30 т лакокрасочных материалов в год для окраски изделий
I и II групп сложности и не менее 10—15 т для окраски изделий
III группы сложности.
216
б) При применении метода электроокраски получаются покры-
тия значительно более равномерные, чем при использовании
пневматического распыления.
в) Потери лакокрасочных материалов при электроокраске не
должны превышать 2—5%, а трудовые затраты должны быть
в среднем в 2 раза ниже, чем при пневматическом распылении.
Эти показатели на большинстве установок не достигаются и
хотя покрытия, полученные методом электроокраски, как пра-
вило, равномернее по толщине, чем при пневматическом распыле-
нии, отклонения все же выходят за пределы нормальных.
Фактические потери лакокрасочных материалов в ряде слу-
чаев колеблются от 10 до 15%, а в отдельных случаях до-
стигают 30%. В связи с частыми наладками и ремонтами устано-
вок трудоемкость работ при электроокраске не снижается по
сравнению с пневматическим распылением.
г) Наблюдаются случаи крайне неравномерной загрузки уста-
новок: в течение первой половины месяца загрузка составляет
2—3 ч в день, для второй половины месяца характерна форсиро-
ванная работа по 2—3 смены.
При такой эксплуатации установок неизбежны резкие наруше-
ния нормального технологического режима.
Недостатки при эксплуатации электроокрасочных установок
в значительной мере можно объяснить тем, что проектирование
окрасочных участков и конструирование нестандартного обору-
дования, а также пуско-наладочные работы часто осуществляются
самими предприятиями или некомпетентными проектными орга-
низациями; отсутствуют специализированные предприятия, обес-
печивающие комплексную поставку всего оборудования, необхо-
димого для электроокрасочных установок. При эксплуатации
установок часто не соблюдаются технологические режимы: рас-
ход лакокрасочного материала на 1 см кромки распылителя вме-
сто 1—2 г составляет 5-—6 г.
Вместо применения растворителей оптимального состава,
обеспечивающих нормальные условия распыления, практически
часто используются другие растворители.
Можно с уверенностью утверждать, что в результате дальней-
шего внедрения метода электроокраски и устранения существую-
щих недостатков будет достигнут большой прогресс в деле усовер-
шенствования технологии нанесения лакокрасочных материалов
на различные виды изделий и получен максимальный экономи-
ческий эффект.
ГИГИЕНА ТРУДА ПРИ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ ОКРАСКЕ
И СУШКЕ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ
И. Ф. Боярчук, Б. И. Гурвиц, М. С. Тюрин,
И. Э. Черневская, Г. П. Чукленкова
(Всесоюзный научно-исследовательский институт
железнодорожной гигиены ВНИИЖ.Г)
Одним из прогрессивных и механизированных способов
окраски и сушки грузовых вагонов является окраска в электри-
ческом поле высокого напряжения и терморадиационная сушка.
В литературе с достаточной полнотой освещены вопросы ги-
гиены труда при окраске и сушке подвижного состава вагонов не-
механизированными способами и совсем не освещены—при окраске
и сушке новыми прогрессивными способами. Данные о гигиени-
ческих характеристиках других производств, где используются
новые способы окраски и сушки промышленных изделий
(автомашин, производственного оборудования, промышлен-
ных деталей и др.), свидетельствуют об улучшении условий тру-
да при работе по новой технологии по сравнению с работой по
старым технологическим схемам. Однако обнаруженные при про-
ведении работ по новому методу заметные изменения в состоянии
здоровья рабочих, носящие профессиональный характер, указы-
вают на то, что нельзя исключить полностью возможность хрони-
ческой интоксикации лакокрасочными материалами и влияние
на организм электрического поля, инфракрасной радиации, а
также других физических факторов в сочетании с химическими.
В связи с этим возникает необходимость изучения условий труда
рабочих, занятых окраской и сушкой вагонов новыми методами,
в трех аспектах: гигиеническом, клиническом и токсикологи-
ческом.
На Дарницком (ДРВЗ), Стрыйском (СРВЗ) и других вагоно-
ремонтных заводах (ВРЗ) впервые введена окраска вагонов в
электрическом поле и терморадиационная сушка в специальных
окрасочно-сушильных агрегатах нескольких типов, предназна-
чаемых для окраски и сушки крытых вагонов, полувагонов и др.
Общая продолжительность цикла окраски и сушки вагонов в аг-
регатах достигает 60—70 мин.
218
Бригада научных сотрудников ВНИИЖГ впервые провела
большую научно-исследовательскую работу по всестороннему
комплексному изучению с точки зрения гигиены труда новых спо-
собов окраски и сушки грузовых вагонов; детально обследованы
окрасочно-сушильные агрегаты; снята санитарная характеристи-
ка работ, проводимых по ходу технологического процесса; изуче-
но влияние микроклимата, аэроионизации, свойств лакокрасочных
аэрозолей, паров растворителей, окиси углерода и др. на состоя-
ние здоровья работающих; определена эффективность вентиляци-
онных систем и очистных сооружений. Кроме того, проведено
клинико-физиологическое обследование рабочих, занятых на
окрасочно-сушильных агрегатах, с анализом заболеваемо-
сти. Всего было проведено 2259 измерений физических факторов,
сделано 1534 химических анализа проб воздуха, выполнено свыше
150 вентиляционных испытаний и т. д. Изучение новых способов
окраски и сушки грузовых вагонов проводилось при разных объ-
емно-планировочных решениях окрасочно-сушильных агрегатов,
различных технологических режимах работы их и в разные вре-
мена года.
Результаты комплексных исследований показали, что условия
труда при механизированной окраске и сушке вагонов значитель-
но улучшились по сравнению с условиями труда при работе ста-
рыми методами. Механизация и автоматизация технологических
операций окраски и сушки вагонов на поточно-конвейерных ли-
ниях в специальных окрасочно-сушильных агрегатах способст-
вовали ликвидации тяжелого и малопроизводительного ручного
труда. Исключены такие вредные и трудоемкие ручные операции,
как приготовление и транспортировка лакокрасочных материа-
лов, нанесение лакокрасочных покрытий и др. При окраске внут-
ренних поверхностей грузовых вагонов внедряются малотоксич-
ные водоэмульсионные краски (ВА, КЧ и др.), что значительно
улучшает условия труда рабочих.
Из применяемых для окраски грузовых вагонов лакокрасоч-
ных материалов (олифа «оксоль», масляные краски, лак № 177
и др.) основное биологическое действие оказывают мало- и сред-
нетоксичные растворители (уайт-спирит и другие растворители).
Если раньше приходилось работать в условиях значительной за-
грязненности воздушной среды вредными веществами, то при ме-
ханизированной окраске и сушке вагонов концентрации лако-
красочного аэрозоля, паров растворителей и других токсических
веществ снижены в десятки раз.
Но наряду с большими гигиеническими и экономическими пре-
имуществами новых способов окраски и сушки подвижного соста-
ва исследованиями установлен также целый ряд технологических
и конструктивных дефектов окрасочно-сушильных агрегатов,
влияющих на эффективность их работы и условия труда. Сущест-
вующие конструкции агрегатов еще полностью не обеспечивают
219
надежную герметизацию последних. Это обусловливается на-
личием значительного числа проемов и других неплотностей, не-
отработанностью режима эксплуатации автоматических ворот
агрегатов и др. Рабочее место дежурного оператора выбрано не-
рационально, так как при таком расположении рассредоточено
управление агрегатом, неэффективна освещенность и т. д. Имеющие-
ся вентиляционные и очистные сооружения недостаточно эффектив-
ны, технологический цикл окраски и сушки вагонов еще полно-
стью не отработан. Так, не решены вопросы механизированной
окраски рамы и ходовых частей, торцов, внутренних поверхностей
вагонов, грунтовки их и т. д. В результате нарушается непрерыв-
ность автоматической линии и технологического процесса окраски
на окрасочно-сушильном агрегате.
Наряду с перечисленными недостатками на работу операторов
оказывает влияние ряд неблагоприятных гигиенических фак-
торов.
Основные показатели микроклимата в окрасочных цехах ока-
зались удовлетворительными не на всех рабочих местах. Значи-
тельные тепловыделения от сушильных камер, достигающие
вследствие неэффективной теплоизоляции 15 калЦсм2-мин),
обусловливали повышенную температуру воздуха и наличие био-
логически активной инфракрасной радиации. Так, перепад тем-
пературы воздуха в летний период по сравнению с наружным
составил 10,5—11,7 °C, значительно превышая санитарные нор-
мы СН 245—63. Поэтому борьба с тепловыделениями при меха»
визированной окраске и сушке приобретает серьезное значение.
Работа окрасочно-сушильных агрегатов (вентиляторов, элект-
родвигателей, краскораспылителей и др.) сопровождается ин-
тенсивным шумом. Общий уровень шума, достигающий 110 дб,
и его высокочастотный спектр (до 5000—8000 гц) превышают са-
нитарные нормы. Это свидетельствует о недостаточно эффектив-
ной борьбе с шумом.
В результате внедрения новых способов окраски и сушки ва-
гонов в производственной среде наблюдается ионизация воздуха.
Источниками ионизации воздуха на вагоноремонтных заводах
являются электрические поля высокого напряжения, в которых
осуществляется окраска грузовых вагонов. Как показали иссле-
дования, процесс электрической окраски вагонов сопровождает-
ся биполярной ионизацией воздуха производственной среды с боль-
шим содержанием отрицательных ионов. Коэффициент униполяр-
ности на одном заводе достигал дя=0,43 и gw=0,34, а на дру-
гом—1,42 и 0,24 соответственно*. Значительная отрицатель-
ная ионизация обусловливалась в одном случае более высоким фо-
* Коэффициентом униполярности называется отношение числа положи-
тельных ионов к числу отрицательных ионов, содержащихся в воздухе.
(и—легкие ионы, N—тяжелые ионы).
220
ном естественной ионизации, а в другом случае наличием других
источников аэроионизации (электросварочные работы и т. д.).
В связи с этим защита рабочих от воздействия электрического
поля высокого напряжения при новых способах окраски подвиж-
ного состава имеет актуальное значение.
Исследования воздушной среды при механизированной окра-
ске и сушке вагонов выявили наличие загрязнений в воздухе ок-
расочных цехов вагоноремонтных заводов (лакокрасочные аэро-
золи, пары растворителей, окись углерода и др.).
Установлено наличие токсических веществ в помещении все-
го цеха, а не только вблизи устройств и механизмов для окраски
и сушки вагонов, оборудования по приготовлению лакокрасочных
материалов, станков для грунтования обшивки и др. Это объяс-
няется отсутствием изоляции окрасочных цехов от других техно-
логических участков вагоносборочных цехов и наличием конвек-
тивных токов воздуха, движущихся от нагретых поверхностей
сушильных камер в горизонтальном и вертикальном направле-
нии по строительным коробкам зданий.
Химическими исследованиями установлена зависимость ин-
тенсивности загрязнений от режима работы окрасочно-сушильных
агрегатов, эффективности действия вентиляции, температуры
воздуха и т. д. (см. рисунок). Интенсивность токсических за-
грязнений возрастает при сушке окрашенных вагонов, при не-
точности соблюдения режима открытия и закрытия автоматичес-
ких ворот агрегата и плохой наладке вентиляционных систем,
когда концентрация вредных веществ значительно повышается
(лакокрасочного аэрозоля в 1,5—2 раза, паров растворителей
в 2—3 раза).
Наименее благоприятные условия для работающих создаются
при ручной окраске распылением рамы и ходовых частей (рабо-
ты, выполняемые в приямках окрасочно-сушильных агрегатов),
а также торцов и внутренних поверхностей вагонов. При этом на-
блюдается значительная загрязненность воздушной среды токси-
ческими веществами и концентрация вредных веществ превышает
предельно допустимую во много раз.
Содержащийся в рабочей зоне окрасочных цехов вагоноремонт-
ных заводов лакокрасочный аэрозоль характеризуется высокой
дисперсностью (71,8—75% частиц имеют размер до 5 мк)', это оп-
ределяет характер биологического действия его на организм.
Следует отметить, что процессы механизированной окраски
и сушки вагонов сопровождаются также интенсивным загрязне-
нием спецодежды и не защищенного кожного покрова рабочих
лакокрасочным аэрозолем и другими токсическими веществами
(416,5—7968 мг/м2). В связи с этим возникает необходимость при-
менения новых материалов для спецодежды с менее выражен-
ными сорбционными свойствами и устройства санпропускников
с камерами для обезвреживания спецодежды рабочих.
221
Учаотки замеров
а
бг'
Концентрация лакокрасочного аэрозоля и ксилола при разных режимах
работы окрасочно-сушильного агрегата на двух обследованных заводах:
а—концентрация лакокрасочного аэрозоля; б—концентрация ксилола:
1—пульт управления; 2—смотровые люки; 3—автоматические ворота; 4—межкамерный проем;
5—приямки.
I режим—агрегат работает при открытых воротах; II режим— функционирует сушильная камера;
III режим—агрегат работает при закрытых воротах.
Горизонтальные линии—предельно-допустимые концентрации веществ. -
Данные физиологических исследований подтвердили наличие
неблагоприятного воздействия паров растворителей, а также
влияние различных факторов на организм.
На основании полученных материалов по изучению усло-
вий труда при механизированной окраске и сушке грузовых ваго-
нов с учетом данных клинико-физиологического обследования ра-
ботающих был разработан комплекс гигиенических мероприятий
по оздоровлению условий труда при использовании новых спосо-
бов окраски и сушки грузовых вагонов для действующих, вновь
строящихся и проектируемых устройств и механизмов.
Ниже приводится перечень оздоровительных мероприятий,
которые необходимо провести при освоении новых окрасочно-су-
шильных агрегатов.
По архитектурно-строительной части промышленных зданий
окрасочных цехов и конструкций окрасочно-сушильных агрега-
тов: пространственная изоляция окрасочных цехов от других тех-
нологических участков; герметизация; теплоизоляция; шумоизо-
ляция окрасочно-сушильных агрегатов; сосредоточение управле-
ния агрегатом на едином пульте управления; внутренняя отделка
помещений цеха и конструкций агрегатов строительным материа-
лом, мало депонирующим красочный аэрозоль и пары раствори-
телей; устройство санитарно-бытовых помещений для рабочих
аналогично санпропускникам с камерами для обезвреживания
спецодежды и др.
По совершенствованию технологического процесса: механиза-
ция и автоматизация электроокраски торцов вагонов, окраски
распылением рамы и ходовых частей, швеллеров, трапов и
внутренних поверхностей вагонов, терморадиационной сушки
торцов в сушильной камере; механизация процесса транспорти-
ровки лакокрасочных материалов из краскозаготовительных
отделений к окрасочно-сушильным агрегатам с подогревом лако-
красочных материалов перед их распылением; применение для
внутренней окраски вагонов малотоксичных водоэмульсионных
лакокрасочных материалов и т. д.
В области вентиляционных систем и очистных сооружений:
устройство вентиляции в окрасочных цехах по принципу аэрации
и общеобменной механической вентиляции, а также аспирации
из технологического оборудования; устройство вытяжной меха-
нической вентиляции в окрасочно-сушильных агрегатах с уда-
лением загрязненного воздуха из верхней и нижней зон камер и
обеспечением разрежения в последних не менее 20—25%; устрой-
ство воздушных завес с шиберами возле автоматических ворот аг-
регатов и завес-отсекателей у смотровых окон последних; очист-
ка воздуха перед выбросом в атмосферу от лакокрасочного аэ-
розоля, паров растворителей и других токсических веществ с по-
мощью электрофильтров, гидрофильтров, сорбционных скруббе-
ров и т. д.
223
В области личной профилактики: применение средств инди- !
видуальной защиты, спецодежды, защитных мазей и паст, прохо- ,
ждение санитарной обработки, периодических медицинских ос-
мотров и др.
Рекомендации, составленные на основании проведенного ком-
плексного гигиенического обследования, одобрены, и в настоя-
щее время их используют на предприятиях МПС, где установлены
окрасочно-сушильные агрегаты; эти рекомендации служат также
обоснованием при проектировании новых окрасочно-сушильных
агрегатов.
ЛИТЕРАТУРА
Андреев Н. В., Лакокрасочные материалы и полимерные специальнь-
покрытия, Гостехиздат, 1963.
Запалкевич И. Ф., Вопросы гигиены труда при малярных работах
их механизации, Гиг. труда и профзаб., 3, стр. 18 (1960).
К а г а и Д. И., Профвредности при пневматической окраске, Малярное
дело, 1 (1931).
Кугушев П. А., Условия труда при окраске изделий в электростати-
ческом поле, Гиг. и санит., 5, стр. 47—49 (1955).
Медведь Р. А. и Сер ед инина Н. В., Санитарно-гигиеническая ха-
рактеристика условий труда при пульверизационной окраске в электро-
статическом поле, Гиг. труда и профзаб., 6 (1960).
М и н х А. А., Ионизация воздуха и ее гигиеническое значение, Изд. Меди-
цина, 1963.
Ретнев В. М., Саиитарио-гигиеническая оценка условий труда при окрас-
ке железнодорожных пассажирских вагонов, Медгиз, 1953.
Чернявский М. И., Ермаков А. Н., Окраска в электростати-
ческом поле и санитарно-гигиенические условия труда. Гиг. труда и
профзаб. 3, стр. 57—59, 1956.
Kryszkiewicz Е., Plachecki J., Malowanie wagonow towaro-
wich u Szwajcarii. Przeglad kolejowy Mechaniezny, № 3 (1958).