Electrostatic Powder Coating/id

Data lokasi

Peta	Sedang memuat peta... +− Leaflet | © Kontributor OpenStreetMap
Lokasi	Kingston , Kanada
Koordinat	44° 13' 50.47" LU, 76° 28' 52.76" BAR

Pelapisan bubuk elektrostatik dimulai pada awal tahun 1960-an dengan pelapisan pipa untuk meningkatkan daya tahan dan untuk mengisolasi komponen listrik. Pada tahun 1960-an, pelapisan elektrostatik telah digunakan di banyak industri untuk tujuan finishing dengan cat yang mengandung pelarut. ^{[ 1 ]} Dengan diperkenalkannya pelapis bubuk, tidak ada lagi kebutuhan akan pelarut, oleh karena itu tidak ada senyawa organik volatil yang menguap ke atmosfer, atau risiko kesehatan akibat menghirupnya. Keuntungan lingkungan dan ekonomi lainnya dari pelapis bubuk adalah bahwa sisa semprotan dapat dikumpulkan dan didaur ulang kembali ke dalam proses pelapisan. Karena alasan ini, efisiensi material pelapis bubuk dapat mendekati 100%. Industri pelapis bubuk telah mengalami pertumbuhan pesat dalam beberapa dekade terakhir karena peningkatan produktivitas dan efisiensi dari peralihan dari cat pelarut konvensional. Dibandingkan dengan pelapis cair tradisional, pelapis bubuk lebih tahan lama, tahan benturan, tahan korosi, dan tahan terhadap bahan kimia. Pelapis bubuk lebih tahan pudar daripada pelapis cair dan dapat disesuaikan untuk berbagai aplikasi dengan mengubah warna, kilap, ketebalan lapisan, dan tekstur. ^{[ 2 ]} Ada empat langkah utama dalam proses pelapisan bubuk: pengisian muatan, pengangkutan, adhesi/deposisi, dan akhirnya pengeringan. ^{[ 1 ]} Prinsip dasar di balik pelapisan bubuk adalah partikel bermuatan, biasanya polimer, dipercepat menuju benda kerja yang diarde dan melekat pada benda kerja melalui daya tarik elektrostatik . Benda kerja yang dilapisi kemudian dikeringkan pada suhu tinggi yang mengubah lapisan bubuk menjadi film polimer yang halus dan seragam.

Terdapat dua metode pengisian serbuk yang umum digunakan, yaitu pengisian korona dan pengisian triboelektrik. Metode pengisian yang digunakan mengubah karakteristik transportasi serbuk, serta pengendapan serbuk pada benda kerja.

Pengisian korona pada bubuk dilakukan dengan pistol semprot listrik. Bubuk dimasukkan ke pistol semprot dari wadah penyimpanan menggunakan udara bertekanan. Di ujung pistol semprot terdapat elektroda korona runcing yang dialiri tegangan sangat tinggi. Tegangan tinggi ini menciptakan medan listrik antara korona dan benda kerja yang diarde. Ketika medan listrik di dekat elektroda adalah 30 kV/cm atau lebih tinggi, udara di area ini akan mulai mengalami kerusakan dan membentuk pelepasan ion bebas secara terus menerus . ^{[ 3 ]} Saat aliran partikel bubuk melewati ion bebas, ion tersebut menempel pada beberapa partikel dan memberi muatan negatif. Partikel bermuatan mengikuti garis medan listrik yang dibuat oleh elektroda menuju benda kerja. Ion bebas yang tidak menempel pada partikel juga mengikuti garis medan listrik ke benda kerja. Beberapa partikel tidak bermuatan dan diarahkan ke benda kerja oleh gaya pneumatik. Persamaan 1 adalah besarnya muatan pada partikel akibat pengisian korona. Di mana Q = muatan, A = konstanta komposisi partikel, r = jari-jari partikel, E = kuat medan listrik, t = waktu, tau = konstanta waktu. ^{[ 4 ]}

Ion bebas berlebih yang dihasilkan oleh elektroda korona memiliki pengaruh pada partikel yang diendapkan. Ketika menggunakan pistol korona, ketebalan lapisan bubuk dibatasi karena fenomena yang disebut ionisasi balik. ^{[ 1 ]} Ketika partikel dan ion bermuatan menumpuk pada benda kerja, mereka mulai menolak partikel yang datang sehingga membatasi ketebalan bubuk dan menyebabkan lapisan bubuk berlubang. Karena alasan ini, pistol korona terutama digunakan untuk mengaplikasikan lapisan tipis pelapis. Karena partikel bermuatan mengikuti garis medan listrik, keseragaman pelapis terpengaruh. Partikel lebih terkonsentrasi di area yang paling dekat dengan pistol dan tepi benda kerja. ^{[ 3 ]}

Pistol triboelektrik mengisi muatan partikel bubuk menggunakan gesekan ketika partikel tersebut bersentuhan dengan dinding pistol dan tabung pengumpan. Besarnya muatan pada partikel berbanding lurus dengan jumlah kali partikel tersebut bersentuhan dengan dinding dan gaya yang diberikan saat partikel tersebut membentur dinding. Material yang paling umum digunakan untuk dinding pistol triboelektrik adalah Polytetrafluoroethylene (PTFE) atau lebih dikenal sebagai Teflon™. PTFE telah terbukti sebagai material yang paling efisien untuk mengisi muatan bubuk dengan gesekan. Karena dinding pistol juga mengalami perubahan selama proses ini, pistol dan tabung harus diarde untuk menghilangkan muatan yang terbentuk di PTFE. Tidak ada medan listrik yang dihasilkan oleh pengisian muatan triboelektrik karena tidak ada elektroda. Dengan tidak adanya medan listrik, partikel bermuatan diangkut ke benda kerja hanya melalui aliran udara. ^{[ 3 ]}

Karena deposisi triboelektrik tidak memiliki medan listrik atau kelebihan ion bebas, lapisan yang lebih tebal dan lebih seragam dapat dicapai dibandingkan dengan pistol korona. Permukaan lapisan juga lebih halus karena tidak ada ion bebas. Satu-satunya kekurangan pistol pengisian triboelektrik adalah laju deposisinya lebih lambat daripada pistol pengisian korona. Dengan menggunakan pistol triboelektrik, produktivitas berkurang, tetapi hasil akhirnya adalah kualitas permukaan yang lebih baik. ^{[ 3 ]}

Setelah bubuk menempel pada benda kerja, bubuk tersebut harus dikeringkan menjadi produk akhir menggunakan panas. Suhu untuk pengeringan bubuk berkisar antara 140 - 220°C. Pada suhu tinggi, bubuk mulai mengalir dan membentuk lapisan kontinu. Metode yang paling umum digunakan untuk mengeringkan lapisan bubuk yang menempel pada substrat logam adalah dengan oven konveksi. Pemanasan konveksi menggunakan kipas untuk mengedarkan udara panas di sekitar ruangan yang terisolasi, dan merupakan metode paling populer untuk mengeringkan benda kerja logam. Dibutuhkan waktu 15 – 30 menit agar benda kerja mengering di dalam oven konveksi. Alternatif untuk oven konveksi adalah oven radiasi inframerah (IR). Dalam oven IR, lapisan bubuk dan hanya sebagian kecil volume benda kerja tepat di bawah lapisan yang menyerap radiasi IR. Dalam oven konveksi, volume benda kerja yang lebih besar dipanaskan untuk mencapai suhu pengeringan. Karena alasan ini, waktu yang dibutuhkan oven IR untuk mencapai suhu pengeringan jauh lebih singkat daripada oven konveksi. Salah satu keterbatasan awal pelapis bubuk adalah bahan yang sensitif terhadap suhu seperti kayu dan plastik tidak dapat digunakan karena suhu oven yang tinggi. Solusi terbaru untuk masalah ini adalah menggunakan radiasi ultraviolet (UV). Bubuk yang diformulasikan khusus dengan fotoinisiator digunakan yang mengeras di bawah radiasi UV. Fotoinisiator memungkinkan radiasi UV untuk mengikat silang lapisan polimer pada suhu rendah. ^{[ 5 ]} Bagian yang sensitif terhadap suhu dengan bubuk yang dapat mengeras dengan UV ditempatkan dalam oven konveksi pada suhu 90°C hanya selama 1-2 menit untuk memanaskan bubuk. Kemudian bagian tersebut ditempatkan di bawah radiasi UV dan mengeras dalam hitungan detik.

Resin adalah bahan terpenting dalam campuran pelapis bubuk, dan menentukan sifat material produk jadi. Ada banyak jenis resin pelapis bubuk yang dapat dipilih, masing-masing dengan sifat yang berbeda. Sebagian besar resin yang diproses menjadi aplikasi pelapis bubuk dapat dikategorikan menjadi dua jenis polimer yang berbeda, yaitu polimer termosetting dan polimer termoplastik.

Polimer termoset membentuk 95% ^{[ 2 ]} resin yang digunakan untuk pelapisan bubuk. Ketika polimer termoset dipanaskan hingga cair dan terus dipanaskan, reaksi kimia terjadi yang menciptakan ikatan silang rantai polimer untuk membentuk material dengan sifat yang berbeda dari sebelum pemanasan. Lapisan padat akhir pada benda kerja ketika didinginkan adalah lapisan yang kuat, tahan panas, dan tahan bahan kimia. ^{[ 6 ]} Contoh polimer termoset yang umum digunakan untuk pelapisan bubuk adalah epoksi, hibrida epoksi-poliester, poliester uretan, poliester TGIC, dan akrilik. Polimer termoset membentuk 95% ^{[ 2 ]} resin yang digunakan untuk pelapisan bubuk.

Tidak seperti polimer termoset, termoplastik memiliki sifat yang sama setelah dilelehkan dan dipadatkan pada benda kerja. Permukaan termoplastik lebih halus daripada polimer termoset. Termoplastik umumnya digunakan untuk benda-benda yang tidak akan berada di lingkungan yang keras. Contoh termoplastik yang umum digunakan adalah polivinil klorida, poliolefin, nilon, poliester, dan polivinilidena fluorida.

Tahapan proses pelapisan bubuk yang paling banyak menggunakan energi dan membutuhkan waktu paling lama adalah proses pengeringan. Saat ini banyak perusahaan menggunakan oven konveksi untuk mengeringkan pelapisan bubuk. Oven konveksi membutuhkan banyak energi untuk menaikkan suhu saat dinyalakan, untuk mempertahankan suhu yang stabil, dan untuk mengoperasikan motor blower yang mensirkulasikan udara. Terdapat penghematan energi dan peningkatan produktivitas yang substansial ketika oven inframerah digunakan sebagai pengganti atau bersamaan dengan oven konveksi. Oven IR lebih efisien daripada oven konveksi karena waktu untuk mencapai suhu pengeringan lebih singkat. Oven IR juga menghemat energi dengan waktu penyalaan yang sangat cepat dibandingkan dengan oven konveksi. Waktu pengeringan oven IR jauh lebih cepat, dan tidak memerlukan blower untuk sirkulasi panas. Ketika menggunakan oven gas alam, penggunaan gas dapat berkurang hingga 25%. Produktivitas meningkat dengan peningkatan kecepatan lini produksi, dan penurunan waktu pendinginan benda kerja karena hanya sebagian kecil volume benda kerja yang dipanaskan selama proses. Peningkatan produktivitas hingga 50% dapat terlihat. ^{[ 7 ]}