CN104812498A - 用于静电喷涂的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
用于静电粉末涂覆的设备和方法，包括持续获得由去除了不希望物质的空气组成的工作流体，在0.5bar到10bar下在包含大量粉末(3)的容器(2)中供应所述工作流体，从所述容器(2)中提取由工作流体和粉末组成的第一流，用压力在0.5bar到10bar的工作流体雾化所述工作流体和粉末流，供应压力在0.5bar到10bar的工作流体以产生由工作流体和经雾化的粉末组成的第二传输流，在压力下静电电荷化所述工作流体和经雾化的粉末组成的第二流，并且向基材(1)上输送温度在-15℃到+45℃的所述第二静电电荷化的工作流体和经雾化的粉末形成的流。
Description
技术领域
本发明涉及用于静电粉末涂覆的系统的方法和设备，其开发由去除了不需要物质的空气组成的运载流体的使用，以及所述运载流体的离子化和加热条件。
更详细地，本发明涉及用于涂覆的方法和设备，其使用涂料运载流体，该流体是在涂覆过程中从压缩空气持续得到的富含氮/氧/氩的混合物。
背景技术
已知的是，粉末涂覆系统技术目前的状态设想为电晕效应静电喷雾系统，其中，位于喷枪的末端部分的是一个或者多个针，该针向待吸附到待涂覆产品上的粉末释放电荷，或者具有称为“摩擦”的系统，使用该系统，通过在专门提供的管内摩擦使粉末带电。
在其他情况中，操作涂覆步骤设想为粉末夹带，流化床移动，粉末雾化/喷雾，和将带静电粉末输送到待涂覆的基材上。
同样已知的是，分散粉末的蠕动回收通常利用由普通压缩机产生的压缩空气获得。
以下事实代表了已知缺点之一，该事实是使用的压缩空气夹带一些元素，其对完美的分布渗透，以及粉末在待涂覆基材上的流动有害，例如，湿气，由于空气压缩产生的烃颗粒，和在大气中悬浮的颗粒。
尽管涂覆操作在专门设计的喷雾室或者受保护的环境中进行，待涂覆的基材受到环境中相对湿度的影响。在基材和涂覆薄膜之间产生微气泡就可强烈地感受到此问题，并且随着时间推移在薄膜自身内可能产生裂纹，结果导致质量问题和薄膜分离。
与此相关，事实上必须被回想到的是，根据美国国际标准大气参考表格，环境空气由以下组成：
这些前提之后是传统粉末涂覆的典型问题，在传统粉末涂覆中，使用未经任何处理的空气作为粉末流化床管理、夹带、喷雾、和蠕动回收步骤的运载流体。
由湿气带来的污染，来自烃残留物的气泡污染，类似地，油性有机物质，进一步产生结果是，聚集体形成和粉末聚集，及其在分配管道中的夹带困难，以及粉末的完美散开和喷雾的非均匀性，以及结果是在厚度上缺少均匀性随之产生涂覆流动的困难。
此外，典型的静电粉末涂覆或者流体涂覆在待涂覆产品的角落或者穿孔端部形成法拉第效应，其不允许均匀性或者完美分布，渗透，以及粉末流动，在某些情况下，导致涂覆产品的缺失，例如举例来说，典型的电机或者加热体的角落里或者翅片中，例如一般的钢结构工件和家用电器的散热器或组件。
同样已知的是，在现有可获得的系统中，使非常细小的粉末静电电荷化以得到高质量完成件是困难的。事实上难以得到待电荷化的细粒粉末和纳米粉末，并且在冲击产品之前保持电荷以在各种性质的产品或表面上在静电电荷的影响下均匀分布和完美雾化。
同样已知的问题是，在使用传统压缩空气作为运载体的用于细粒粉末或者纳米粉末涂覆的系统中，压缩空气夹带污染元素(其中，烃颗粒，水颗粒，和各种性质的污染灰尘)，难以使粉末在表面完美分配，、渗透、和流动。
尽管存在所有的前述缺点，在任何情况下，已知系统使用仅仅经压缩的空气作为粉末的运载流体，虽然其夹带湿气颗粒、石油蒸汽颗粒和在大气中存在的不稳定颗粒，从而引起上述问题。
发明目的
本发明的第一目的是提出一种用于静电粉末涂覆的设备和方法，其没有已知系统的前述缺点。
发明内容
通过根据一个或者多个所附的权利要求的用于静电粉末涂覆的方法和设备实现上述目的和其他目的，其设想为，在涂覆操作期间，从经改变的压缩空气中持续获得氮/氧/氩混合物作为运载流体，并且随后该混合物用于流化床的移动、粉末夹带、喷雾、蠕动回收、从流化床开始的对粉末用正离子或负离子静电预电荷化。
更详细地，空气是“经改变的”意思是，从上述环境空气的自然组合物开始，为了实现本发明，从后者中几乎完全去除了氧，并且完全没有存在于自然组合物中的其他不需要物质，从而获得下文所述的仅由优选百分比的氮/氧/氩组成的混合物，其同样有利于下文描述的运载流体的离子化和热调节的协同效果。
作为优选的，但不是不可缺少的实现本发明的解决方法，通过中空纤维渗透分离薄膜方式获得或者由使用压力回转吸收(PSA)系统的碳分子筛(CMS)的方式获得所述混合物。
本发明的第一优点在于事实，使用由此变为富含氮/氧/氩的空气作为运载体显著增加了推力的速度并且产生更少的湍流和更快的流，其更少受到空气介质例如湿气影响，并且因此使得产品表面上有更好和更均匀的分布。
第二优点通过以下事实展现，从变为氮/氧/氩的空气得到的混合物基本上是无水的，并且因此没有作为涂覆产品的小泡污染来源的湿气和烃颗粒。
其他优点通过以下事实展现，使用氮/氧/氩混合物并且预电荷化，将流化床和喷雾枪同时保持在合适的温度下，可以使两个或者多个出口多样化，以保持在不同的出口温度下，该温度可根据产品涂覆的不同区域优化并且减少了任何环境下的涂覆次数。这在事实上使得移动用于供应粉末的枪的往复装置具有更高的速度，以在更短时间内获得更高的均匀性和更大的厚度，并且实现了节约涂覆粉末和更高的生产率的主要优点，特别在自动化系统中。
其他优点通过以下事实展现，因为氮/氧/氩的混合物具有更高的速度，产生了粉末在产品上更好粘着的效果，因此达到更好的粉末粘着/渗透和流动，这些使得喷雾扇具有完美的雾化而在扇的端部没有粉末分散，由于可能使用与使用常规压缩空气相比，装配在枪上的更小喷嘴，从而限制了回弹影响。
尤其在自动化系统的情况下感受到以上优点，因为其减少了喷雾枪移动的负面影响。
另外的优点通过以下事实展现，考虑到所述混合物本身是无水的，使用变为氮/氧/氩的空气保证了流化床的移动的完美均匀性，以及因此在分配管道中枪所能达到的最佳粉末夹带。
本发明的另一个优点是可能使用在前涂覆循环中经预处理的浪费的剩余粉末。
现在，事实上，15％到30％的比例范围内的剩余粉末不能再使用，并且从经济和环境的观点上出发，剩余粉末的回收产生相当大的节约。
根据本发明的另一个优点，将用于移动流化床和夹带粉末，以及用于雾化/喷雾的从压缩空气得到的氮/氧/氩混合物在流化床上游用正离子或负离子预电荷化，否则成为静电中性(也就是，在专门提供的去电离腔中，由消除正电荷和负电荷产生的等离子体状态)以通过作用于作为运载体的混合物中存在的氩和残留氧的颗粒上在粉末从枪排出之前预电荷化该粉末，以消除法拉第笼效应。
更优选地，使用氮/氧/氩的无水混合物移动粉末并用已存在于流化床的正离子或负离子施加预电荷的事实导致更好的雾化和具有更均匀厚度的分配，这归功于在预电荷和在雾化阶段由枪施加的最终电荷之间的协同效果。
本发明的另一个优点是以上涉及的关于使用常规压缩空气作为运载体的用于细粉末和纳米粉末涂覆的系统的问题的消除。
根据本发明的另一个优选使用，运载流体可通过使用专门提供的装置加热和冷却来进行热调节，例如，使用由装配有蒸发器和缓流分离器(例如，除雾器)的空气-空气热交换器组成的超致密板热交换器，具有在全年将流体的温度保持在大约15℃到45℃之间，优选地5℃到20℃的功能，以在任何环境条件下得到粉末的完美雾化/喷雾。特别地，更高的温度，接近45-50℃或者更高，有利于在烤箱内的粉末涂覆产品的干燥步骤。
附图说明
通过接下来的详细描述和附图，本领域技术人员会更好地理解以上的优点和其他优点，附图仅仅是以非限制性示例的方式提供，其中：
图1是本发明的设备的第一实施例的示意图，使用电晕效应的方式电离；
图2是本发明的设备的第一实施例的示意图，使用摩擦系统电离；
图3是从涂料喷雾室蠕动回收粉末的设备的示意说明；以及
图4是使用中空纤维薄膜进行的从空气分离气体的步骤的示意说明。
具体实施方式
参考附图，现在详细描述本发明的设备和方法。
在所举实施方式的示例中，提供流化流体的来源3，其分发进入含大量涂覆粉末4的容器2中。
流体具有将粉末保持在分散和非聚合形式的功能，该粉末将被喷涂在待涂覆的基材1上。
容器2下游与雾化器装置18连接，该装置依次与雾化/汽化流体来源13，带压力的运载流体的来源5连接，该来源5通过合适的管道6运送运载流体和经雾化的粉末形成的流到枪17的喷嘴7，其能够输送涂覆扇16。
此外，喷嘴7的上游提供装置8，在他们中已知的是，用于静电电荷化运载流体和粉末流。
在不同的实施例中，装置8可由电极8，其具备设置在接近喷嘴7处的高电压12(图1)或者与管壁接触的运载流体和粉末流贯穿的摩擦管(图2)组成。
根据本发明，流体的来源3、5和/或流体13是氮/氧/氩的混合物的来源，该混合物由范围在80-98体积％范围内的氮，1-90体积％范围内的氧，1-2体积％范围内的氩组成，特别地，氮在90-96体积％的范围内，氧在4-10体积％的范围内，氩在1-2体积％的范围内。
多亏本发明，已经发现(表1)，压力为1bar(如常规体系)的压缩空气的速度是7.24m/s，具有43.41％的湍流，而使用含0.9％氩的氮和氧混合物，速度从7.24m/s增加到13.17m/s，湍流减少到35.79％。
有利地，涂覆粉末如果被更少湍流和更快的运载流体推动，就更少受到大气介质，例如湿气的影响，并且因此在基材1的表面上得到更好和更均匀的粉末分布。
表1
压缩空气
| 通道1 | 通道2 | 通道 | |
| 平均速度(m/秒) | 7.2452 | 0.0000 | 0.0000 |
| 速度RMS(m/秒) | 3.1451 | 0.0000 | 0.0000 |
| 湍流强度(％) | 43.41 | 0.00 | 0.00 |
| 平均频率(MHZ) | 5.1257 | 0.0000 | 0.0000 |
| 频率RMS(MHZ) | 0.4886 | 0.0000 | 0.0000 |
| 频率T1(％) | 9.53 | 0.00 | 0.00 |
| 平均选通时间(微秒) | 10.71 | 0.00 | 0.00 |
| 选通时间RMS(微秒) | 10.64 | 0.00 | 0.00 |
| 数据率(HZ) | 9033 | 0 | 0 |
| 有效数 | 5000 | 0 | 0 |
| 非有效数 | 0 | 0 | 0 |
| 耗时(秒) | 0.8304 |
氮
| 通道1 | 通道2 | 通道 | |
| 平均速度(m/秒) | 13.1753 | 0.0000 | 0.0000 |
| 速度RMS(m/秒) | 4.7149 | 0.0000 | 0.0000 |
| 湍流强度(％) | 35.79 | 0.00 | 0.00 |
| 平均频率(MHZ) | 6.0470 | 0.0000 | 0.0000 |
| 频率RMS(MHZ) | 0.7325 | 0.0000 | 0.0000 |
| 频率T1(％) | 12.11 | 0.00 | 0.00 |
| 平均选通时间(微秒) | 6.08 | 0.00 | 0.00 |
| 选通时间RMS(微秒) | 4.58 | 0.00 | 0.00 |
| 数据率(HZ) | 5530 | 0 | 0 |
| 有效数 | 5000 | 0 | 0 |
| 非有效数 | 0 | 0 | 0 |
| 耗时(秒) | 1.3566 |
根据本发明的另一个有利方面，流化流体的来源3是上述混合物的来源，由于氮的无水特性，使得在容器中得到更好的粉末流化，防止湿气的存在和凝聚的形成。
根据本发明的其他特性，设备还包含设置在所述容器2的上游，用于静电电荷化所述流化流体流的装置11，该流化流体流优选在其进入容器之前，由上述混合物组成。
有利地，该解决方案使得用简单方法增加了粉末的正离子或负离子的预电荷化，并且不需要使用整合于流化床中的电离系统。
除了改善流化床的条件之外，预电荷化在从喷雾喷嘴进入其出口之前，有利地增加了混合物和粉末流的静电电荷，并且因此在难以到达的涂覆点，例如金属体的角落或者凹陷中，消除或显著限制了法拉第笼效应。
根据本发明的其他特性，可以设想的是，使用一个或更多优选设置在容器2和/或枪17的上游的加热容器10、19，以使所述混合物以及混合物和经雾化的粉末形成的流保持在一个期望的温度下，例如在-15℃到45℃之间的温度，优选为5-20℃之间。
此外，根据本发明，其提供调节和控制喷雾枪上游流体和经雾化的粉末形成的流的温度的可能性，从而根据环境条件和待涂覆的基底优化温度。优选地，温度的控制通过加热装置得到，例如，具有由流体贯穿的电阻的贮存器，可能通过装配有加热流体装置的输送管60连接到枪，该装置例如是设置于管道内用于更好的热交换和接触时间的螺旋状的电阻。
优选地，工作混合物是气体混合物，该气体混合物获自经改变的氮/氧/氩的空气，该经改变的空气在-15℃到45℃的恒定温度下，优选为5℃-20℃，由中空纤维薄膜(如图4所示)或者由称为PSA(压力摆动吸收)的活性炭系统产生。
参考由附图所示的优选实施方式，根据本发明设备的操作设想提供由上述容器2内混合物组成的工作流体，在容器2中已引入大量涂覆粉末3。被静电预电荷化的混合物的引入，决定了由粉末和混合物组成的流化床的形成。
管14插入容器2中，在该管的另外一端部与雾化器18连通。通过管引出的是重新进入雾化器的由工作流体和粉末组成的流，混合物从来源5进入雾化器并且通过管道6向着枪17流去。
从容器中，还提供一个用于混合物和剩余粉末的排出口15。
在图1的情况中，来源13同样分发进入雾化器18，其运载混合物的压力流，设计为保证将粉末合适地夹带到枪。
同样在图1的情况中，靠近喷雾喷嘴7的是电极8，其由高电压发生器供给以静电电荷化混合物和粉末形成的流出流。
同时，待涂覆的基材1保持在中性电压下(接地的)，如此混合物和经雾化的粉末形成的流撞击基材并形成涂覆层。
优选地，进入容器的混合物和/或到达枪17的混合物和粉末流经热调节以保持在-15℃到45℃范围内的温度下，而不考虑外界温度条件和年周期。
图2所示的是设备，其具有和刚刚描述的设备类似的操作，但是在该图中，运载混合物流通过摩擦管20上游的来源13输送，用其已知的形式，其中，运载混合物以及混合物和经雾化的粉末形成的流都以下述方式融合：在通过喷嘴7送到基材1之前，通过接触带正电荷。
本发明因此实现以下重要的优点。
A.由于上述由变为氮/氧/氩中的空气得到的混合物是无水的，因此其不具有导致涂覆产品小泡污染的来源的湿气和烃颗粒，该混合物具有13.17m/s的速度。
B.由于运载流体是通过特意设计的加热和/或冷却装置来热调节，其达到获得粉末的完美的雾化/喷雾的目的，和保证全年的恒定温度，例如，通过冷凝器装置，能够保持流化床温度在-15℃到45℃之间。
C.从压缩空气得到的氮/氧/氩的混合物用于在容器中移动流化床和/或粉末的夹带，以及雾化/喷雾，其用正离子或负离子预电荷化以在粉末从喷雾枪的喷嘴离开之前在粉末上施加预电荷。通过作用于运载混合物中存在的氩和残留氧颗粒，静电预电荷化消除了上述的法拉第笼效应；
D.氮/氧/氩的混合物比通常使用的压缩空气快，并且对粉末产生影响，因此更好的附着到产品上，产生更好的附着和粉末流，作为枪移动的结果，给喷雾扇施加完美雾化而在扇端部没有任何的粉末散射，例如发生在自动化系统中。
E.考虑到混合物是无水的，使用变为氮/氧/氩的空气保证了在流化床中完美的雾化均匀性，并且在管道中保证其同样完美的夹带以用于分配到枪中。
F.氮/氧/氩喷射消除了产品中存在的相对湿度，其阻止粉末的完美附着和小气泡的产生。
G.氮/氧/氩混合物的使用消除了关于在流化床中产生和粉末块和聚集的任何问题，考虑到后者是无水的，例如，没有湿气。
有利地，根据本发明，其可进一步设想为工作混合物流通过管道被分配使用，管道使用含玻璃纤维填充剂的传导性聚四氟乙烯(PTEE)涂覆，例如，商标标记的材料，在所述解决方案的范围内，在管道内输送的离子不会分散。
Teflon最终消除了运载混合物的离子沿着管道内的路径分散的问题。
图3图示详细描述的是，用于在涂料喷雾室25内涂覆基材1的设备，其中，由枪17发射的粉末4被设置在涂覆平面的格栅30的下方的漏斗26收集，并且通过第一管道输送到收集容器28，以及通过第二管道29输送到根据本发明的流化床容器2。
有利地，多亏本发明，通过漏斗收集的粉末4通过静电电荷化的氮/氧/氩混合物输送，其减少了团块的形成，并且提高了粉末回收的效率。
根据优选实施例详细描述了本发明，但是可设计等同的变体而不脱离本发明保护的范围。
Claims (12)
1.用于静电涂覆基材(1)的方法，包括以下步骤：
在包含大量涂覆粉末(3)的容器(2)中提供0.5bar到10bar的工作流体；
从所述容器(2)中提取由工作流体和粉末组成的第一流；
通过压力在0.5bar到10bar的工作流体的喷射，雾化所述工作流体和粉末流；
提供压力在0.5bar到10bar的工作流体，以产生由工作流体和经雾化的粉末组成的第二运输流；
在压力下静电电荷化所述工作流体和经雾化的粉末的第二流；以及
向基材(1)上输送所述工作流体和经雾化的经静电电荷化粉末的第二流，
所述方法特征在于：
所述工作流体是由80-98％范围内的氮，1-90％范围内的氧，1-2％范围内的氩组成的混合物；
在涂覆期间通过从环境中抽取空气并且从中去除所述组成之外的残留物质从而持续获得所述混合物；以及
在进入所述容器的之前，所述工作混合物根据期望的最终静电电荷用正离子和/或负离子静电预电荷化。
2.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，待引入所述容器(2)中的所述混合物流以可调节的方式经热调节以将温度保持在-15℃到+45℃的范围内，优选在5℃到20℃的范围内。
4.如前述权利要求中任一项所述的方法，包括在被输送到所述基材上之前调节混合物和粉末流的温度的步骤。
5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述混合物是气体混合物，是由中空纤维薄膜或者PSA系统产生的变为氮/氧/氩的空气获得的。
6.如前述权利要求中任一项所述的方法，包括从喷雾室(25)到所述容器(2)的粉末蠕动回收步骤。
7.用于静电涂覆基材(1)的设备，包括：
包含由工作流体的来源(3)提供的涂覆粉末(4)的容器(2)；
与所述容器连通并与带压力的至少一个工作流体来源(5)连通的雾化器(18)；
带压力的工作流体来源(13)，用于沿着管道(6)输送工作流体和经雾化的粉末形成的流到具备至少一个喷嘴(7)的至少一个喷雾装置(17)；以及
用于静电电荷化所述工作流体和粉末形成的流的装置(8)，其设置在所述容器(2)和所述喷嘴(7)之间，
所述设备的特征在于，所述工作流体的来源(3，5，13)是经改变的空气来源，所述空气包含80-99.9％范围内的氮，1-90％范围内的氧，以及0.9-2％范围内的氩，并且包含在所述容器(2)之前，根据期望的最终电荷，无论是正的，负的，或者中性的，或者处于等离子体状态，用正离子和/或负离子使所述工作混合物流静电电荷化的装置(11)。
8.如权利要求7所述的设备，其中，所述工作混合物的所述来源(3，5，13)包括中空纤维薄膜装置以用于从压缩空气开始分离变为氮/氧/氩的空气。
9.如权利要求7或8所述的设备，其中，所述工作混合物的所述来源(3，5，13)包含分子筛装置以用于从压缩空气开始分离变为氮/氧/氩的空气。
10.如权利要求7-9中任一项所述的设备，包含具备冷凝器和/或加热装置的热调节装置(19)，其设置在所述喷嘴(7)的上游以使所述混合物和经雾化的粉末形成的流保持在-15℃到+45℃的温度范围内，并且根据环境条件和待涂覆的基材优化温度。
11.如权利要求7-10中任一项所述的设备，包含具备设置在所述容器(2)上游的冷凝器的热调节装置(10)以使所述工作混合物流保持在-15℃到+45℃的温度范围内，优选在5℃到20℃的范围内。
12.如权利要求7-11中任一项所述的设备，其中，所述工作混合物通过含玻璃纤维填充剂的传导性聚四氟乙烯涂覆的管道分配以消除离子沿着管道内路径的分散。
13.如权利要求7-12中任一项所述的设备，包含用于粉末(4)的蠕动回收的装置。
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