Основные закономерности процесса нанесения
лакокрасочных материалов методом пневмораспыления
Никифорова В. А. (БрГТУ, г.Братск, РФ)
The fundamental principles of lacquer-paint coating process by pneumospraying.
Процесс нанесения лакокрасочных материалов методом пневматического распыления представляет собой формирование жидкого адгезионного слоя на поверхности подложки при контактировании ее с аэродинамической струей. После нанесения жидкого адгезированного слоя происходит триединый процесс: смачивание поверхности подложки, растекание лакокрасочного материала и отверждение.
Целью данной работы является изучение физической сущности данного метода, т.е. образование аэрозоля при нанесении путем дробления ЛКМ струей сжатого газа (обычно воздуха).
В результате исследований было установлено, что при распылении сжатый воздух вытекает с большой скоростью, в то время, как скорость истечения струи ЛКМ ничтожна мала. При высокой относительной скорости возникает трение между струями воздуха и распыляемого материала, вследствие чего струя ЛКМ, как бы закрепленная с одной стороны, вытягивается в тонкие отдельные струи. При этом на поверхности струй возникают колебания, которые из-за существования множества возмущений накладываются друг на друга с быстро возрастающей по времени амплитудой и приводят к распаду струй в местах утонения и образованию множества полидисперсных капель (аэрозоли).
Поэтому в дальнейшем изучались процессы взаимодействия газожидкостного потока и окружающей воздушной среды, а именно, распада как смеси, так и отдельных первичных капель неоднородного ЛКМ, включающего в себя пленкообразователь, пигмент, летучую часть и др.
Решение задач по установлению закономерности процесса нанесения ЛКМ методом пневматического распыления осложняется отсутствием надежных количественных данных (например, размера распыляемых частиц ЛКМ), характеризующих процесс формирования покрытий, что сдерживает реализацию одного из важнейших преимуществ методов – возможность направленного регулирования не только защитно-декоративными свойствами и качеством конечного продукта, но и процессом формирования в целом.
При рассмотрении особенностей формирования покрытий на древесине методом пневмораспыления был сделан вывод, что декоративно-защитные свойства и качества покрытия определяются не только взаимодействием и физико-химическими свойствами контактных сред (подложка – ЛКМ). Конечные свойства покрытий в значительной мере зависят от режимных параметров (давление, расстояние), определяющих распыление ЛКМ с последующим растеканием и адгезионным распылением его на поверхности.
Таким образом, при последующем изучении закономерностей формирования покрытия рассматривались такие направления как:
· Выявление закономерностей формирования жидкого слоя на подложке;
· Рассмотрение распространения струи жидкого ЛКМ в потоке газа;
· Распределение жидкого ЛКМ по поверхности древесной подложки при распаде струи;
· Ударное взаимодействие капель и твердых частиц с жидкими пленками;
· Дробление и коалесценция капель при формировании покрытия.
Из всего сказанного следует, что:
1. Распад струи жидкости в потоке газа характеризуется возникновением и развитием волн на ее поверхности. Неустойчивость струи по отношению к возникающим волнам приводит к распаду ее на отдельные куски в виде неустойчивых частичек жидкости.
2. Образование отдельных кусков, их величина и форма зависят от параметров, впрыскиваемой струи, гидродинамического воздействия потока газа на поверхность струи и физические свойства жидкости и газа.
3. Частицы капель и жидкости в своем движении получают малые возмущения с широким спектром частот, которые возникают вследствие различного рода нарушения течения, растекаясь при этом по поверхности и формируя слой покрытия.
4. Ударное взаимодействие капель и твердых частиц с жидкими подложками приводит к распаду всплеска «султана» на капли с образованием и распадом пузыря.
5. Дробление капли зависит от относительной скорости воздуха и критерия Вебера.
6. Наряду с распыливанием жидкости имеет место обратный процесс коагуляции отдельных частиц жидкости.
7. Для исследования возможности формирования декоративно- защитного покрытия на древесной подложке необходимо провести анализ процесса получения покрытия при варьировании давления сжатого воздуха на количество наносимого лакокрасочного материала и расстояния от сопла краскораспылителя до подложки для получения тонкослойных жидких пленок.