噴霧監測|水性底漆在噴塗過程中的液滴大小測量-智能在線噴塗監測係統現場測試報告

霧化研究

塗料的使用對成品的色調、鋁效果顏料的底色、塗料的外觀等性能有決定性的影響。不僅應用方法本身是決定性的。例如在高轉速霧化情況下，轉速、流量、轉向空氣等應用參數的選擇也對霧化效果有決定性的影響。

因此，了解油漆的霧化過程是很有意義的。巴斯夫塗料部門使用由AOM - Systems公司研發的智能在線噴塗監測係統（圖1）開發了一套測量裝置，可以對汽車塗料的霧化過程（甚至是靜電霧化）進行詳細研究。

這樣，就能從油漆霧化過程中獲得的信息來更有效預測的油漆配方開發或設置最優的應用參數。

圖1:來自AOM-Systems的智能在線噴塗監測係統LabLine 450

使用智能在線噴塗監測係統獲得更多關於霧化過程的參數信息

智能在線噴塗監測係統測量技術基於移動液滴在激光照射下的產生的光散射。由此產生的光散射在時間上被分離成單個的散射信號，並被光子接收器記錄下來。散射階數的特征與液滴的大小、速度和不透明度密切相關。

這是智能在線噴塗監測係統技術成為一種直接計數測量方法。與其他測量方法相比，他既測量噴塗中的透明液滴，也能夠對透明液滴進行測量。該係統測量所使用的激光束在液滴內或液滴表麵上產生穿透和反射。

如果把這些結果相互聯係起來，就會對噴塗的表征產生一個重要的測量值，這是很難用其他任何方法做到的。這既是時移測量方法的優勢。噴塗監測係統能夠在真實的應用條件下進行測量。例如可以測量高電壓下ATEX區域內的含溶劑塗料。

簡便的測量設置

為了表征汽車噴漆錐，使用了如圖2所示的測試裝置。

高旋轉鍾罩與測量部分呈45度角，在標準條件下，實際測量激光位於鍾罩邊緣以下25mm。因此，過噴、紊流和逆流都能夠降到最.低。這種測量幾何結構提供了激光透鏡或探測器受到汙染較少的優點。

由於噴塗比較稠密，保證了較高的液滴密度，使得測量結果具有較高的統計確定性。此外，在55毫米的測量截麵上，所有噴塗部分都能夠被捕捉到，因此即使非常寬的噴塗錐也能被檢測。

總而言之，這個測試設置能夠重複測量不同應用參數設定下所有霧化器，旋杯和油漆係統。此外，對於用戶來說，這種測量裝置還有許多優點。

與現有的液滴尺寸測量裝置相比，該測試裝置在短時間內就可以安裝就位，測量程序十分簡便。同樣地，測量係統對不準情況也很少會發生，因此即便更換到其他測試工位也不會產生任何問題。

分析四個水性底漆

在一項研究中，使用噴塗監測係統分析了四種不同的水性底漆（WB）。解決係統中對透明度產生的影響

●M1，WBL無填料

●M2，WBL使用硫酸鋇作為填料

●M3，WBL有填料，並且有碳黑顏料

●M4，WBL有填料，碳黑和鋁效果顏料

進行分析。為此，預先使用405和450 nm (噴塗監測係統激光器的波長)對10μm抗蝕劑薄膜厚度進行傳輸測量。（圖3）。

圖3:抗蝕劑M1 - M4在10μm薄膜厚度時的透射測量。NT (%) = 噴塗監測係統測量中不透明滴劑的比例。

正如預期的那樣，M1的透明度最.高，而M2和M3按照這個順序吸收的能量更多。最.後，除M4鋁係統外，幹燥膜中的透射率與霧化過程中不透明液滴的比例有很好的相關性。這可以解釋為幹燥膜中的鋁顏料，它們沒有完全平麵排列，導致比在噴塗錐的液滴中傳輸更高。通過高旋轉霧化，使用噴塗監測係統在三種不同速度(23k、43k和63k rpm)下對四種塗層進行分析。如圖4所示，可以清楚地區分不同的油漆。大於35μm (中值)的透明大液滴在M1霧化中產生，而M2中的填充劑將液滴尺寸減小到27 ~ 31μm。在含有顏料塗層的M3(炭黑)和M4(鋁效果顏料)中發現了更小的透明液滴，大小約為15 - 17μm。如預期的那樣，在較高的速度下可以得到更小的液滴，這在非透明測量模式下尤為明顯。在這裏，M3和M4係統的進一步區分成功了，在M4鋁係統中，較大的非透明液滴在所有速度下都能夠被測量到。一般來說，較大液滴能夠產生最.大的速度，正如圖中的線性趨勢線所說明的那樣。

鍾形鋸齒決定空間解決的水滴大小

進一步的研究表明，旋杯邊緣對空間分辨的液滴大小有顯著的影響。為此，選擇一個WBL霧化速度為43000 rpm，出流率為300 mL/min，轉向空氣為400 NL/min，有兩種不同形狀的旋杯：a）無鋸齒鍾形和b）線鋸齒旋杯。

首先看一下平均值，沒有鋸齒的旋杯（D中位數= 18.2μm)和有鋸齒的旋杯(D中位數= 18.9μm)之間沒有顯著差異。然而，噴塗錐彼此之間差異很大，如圖5所示，基於0 - 30mm的空間分辨下降速度。

對於兩種旋杯產生的液滴來說，液滴的速度從噴塗錐的內部(0毫米)向中.心下降，而噴塗錐外部區域(18 - 25毫米)的線鋸齒導致透明液滴和非透明液滴明顯具有高速。這種特征對於沒有鋸齒的旋杯來說不明顯。

結論：

結果表明，噴塗監測係統是一種易於使用的測量係統，特別適用於在汽車塗料的應用過程中測量和表征噴錐。這些特性能夠獲得非常詳細的霧化參數信息，並提供關於空間分辨的液滴大小、速度和液滴類型(透明vs.非透明)的信息。

指導用戶可以較快地獲得可重複的結果。因此，在標準的測量條件下(一個霧化器，一個特定的測量位置)，噴塗監測係統提供了非常有用的方法來區分不同的油漆係統，並進一步更精確地了解霧化過程。有了表麵特性的知識，應用參數就可以進一步優化。

在巴斯夫塗料部門的技術管理中，例如新塗料和塗料工藝的開發和測試，噴塗監測係統作為測量的關鍵技術，能夠更有針對性地闡明複雜的因果機製。

Author:

Steffen Rohlmann, Georg Wigger, Christian Bornemann

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

如果您對AOM Systems噴塗監測係統感興趣，歡迎致電翁開爾公司13202947058谘詢。