Electrostatic Powder Coating/th

ข้อมูลตำแหน่งที่ตั้ง

แผนที่	Loading map... +− Leaflet | © ผู้ร่วมให้ข้อมูลOpenStreetMap
ที่ตั้ง	คิงส์ตันประเทศแคนาดา
พิกัด	44° 13' 50.47" เหนือ, 76° 28' 52.76" ตะวันตก

การเคลือบผงด้วยไฟฟ้าสถิตเริ่มขึ้นในช่วงต้นทศวรรษ 1960 โดยใช้เคลือบท่อเพื่อเพิ่มความทนทานและเพื่อเป็นฉนวนสำหรับชิ้นส่วนไฟฟ้า ในช่วงทศวรรษ 1960 การเคลือบด้วยไฟฟ้าสถิตได้ถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมหลายแห่งเพื่อการตกแต่งพื้นผิวด้วยสีที่มีตัวทำละลาย^{[ 1 ]}ด้วยการนำการเคลือบผงมาใช้ จึงไม่จำเป็นต้องใช้ตัวทำละลาย ดังนั้นจึงไม่มีสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่ายระเหยสู่บรรยากาศ หรือความเสี่ยงต่อสุขภาพจากการสูดดมเข้าไป ข้อดีด้านสิ่งแวดล้อมและเศรษฐกิจอีกประการหนึ่งของการเคลือบผงคือ ผงสีที่พ่นเกินสามารถเก็บรวบรวมและนำกลับมาใช้ใหม่ในกระบวนการเคลือบได้ ด้วยเหตุนี้ ประสิทธิภาพของวัสดุในการเคลือบผงจึงสามารถเข้าใกล้ 100% ได้ อุตสาหกรรมการเคลือบผงมีการเติบโตอย่างรวดเร็วในช่วงสองสามทศวรรษที่ผ่านมาเนื่องจากผลผลิตและประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นจากการเปลี่ยนจากสีตัวทำละลายแบบดั้งเดิม เมื่อเทียบกับการเคลือบเหลวแบบดั้งเดิม การเคลือบผงมีความทนทานมากกว่า ทนต่อแรงกระแทก ทนต่อการกัดกร่อน และทนต่อสารเคมี การเคลือบผงซีดจางน้อยกว่าการเคลือบเหลว และสามารถปรับแต่งให้เหมาะกับการใช้งานที่แตกต่างกันได้มากมายโดยการเปลี่ยนสี ความเงา ความหนาของการเคลือบ และพื้นผิว^{[ 2 ]}กระบวนการเคลือบผงมีสี่ขั้นตอนหลัก ได้แก่ การชาร์จ การขนส่ง การยึดเกาะ/การตกตะกอน และสุดท้ายคือการอบแห้ง^{[ 1 ]}หลักการพื้นฐานของการเคลือบผงคืออนุภาคที่มีประจุ ซึ่งโดยปกติจะเป็นพอลิเมอร์ จะถูกเร่งความเร็วไปยังชิ้นงานที่ต่อลงดิน และยึดติดกับชิ้นงานโดยอาศัย แรงดึงดูด ทางไฟฟ้าสถิตจากนั้นชิ้นงานที่เคลือบแล้วจะถูกอบแห้งที่อุณหภูมิสูง ทำให้การเคลือบผงกลายเป็นฟิล์มพอลิเมอร์ที่เรียบและสม่ำเสมอ

กระบวนการเคลือบผง

การบรรจุ การลำเลียง และการวางผงดินปืน

วิธีการชาร์จผงโลหะที่ใช้กันทั่วไปมีสองวิธี คือ การชาร์จแบบโคโรนาและการชาร์จแบบไตรโบอิเล็กทริก วิธีการชาร์จที่ใช้จะเปลี่ยนแปลงลักษณะการเคลื่อนที่ของผงโลหะ รวมถึงการตกตะกอนของผงโลหะลงบนชิ้นงานด้วย

Corona Charging

การชาร์จโคโรนาของผงทำได้โดยใช้ปืนพ่นไฟฟ้า ผงจะถูกป้อนเข้าปืนพ่นจากภาชนะเก็บโดยใช้ลมอัด ที่ปลายปืนพ่นจะมีอิเล็กโทรดโคโรนาแบบแหลมที่ชาร์จด้วยแรงดันไฟฟ้าสูงมาก แรงดันไฟฟ้าสูงนี้สร้างสนามไฟฟ้าขึ้นระหว่างโคโรนาและชิ้นงานที่ต่อลงดิน เมื่อสนามไฟฟ้าในบริเวณใกล้เคียงกับอิเล็กโทรดมีค่า 30 kV/cm หรือสูงกว่า อากาศในบริเวณนี้จะเริ่มแตกตัวและเกิดการปล่อยไอออน อิสระอย่างต่อ เนื่อง^{[ 3 ]}เมื่ออนุภาคผงไหลผ่านไอออนอิสระ ไอออนเหล่านั้นจะเกาะติดกับอนุภาคบางส่วนและทำให้มีประจุลบ อนุภาคที่มีประจุจะเคลื่อนที่ตามเส้นสนามไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยอิเล็กโทรดไปยังชิ้นงาน ไอออนอิสระที่ไม่เกาะติดกับอนุภาคก็จะเคลื่อนที่ตามเส้นสนามไฟฟ้าไปยังชิ้นงานเช่นกัน อนุภาคบางส่วนไม่ได้รับประจุและถูกนำไปยังชิ้นงานด้วยแรงดันลม สมการที่ 1 คือขนาดของประจุบนอนุภาคเนื่องจากการชาร์จโคโรนา โดยที่ Q = ประจุ, A = ค่าคงที่องค์ประกอบของอนุภาค, r = รัศมีของอนุภาค, E = ความแรงของสนามไฟฟ้า, t = เวลา, เทา = ค่าคงที่เวลา^{[ 4 ]}

การสะสมของอนุภาคประจุโคโรนา

ไอออนอิสระส่วนเกินที่เกิดจากอิเล็กโทรดโคโรนามีผลต่ออนุภาคที่ตกตะกอน เมื่อใช้ปืนโคโรนา ความหนาของชั้นผงจะถูกจำกัดเนื่องจากปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการแตกตัวเป็นไอออนย้อนกลับ^{[ 1 ]}เมื่ออนุภาคและไอออนที่มีประจุสะสมบนชิ้นงาน พวกมันจะเริ่มผลักอนุภาคที่เข้ามา ทำให้ความหนาของผงถูกจำกัดและทำให้เกิดชั้นผงที่เป็นหลุม ด้วยเหตุนี้ ปืนโคโรนาจึงถูกใช้เป็นหลักในการเคลือบผิวบางๆ เนื่องจากอนุภาคที่มีประจุเคลื่อนที่ตามเส้นสนามไฟฟ้า ความสม่ำเสมอของการเคลือบจึงได้รับผลกระทบ อนุภาคจะมีความเข้มข้นมากขึ้นในบริเวณที่ใกล้กับปืนและขอบของชิ้นงาน^{[ 3 ]}

การชาร์จแบบไตรโบอิเล็กทริก

ปืนไตรโบอิเล็กทริกจะชาร์จอนุภาคผงโดยใช้แรงเสียดทานเมื่ออนุภาคสัมผัสกับผนังของปืนและท่อป้อน ขนาดของประจุบนอนุภาคจะเป็นสัดส่วนกับจำนวนครั้งที่สัมผัสกับผนังและแรงที่กระทบกับผนัง วัสดุที่ใช้กันทั่วไปสำหรับผนังของปืนไตรโบอิเล็กทริกคือโพลีเตตระฟลูออโร เอทิลี น (PTFE) หรือที่รู้จักกันทั่วไปว่าเทฟลอน™ PTFE ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นวัสดุที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในการชาร์จผงด้วยแรงเสียดทาน เนื่องจากผนังของปืนก็มีการเปลี่ยนแปลงในระหว่างกระบวนการนี้ ปืนและท่อจึงต้องต่อลงดินเพื่อกระจายประจุที่สะสมอยู่ใน PTFE ไม่มีการสร้างสนามไฟฟ้าโดยการชาร์จแบบไตรโบอิเล็กทริกเนื่องจากไม่มีอิเล็กโทรด เมื่อไม่มีสนามไฟฟ้า อนุภาคที่มีประจุจะถูกส่งไปยังชิ้นงานโดยอาศัยการไหลของอากาศเท่านั้น^{[ 3 ]}

การสะสมของอนุภาคประจุไฟฟ้าแบบไตรโบอิเล็กทริก

เนื่องจากการตกตะกอนแบบไตรโบอิเล็กทริกไม่มีสนามไฟฟ้าหรือไอออนอิสระส่วนเกิน จึงสามารถสร้างการเคลือบที่หนาและสม่ำเสมอกว่าเมื่อเทียบกับปืนโคโรนา พื้นผิวของการเคลือบก็เรียบเนียนกว่าเช่นกัน เนื่องจากไม่มีไอออนอิสระ ข้อเสียเพียงอย่างเดียวของปืนชาร์จแบบไตรโบอิเล็กทริกคืออัตราการตกตะกอนช้ากว่าปืนชาร์จแบบโคโรนา การใช้ปืนไตรโบอิเล็กทริกทำให้ประสิทธิภาพการผลิตลดลง แต่ผลลัพธ์สุดท้ายคือพื้นผิวที่มีคุณภาพดีกว่า^{[ 3 ]}

แก้ไข

หลังจากที่ผงสีติดกับชิ้นงานแล้ว จะต้องทำการอบให้แห้งด้วยความร้อนเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์สุดท้าย อุณหภูมิในการอบผงสีจะอยู่ที่ประมาณ 140 - 220 องศาเซลเซียส ที่อุณหภูมิสูง ผงสีจะเริ่มไหลและก่อตัวเป็นฟิล์มต่อเนื่อง วิธีที่นิยมใช้ในการอบผงสีที่ติดกับพื้นผิวโลหะมากที่สุดคือการใช้เตาอบแบบพาความร้อน การให้ความร้อนแบบพาความร้อนใช้พัดลมในการหมุนเวียนอากาศร้อนไปรอบๆ ห้องที่มีฉนวนกันความร้อน และเป็นวิธีที่นิยมใช้ในการอบชิ้นงานโลหะมากที่สุด โดยใช้เวลา 15 – 30 นาทีในการอบชิ้นงานในเตาอบแบบพาความร้อน ทางเลือกอื่นนอกเหนือจากเตาอบแบบพาความร้อนคือ เตาอบ รังสีอินฟราเรด (IR) ในเตาอบ IR ผงสีและเฉพาะส่วนเล็กๆ ของชิ้นงานที่อยู่ใต้ผงสีเท่านั้นที่จะดูดซับรังสี IR ในเตาอบแบบพาความร้อน ปริมาตรของชิ้นงานที่ใหญ่กว่าจะถูกให้ความร้อนเพื่อให้ได้อุณหภูมิในการอบ ดังนั้นเวลาที่ใช้ในเตาอบ IR ในการถึงอุณหภูมิในการอบจึงน้อยกว่าเตาอบแบบพาความร้อนมาก ข้อจำกัดในระยะแรกของการเคลือบผงคือไม่สามารถใช้กับวัสดุที่ไวต่ออุณหภูมิ เช่น ไม้และพลาสติกได้ เนื่องจากอุณหภูมิสูงของเตาอบ วิธีแก้ปัญหาล่าสุดคือการใช้ รังสี อัลตราไวโอเลต (UV) โดยใช้ผงสูตรพิเศษที่มีสารเริ่มต้นปฏิกิริยาแสงซึ่งจะแข็งตัวภายใต้รังสี UV สารเริ่มต้นปฏิกิริยาแสงช่วยให้รังสี UV สามารถเชื่อมโยงการเคลือบโพลีเมอร์ที่อุณหภูมิต่ำได้^{[ 5 ]}ชิ้นส่วนที่ไวต่ออุณหภูมิที่เคลือบด้วยผงที่แข็งตัวด้วย UV จะถูกวางไว้ในเตาอบแบบธรรมดาที่อุณหภูมิ 90°C เพียง 1-2 นาทีเพื่อให้ความร้อนแก่ผง จากนั้นชิ้นส่วนจะถูกวางไว้ใต้รังสี UV และแข็งตัวภายในไม่กี่วินาที

เรซิน

เรซินเป็นส่วนประกอบที่สำคัญที่สุดในส่วนผสมของผงเคลือบ และเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติของวัสดุในผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป มีเรซินสำหรับผงเคลือบหลายประเภทให้เลือกใช้ โดยแต่ละประเภทมีคุณสมบัติแตกต่างกันไป เรซินส่วนใหญ่ที่ใช้ในงานผงเคลือบสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก ได้แก่ โพลิเมอร์เทอร์โมเซตติงและโพลิเมอร์เทอร์โมพลาสติก

โพลิเมอร์เทอร์โมเซตติง

พอลิเมอร์เทอร์โมเซตติงคิดเป็น 95% ^{[ 2 ]}ของเรซินที่ใช้สำหรับการเคลือบผง เมื่อพอลิเมอร์เทอร์โมเซตติงถูกทำให้ร้อนจนเป็นของเหลวและยังคงร้อนต่อไป จะเกิดปฏิกิริยาเคมีขึ้น ทำให้เกิดการเชื่อมโยงของโซ่พอลิเมอร์เพื่อสร้างวัสดุที่มีคุณสมบัติแตกต่างจากก่อนการให้ความร้อน ฟิล์มแข็งสุดท้ายบนชิ้นงานเมื่อเย็นตัวลงจะเป็นชั้นที่แข็งแรง ทนความร้อน และทนต่อสารเคมี^{[ 6 ]}ตัวอย่างของพอลิเมอร์เทอร์โมเซตติงที่ใช้กันทั่วไปสำหรับการเคลือบผง ได้แก่ อีพ็อกซี อีพ็อกซี-โพลีเอสเตอร์ไฮบริด ยูรีเทนโพลีเอสเตอร์ โพลีเอสเตอร์ TGIC และอะคริลิก พอลิเมอร์เทอร์โมเซตติงคิดเป็น 95% ^{[ 2 ]}ของเรซินที่ใช้สำหรับการเคลือบผง

โมพลาสติก

แตกต่างจากพอลิเมอร์เทอร์โมเซตติง พอลิเมอร์เทอร์โมพลาสติกจะมีคุณสมบัติเหมือนเดิมหลังจากที่หลอมเหลวและแข็งตัวบนชิ้นงานแล้ว พื้นผิวของเทอร์โมพลาสติกจะเรียบกว่าพอลิเมอร์เทอร์โมเซตติง เทอร์โมพลาสติกมักใช้กับวัตถุที่ไม่ต้องเผชิญกับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง ตัวอย่างของเทอร์โมพลาสติกที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ โพลีไวนิลคลอไรด์ โพลีโอเลฟิน ไนลอน โพลีเอสเตอร์ และโพลีไวนิลิดีนฟลูออไรด์

ปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานและผลผลิต

ขั้นตอนของกระบวนการเคลือบผงที่ใช้พลังงานมากที่สุดและใช้เวลานานที่สุดในการดำเนินการคือกระบวนการอบแห้ง ปัจจุบันบริษัทหลายแห่งใช้เตาอบแบบใช้ลมร้อนในการอบแห้งผงเคลือบ เตาอบแบบใช้ลมร้อนต้องใช้พลังงานจำนวนมากในการเพิ่มอุณหภูมิเมื่อเริ่มต้นใช้งาน เพื่อรักษาอุณหภูมิให้คงที่ และเพื่อใช้งานมอเตอร์พัดลมที่หมุนเวียนอากาศ การใช้เตาอบอินฟราเรดแทนหรือใช้ร่วมกับเตาอบแบบใช้ลมร้อนจะช่วยประหยัดพลังงานและเพิ่มผลผลิตได้อย่างมาก เตาอบอินฟราเรดมีประสิทธิภาพมากกว่าเตาอบแบบใช้ลมร้อนเนื่องจากใช้เวลาน้อยกว่าในการเพิ่มอุณหภูมิการอบแห้ง เตาอบอินฟราเรดยังช่วยประหยัดพลังงานด้วยการเริ่มต้นใช้งานที่รวดเร็วมากเมื่อเทียบกับเตาอบแบบใช้ลมร้อน เวลาในการอบแห้งของเตาอบอินฟราเรดเร็วกว่ามาก และไม่จำเป็นต้องใช้พัดลมในการหมุนเวียนความร้อน เมื่อใช้เตาอบที่ใช้ก๊าซธรรมชาติ การใช้ก๊าซสามารถลดลงได้ถึง 25% ผลผลิตเพิ่มขึ้นจากการเพิ่มความเร็วของสายการผลิต และลดเวลาในการทำให้ชิ้นงานเย็นลง เนื่องจากมีเพียงปริมาณเล็กน้อยของชิ้นงานเท่านั้นที่ได้รับความร้อนในระหว่างกระบวนการ สามารถเห็นการเพิ่มขึ้นของผลผลิตได้ถึง 50% ^{[ 7 ]}

ข้อมูลอ้างอิง