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高壓無氣噴涂涂料霧化特性實(shí)驗(yàn)研究 滕燕，王譞,，孫中圣,，路建萍 （南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，南京２１００９４） ［摘 要］采用氧化鎂壓痕法,，以鐵紅防銹漆為工質(zhì),，研究了高壓無氣噴涂中噴嘴等效孔徑、霧化壓力等工作參數(shù)對涂料霧化效果的影響規(guī)律,。對不同等效孔徑的噴嘴在不同噴涂壓力下的涂料霧化特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,，結(jié)果表明：涂料霧化顆粒的索特平均直徑（ＳＭＤ）和特征直徑隨霧化壓力增大而減小，隨噴嘴孔徑增大而增大,；霧化壓力對霧化顆粒的相對尺寸范圍影響較大,，壓力增大，霧化顆粒相對尺寸范圍減小,，霧化顆粒分布更均勻,。 ［關(guān)鍵詞］ 高壓無氣噴涂；霧化,；索特平均直徑,；特征直徑；相對尺寸范圍 ［中圖分類號］ＴＱ６３０．６ ?。畚墨I(xiàn)標(biāo)識碼］Ａ ?。畚恼戮幪枺荩保埃埃保常叮叮埃ǎ玻埃保保埃叮埃埃叮福埃?/span> 高壓無氣噴涂以生產(chǎn)效率高、涂層質(zhì)量好,、涂料利用率高等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用［１］,。采用高壓無氣噴涂時(shí)，涂料經(jīng)增壓設(shè)備增壓至７．５～３０ＭＰａ后由噴嘴噴出,，涂料在離開噴嘴的瞬間,，以極高的速度與空氣發(fā)生激烈碰撞,，破碎霧化成極其微小的顆粒，撞擊并粘附到工件表面,，形成噴涂漆膜,。涂料的霧化效果對涂層質(zhì)量有著直接的影響，霧化顆粒過大將影響涂層表面的均勻性,，引起結(jié)皮或掛流,；霧化顆粒過小，則顆粒易飛揚(yáng),，影響涂層的附著力和涂料的利用率,。因此，研究高壓無氣噴涂中的涂料霧化特性具有十分重要的意義,。 由于高壓無氣噴涂的涂料霧化過程十分復(fù)雜,，對其進(jìn)行精確的理論描述十分困難，目前實(shí)驗(yàn)研究仍然是涂料霧化特性的主要研究手段［２－３］,。李天友等［４－５］通過實(shí)驗(yàn)得出了霧化角,、霧化顆粒ＳＭＤ與噴嘴直徑、霧化壓力的關(guān)系,，但實(shí)驗(yàn)中霧化壓力低,，評價(jià)參數(shù)少，不能很好地反映高壓無氣噴涂的涂料霧化效果,。李冬青等［６］以氣力式噴嘴為實(shí)驗(yàn)對象,，研究了黏性液體的射流霧化過程，得到了霧化粒徑的經(jīng)驗(yàn)預(yù)測公式,。但該預(yù)測公式僅限于氣力式噴嘴,，使用上有較大的局限性。 筆者以３種不同等效孔徑的扇形噴嘴為研究對象,，對不同工作壓力下的涂料霧化特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,，旨在探討高壓無氣噴涂中霧化壓力、噴嘴等效孔徑等工作參數(shù)對涂料霧化效果的影響規(guī)律,，為高壓無氣噴涂實(shí)際應(yīng)用中的參數(shù)優(yōu)化和更深入的理論研究奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),。 １ 實(shí)驗(yàn) １．１ 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成 高壓無氣噴涂涂料霧化特性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)見圖１所示,。涂料經(jīng)加壓設(shè)備加壓后，通過高壓管路由噴嘴噴出,，霧化成細(xì)小顆粒,，并加以采集分析。減壓閥用來調(diào)節(jié)涂料的霧化壓力,，節(jié)流閥用來調(diào)節(jié)涂料的流量,。實(shí)驗(yàn)工質(zhì)選用鐵紅防銹漆,，采用等效孔徑為０．４８，０．４３和０．３８ｍｍ的３種扇形噴嘴,，分別在６,，８，１０,，１２,，１４和１６ＭＰａ ６種霧化壓力下進(jìn)行了涂料霧化實(shí)驗(yàn),。實(shí)驗(yàn)中,，采樣玻璃板與噴嘴間的距離為６５ｃｍ，實(shí)驗(yàn)溫度為常溫,。  １．２ 涂料霧化粒度測量 涂料霧化顆粒的粒度大小及尺寸分布是評價(jià)涂料霧化特性的重要指標(biāo),，對其進(jìn)行精確測量的方法如高速攝影法、電極法等往往需要專用的測量設(shè)備,，價(jià)格昂貴,。本實(shí)驗(yàn)提出了一種利用氧化鎂壓痕法，對涂料顆粒的粒度和分布情況進(jìn)行測量和分析,，該方法操作簡單,，可直接測量涂料霧化顆粒的直徑。實(shí)驗(yàn)時(shí),，在６ｃｍ×６ｃｍ的有機(jī)玻璃采樣板上均勻涂抹一層氧化鎂粉末,，并置于噴嘴的正前方，當(dāng)霧化顆粒噴射到采樣板表面時(shí),，就會在氧化鎂涂層上留下撞擊的壓痕,。采樣結(jié)束后，將采樣板移至連續(xù)變倍體式顯微鏡下,，觀察并用攝像頭保存霧化顆粒的采樣圖片,，如圖２所示。利用計(jì)算機(jī)對整幅采樣圖片進(jìn)行處理,，可得到涂料霧化顆粒的尺寸大小,，對其進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析處理后，即可得到涂料霧化顆粒的尺寸分布,。為了得到精確而全面的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),，每一次實(shí)驗(yàn)中采用２塊玻璃板進(jìn)行采樣，每次采集時(shí)間為１ｓ,，每塊采樣板在顯微鏡下隨機(jī)拍攝６幅圖像,。  １．３ 涂料霧化特性評價(jià)指標(biāo) １）累積體積分布，是指在某一直徑以下的所有霧化顆粒體積占顆?？傮w積的百分?jǐn)?shù),。 ２）索特平均直徑（ｄＳ）,，又稱為表面積（加權(quán)）平均粒徑，可表示為：  式中：Ｄｉ為單個(gè)霧化顆粒的直徑,；Ｎｉ為直徑為Ｄｉ的霧化顆粒數(shù)目,。 ３）特征直徑，表示某一直徑以下的所有霧化顆粒的體積,，占全部霧化顆?？傮w積的百分比，Ｄ（Ｖ,，０．１）,，Ｄ（Ｖ，０．５）和Ｄ（Ｖ,，０．９）分別表示小于某一直徑的所有霧化顆粒體積占全部顆?？傮w積的１０％，５０％和９０％,。 ４）相對尺寸范圍（ΔＳ）,，提供了顆粒直徑相對于質(zhì)量中值直徑Ｄ（Ｖ，０．５）的范圍,，表示霧化顆粒尺寸的發(fā)散程度,，表達(dá)式為：  ２ 結(jié)果及分析 ２．１ 霧化顆粒尺寸的累積體積分布曲線 圖３給出了等效孔徑為０．４８ｍｍ的扇形噴嘴在６種霧化壓力下，霧化顆粒尺寸的累積體積分布實(shí)驗(yàn)結(jié)果,?？梢钥闯觯粐娮煸诓煌瑝毫ο碌睦鄯e體積分布曲線,，具有相同的變化趨勢,。橫向比較各條曲線可以看出，隨著霧化壓力增大,，達(dá)到某一累積體積分布的霧化顆粒尺寸逐漸減小,，且大霧化顆粒的尺寸變化較大?？v向比較各條曲線可以看出,，隨著霧化壓力增大，小于某一尺寸的霧化顆粒累積體積分布增大,，這說明：隨著霧化壓力增大,，小尺寸的霧化顆粒逐漸增多，大尺寸的霧化顆粒逐漸減少,，累積體積分布曲線往霧化顆粒尺寸減小的方向移動(dòng)，即霧化顆粒尺寸整體呈減小趨勢,。  ２．２ 霧化壓力對霧化顆粒ＳＭＤ的影響規(guī)律 圖４給出了對應(yīng)于３種不同等效孔徑的噴嘴涂料霧化顆粒的ｄＳ,，隨霧化壓力變化的實(shí)驗(yàn)曲線,。可以看出,，不同噴嘴條件下,，ｄＳ隨霧化壓力的變化呈相似的變化趨勢。對于同一噴嘴,，霧化顆粒的ｄＳ隨霧化壓力增大而減小,。分析其原因是：增大霧化壓力，增加了噴嘴處的涂料質(zhì)量流率,，提高了涂料射流流速,，加劇了涂料顆粒的相互作用，促進(jìn)了涂料液滴的破碎,，使得霧化顆粒的ｄＳ減小,。從圖４中還可以看出，在相同的霧化壓力下,，隨著噴嘴等效孔徑的減小,，霧化顆粒的ｄＳ也相應(yīng)減小，這是因?yàn)楫?dāng)壓力一定時(shí),，減小噴嘴等效孔徑,，相當(dāng)于增加了噴嘴處的涂料質(zhì)量流率，提高了涂料射流流速,，從而增加了霧化能量,，加劇了涂料顆粒的相互作用，有利于涂料液滴的碎裂,。  ２．３ 霧化壓力對霧化顆粒特征直徑的影響規(guī)律 圖５給出了對應(yīng)于３種不同等效孔徑的噴嘴涂料霧化顆粒的Ｄ（Ｖ,，０．１），Ｄ（Ｖ,，０．５）和Ｄ（Ｖ,，０．９）３種特征直徑隨霧化壓力變化的實(shí)驗(yàn)曲線?？梢钥闯?，不同噴嘴條件下，每一種特征直徑隨壓力的變化都呈現(xiàn)出相似的變化趨勢,。對同一噴嘴來說,，霧化顆粒的每一種特征直徑都隨壓力的增大而減小。同時(shí),，在相同的霧化壓力下,，霧化顆粒的每一種特征直徑都是隨著噴嘴等效孔徑的減小相應(yīng)減小。比較圖５ａ－ｃ還可以看出,，在實(shí)驗(yàn)的６～１６ＭＰａ的霧化壓力范圍內(nèi),，特征直徑Ｄ（Ｖ,，０．９）的變化范圍最大，Ｄ（Ｖ,，０．５）次之,，Ｄ（Ｖ，０．１）最小,。  ２．４ 霧化壓力對霧化顆粒相對尺寸范圍的影響規(guī)律 圖６給出了對應(yīng)于３種不同等效孔徑的噴嘴,，涂料霧化顆粒的相對尺寸范圍隨霧化壓力變化的實(shí)驗(yàn)曲線?？梢钥闯?，不同噴嘴等效孔徑下，霧化顆粒的相對尺寸范圍隨著壓力的變化呈相似的變化趨勢,。壓力增大,，涂料霧化顆粒的相對尺寸范圍減小，霧化顆粒的分布更為均勻,。分析其原因是：隨著霧化壓力增大,，霧化顆粒中大顆粒的尺寸減小較多，而小顆粒的尺寸減小較少,，從而使相對尺寸范圍減小,。從圖６中還可以看出，在同一霧化壓力下,，對應(yīng)３種不同的噴嘴等效孔徑,，其相對尺寸范圍有所差別，但差別不大,。這說明,，噴嘴等效孔徑對涂料霧化顆粒分布的均勻性影響較小。  ３ 結(jié)論 １）隨著霧化壓力的增大,，霧化顆粒的累積體積分布往霧化顆粒尺寸減小的方向移動(dòng),，霧化顆粒尺寸整體呈減小趨勢。 ２）涂料霧化顆粒的ＳＭＤ和特征直徑均隨霧化壓力的增大而減小,，隨噴嘴等效孔徑的減小而減小,。 ３）涂料霧化顆粒的相對尺寸范圍受霧化壓力影響較大，受噴嘴等效孔徑影響較小,。隨著霧化壓力的增大,，霧化顆粒的相對尺寸范圍減小，霧化顆粒分布更為均勻,。 ［參考文獻(xiàn)］ ［１］馮繼文．氣動(dòng)式高壓無氣噴涂機(jī)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)［Ｄ］．杭州：浙江大學(xué),，２０１０． ［２］曾卓雄，姜培，謝蔚明．噴嘴霧化粒徑的實(shí)驗(yàn)研究［Ｊ］．西安交通大學(xué)學(xué)報(bào),，２０００,，３４（４）：７５－７７． ［３］CHENG Wei－min，WANG Gang,，NIE Wen，et al．Study and Application of Automatic Spray System on Blasting Face in Thin Seam of Beisu Coal Mine[C]//Progress in Safety Science andTechnology,，Beijing： Science Press/Science Press USE Inc,，2008:1582－1585． ［４］李天友，葉世超,，李黔東,，等．壓力式噴嘴霧化特性研究［Ｊ］．化工裝備技術(shù)，２００６,，２７（３）：２７－２８． ［５］宋會江．扇形噴嘴的霧化特性研究［Ｊ］．連鑄,，２０１１，５（３）：３１－３３． ［６］李冬青,，黃鎮(zhèn)宇,，崔彥棟，等．黏性液體射流霧化粒徑的分析及預(yù)測［Ｊ］．電站系統(tǒng)工程,，２００７,，２３（４）：２２－２４． |
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