Khảo sát, nghiên cứu quy trình và các yêu cầu kỹ thuật của công nghệ phun sơn

Khảo sát, nghiên cứu quy trình và các yêu cầu kỹ thuật của công nghệ phun sơn

Khảo sát, nghiên cứu quy trình và các yêu cầu kỹ

thuật của công nghệ phun sơn

I Tìm hiểu chung về công nghệ phun sơn

1 Phun sơn là gì?

Phun sơn là kĩ thuật sơn ở đây một thiết bị sẽ phun một lớp phủ (sơn, mực, vecni, vv) qua không khí lên một bề mặt

Sơn vừa tác dụng tạo thành một lớp phủ bảo vệ sản phẩm, đồng thời để trang trí, làm đẹp

Phương pháp phun sơn được sử dụng ở khắp mọi nơi, trong nhiều lĩnh vực

và cho nhiều loại vật liệu khác nhau: gỗ, kim loại, nhựa, …

Việc lựa chọn phương pháp phun sơn phụ thuộc vào yêu cầu kĩ thuật sản phần cần phun sơn

Phun sơn có thể thực hiện bằng tay hoặc tự động

2 Phương pháp tạo lớp phủ phun sơn

- Conventional Air Spray (Phun không khí thông thường)

- HVLP (High Volume Low Pressure)

- Airless Sprayers (Phun chân không)

- Air-Assisted Airless (Phun chân không có trợ lực bằng khí)

- Electrostatic Spray (Phun tĩnh điện)

a Phun không khí thông thường

Quá trình xảy ra khi sơn được phun lên một đối tượng qua súng phun áp lực không khí Khi súng được kích hoạt, dòng sơn hòa trộn với dòng khí nén

và được phun ra ngoài ra một vòi phun

Do một loại các hình dáng, kích thước vòi phun mà độ mù của sơn phun

ra đa dạng Hình dạng của phôi và tính thống nhất bề mặt sơn mong muốn là những yếu tố quan trong khi lựa chọn vòi phun

Có 3 loại vòi phun phổ biến nhất là: hình nón đầy đủ, hình nón rỗng, hình dòng phẳng

Trong quá trình phun sơn bằng tay, yêu cầu người cầm súng phun phải có tay nghề cao đảm bảo về mặt lớp phủ được đồng đều

Trong quá trình phun sơn tự động, súng được gắn vào 1 giá cố định, dòng sơn được cung cấp liên tục Các đối tượng được sơn thường đặt trên các con lăn hoặc một bàn xoay đảm bảo sơn phủ đều các mặt

Ưu điểm:

- Chất lượng sương phủ siêu mịn

- Ứng dụng rộng lớn

Nhược điểm:

- Sự dụng nhiều khí

- Tạo ra nhiều mù sơn không bám vào đối tượng sơn

- Hiệu quả thấp

2

b HVLP (High Volume Low Pressure)

Phát triển từ hệ thống thông thường, nhưng sử dụng một lượng lớn thể tích không khí ở áp suất thấp để phun sơn ra với tốc độ thấp

Theo định nghĩa, HVLP có mức áp suất mù hóa khoảng 10 psi~0.7bar hoặc ít hơn

Hệ thống phun HVLP được sử dụng trong công nghiệp ô tô , hàng hải, kiến trúc, sơn nội thất hoàn thiện, bức tranh phong cảnh đẹp và các ngành công nghiệp mỹ phẩm

Ưu điểm:

- Hiệu suất truyền cao 65% - 75%

- Có thể phun vào những hốc, kẽ nhỏ

- Phù hợp với các tiêu chuẩn an toàn môi trường

- Tiết kiệm sơn

Nhược điểm:

- Chất lượng phun sơn không được tốt như phun không khí thường

- Một số hệ thống HVLP sẽ tốn kém

c Airless Sprayers (Phun chân không)

Sơn được tạo ra nhờ áp lực nén của nguyên liệu ở áp lực rất cao của bơm,

áp lực làm việc dao động từ 1200-3600 psi

Hiệu suất truyền cao hơn phun thông thường

Ứng dụng điển hình là các ứng dụng của lớp phủ bảo vệ trên tàu , cầu , xe xây dựng , tàu hoả, hoặc container, cũng như nội thất và ngoại thất sơn và trang trí, và các ứng dụng của lớp phủ bảo vệ lửa

Máy phun sơn áp lực có thể là điện , xăng dầu hoặc khí nén điều khiển

Ưu điểm:

- Tốc độ phun nhanh

- Hạn chế tối thiểu lượng sơn bay ra ngoài

- Tiêu thụ ít không khí

- Phun được khoảng rộng trong thời gian ngắn

Nhược điểm:

- Vòi phun có xu hướng mòn nhanh do áp lực thủy lực đầu phun quá lớn

- Bơm thủy lực có khả năng nguy hiểm

- Đòi hỏi bảo trì hàng đầu

d Air-Assisted Airless (Phun chân không có trợ lực bằng khí)

Phương pháp Air-Assisted Airless là sự kết hợp hoàn hảo công nghệ giữa phương pháp Airless và phương pháp Airspray đặc điểm của phương pháp này vừa tiết kiệm được nguyên liệu sơn vừa cho bề mặt sơn hoàn hảo

Ứng dụng điển hình trong sản xuất đồ nội thất

Ưu điểm:

- Tiết kiệm nguyên liệu hơn 50% so với phun không khí thường

- Ít hao mòn và tuổi thọ bơm lâu hơn so với Airless

- Giảm tốn thất và mù sơn

Nhược điểm:

- Tuân thủ nghiêm nhặt các yêu cầu kĩ thuật

- Chất lượng sương không tốt bằng phun thường

- …

e Electrostalic Spray (Phun tĩnh điện)

Sơn tĩnh điện còn được gọi là sơn khô vì tính chất phủ ở dạng bột của nó

và khi sử dụng nó sẽ được tích một điện tích (+) khi đi qua một thiết bị được gọi là súng sơn tĩnh điện, đồng thời vật sơn cũng sẽ được tích một điện tích (-) để tạo ra hiệu ứng bám dính giữa bột sơn và vật sơn

Sơn Tĩnh Điện là công nghệ không những cho ta những ưu điểm về kinh

tế mà còn đáp ứng được về vấn đề môi trường cho hiện tại và tương lai vì

4

tính chất không có chất dung môi của nó Do đó về vấn đề ô nhiễm môi trường trong không khí và trong nước hoàn toàn không có như ở sơn nước Ứng dụng sơn tĩnh điện chủ yếu cho các sản phẩm bằng kim loại: sắt thép, nhôm, inox,…

Ưu điểm:

- 99% sơn được sử dụng triệt để (bột sơn dư trong quá trình phun sơn được thu hồi để sử dụng lại)

- Tuổi thọ thành phẩm lâu dài – Độ bóng cao – Không bị ăn mòn bởi hóa chất hoặc bị ảnh hưởng của tác nhân hóa học hay thời tiết

- Không sử dụng dung môi: không gây ô nhiễm môi trường

- Dễ dàng tự động hoá tiết kiệm được chi phí nhân công

Nhược điểm:

- Hạn chế hình dáng sản phẩn có thể phủ

- Điện áp cao có thể nguy hiểm

II Tìm hiểu về các loại súng phun sơn

1 Súng sơn là gì?

Súng phun sơn là một công cụ sử dụng khí nén để tạo ra những hạt sơn nhỏ hoặc các vật liệu phun khác và phun lên một bề mặt nhất định

Không khí và vật liệu sơn vào khẩu súng qua đường riêng biệt và được hòa trộn với nhau trong một mô hình được kiểm soát (như lượng mù sương, tốc

độ phun,…)

2 Phân loại súng phun sơn

Súng phun có thể xếp loại bằng nhiều cách khác nhau Một là bởi vị trí của bình chứa sơn Hình 1 - cho thấy súng sơn với một bình chứa kèm theo Hình 2 - minh họa một khẩu súng sử dụng vật liệu từ một thùng chứa ở xa qua các ống dẫn

Các kiểu hệ thống cung cấp nguyên liệu cũng có thể là một cách để phân loại súng, với vật liệu được giữ lại bởi áp lực – a pressure feed gun (hình 2) – hoặc sử dụng nguyên lý hút vật liệu để cung cấp vào khẩu súng (hình 1) Súng cũng có thể phân loại một trong hai kiểu: External or internal mix, bleeder or non- bleeder types

6

Hình 1

Hình 2

3 Suction Feed Gun là gì?

Một thiết kế súng phun trong đó một dòng khí nén tạo ra chân không ở mũ không khí, do đó tạo ra hiện tượng hút Như hình 3,

Súng phù hợp với việc thay đổi nhiều màu sắc và lượng vật liệu nhỏ, chẳng hạn như trong quá trình sửa chữa

Hình 3

4 Pressure Feed Gun là gì?

Trong thiết kế này, các đầu lỏng ngang bằng với mặt của nắp không khí, như hình 4, và không tạo ra chân không Chất lỏng được đưa ra bởi áp lực trên các vật liệu trong hệ thống Hệ thống này thường được sử dụng khi cần phun một lượng lớn nguyên liệu, khi vật liệu quá nặng để hút từ một bình chứa, hoặc khi ứng dụng nhanh là yêu cầu

Hình 4

8

5 Gravity Feed Gun là gì?

Thiết kế sử dụng trọng lực của dòng chảy vật liệu từ cốc chứa gắn phía trên súng và chảy vào trong súng

Cốc này có một lỗ thông hơi phía trên cùng và phải luôn mở Cốc thường được giới hạn ở mức 600cc do yếu tố trọng lượng và cân bằng

Là ý tưởng cho những ứng dụng nhỏ như chỗ sửa chữa, hoàn thiện chi tiết hoặc phun kết thúc trong một không gian hạn chế

Hình 5

6 External Mix Gun

Loại này thể hiện trong hình, hỗn hợp của khí và chất lỏng được hình thành bên ngoài nắp không khí, nó có thể được sử dụng cho ứng dụng hầu như tất cả các loại vật liệu, và là mong muốn để cho phun sơn khô nhanh Nó cũng được sử dụng khi mong muốn một kết thúc có chất lượng cao

7 Internal Mix Gun

Loại súng này hỗn hợp không khí và vật liệu bên trong nắp không khí trước khi bị đẩy ra

10

8 Airbrush

Đây là loại rất nhỏ, trọng lượng nhẹ, sử dụng cho những chi tiết đẹp Dung tích bình chưa từ 15cc-30cc

Nó được sử dụng chủ yếu cho các tác phẩn nghệ thuật

9 Súng phun sơn tự động

Đây là loại súng được thiết kế để sử dụng trên máy móc tự đông và các robot

Nó không có núm hoặc cò điểu khiển bên ngoài bởi vì nó cần phải được kiểm soát hoạt động từ xa thông qua bảng điểu khiển hoặc van điện tử Do

đó, các thiết lập được chính xác sẽ cung cấp chính xác cùng một hiệu suất Súng tự động có sẵn trong các loại súng thông thường, HVLP, và các loại phù hợp

III Phươn pháp, tiêu chuẩn đánh giá lớp phủ sơn

Để đảm bảo có được lớp phủ sơn tốt cần đạt được nhiều tiêu chuẩn như: phải

có độ bám dính tốt, có độ cứng nhất định, chịu được ma sát, mài mòn, chịu ảnh hưởng khí hậu, chịu nhiệt độ và độ ẩm, có độ bóng, chịu các tác động hóa học,

…

Dưới đây, em giới thiệt phương pháp đo chiều dày lớp phủ và kiểm tra độ bám dính bề mặt

1 Đo chiều dày lớp phủ

Thiết bị đo độ dày màng mỏng là một trong những công cụ quan trọng nhất được sử dụng trong ngành công nghiệp sơn Tỷ lệ chấp nhận chung giữa chiều dày lớp phủ khô và chiều dày lớp phủ ướt ở hầu hết các lớp phủ là:

Các lỗi trong chiều dày màng mỏng làm tổn hao về cả thời gian, vật liệu

và tiền bac Nếu màng quá mỏng, khả năng bảo về không đảm bảo, thời gian dần dần sẽ mất Nếu màng quá dày, lỗ như nứt, bong dễ dàng xảy ra và còn ảnh hưởng đến chi phí vật liệu

Do đó, đo độ dày lớp phủ chính xác tối đa hóa chất lượng và giảm thiểu chi phí vật liệu

Có nhiều phương pháp để kiểm tra như cần phá hủy lớp phủ hoặc không cần phải phá hủy lớp phủ

Ở đây, giới thiệu phương pháp kiểm tra cần phá hủy lớp phủ, sử dụng thiết bị byko-cut của hãng BYK: như hình dưới,

12

Thiết bị này thiết kế di động để sử dụng trong phòng thí nghiệm hoặc trong các quá trình kiểm tra Có một kính hiển vi để hiển thị đc rõ lớp phủ Các bước tiến hành:

- Vẽ 1 đường đen lên về mặt đề định hướng cắt:

- Chọn công cụ cắt chính xác bằng cách xoay lưỡi cắt:

- Áp dụng đủ lực cắt để cắt qua các màng sơn lên bề mặt:

- Bật đèn LED để chiếu sáng cho lớp cắt:

14

- Xác định đường cắt qua kính hiển vi:

Nhìn và phân tích kết quả:

- Ngắm thẳng thước tỉ lệ để do các lớp phủ

- Đếm số vạch cho mỗi lớp phủ

- Tính toán độ dày lớp phủ bằng sử dụng bảng chuyển đổi như bảng trong hình:

16

2 Kiểm tra độ bám dính

Trong thực tế, có 3 cách khác nhau để kiểm tra độ bám dính của sơn và lớp phủ trên bề mặt chất nền

- Cross-Cut Test

- Scrape Adhesion

- Pull-Off Test Trong đó, phương pháp Cross-Cut Test là một phương pháp đơn giản và

để dàng thực hiện cho phép đánh giá độ bám dính của lớp đơn hoặc hệ thống nhiều lớp phủ

Các bước tiến hành: Vẫn sử dụng thiết bị byko-cut trên

- Tạo một mô hình dạng mắt lưới với lưỡi cắt thích hợp, cắt đến lớp nền:

- Dùng bàn chải chải 5 lần theo hướng chéo góc:

- Hoặc có thể dùng băng dính dán rồi bóc ra

- Kiểm tra khu vực đó bằng kính hiển vi tích hợp trên thiết bị

- Phân loại kết quả bám dính bằng cách sử dụng các tiêu chí của tiêu chuẩn ISO 2409 hoặc ASTM D 3359

 ISO Class: 0 / ASTM Class: 5B Các cạnh của các đường cắt hoàn toàn trơn tru, không có hình vuông của lưới bị bong ra

18

 ISO Class: 1 / ASTM Class: 4 B Các mảnh nhỏ tại các nút giao của các đường cắt

bị tách ra Khoảng 5% bị ảnh hưởng.

 ISO Class.: 2 / ASTM Class.: 3 B Lớp phủ đã bị bong ra dọc theo các đường cắt và tại giao của các các đường cắt Một điện tích lớn hơn 5% và nhở hơn 15% bị ảnh hưởng.

 ISO Class.: 3 / ASTM Class.: 2 B Lớp phủ đã bị bong dọc theo các cạnh và 1 phần các ông vuông bị bong hoàn toàn Phần diện tích

bị bong từ khoàng 15%-35%.

 ISO Class.: 4 / ASTM Class.: 1 B Lớp phủ đã bị bong 1 phần các hình vuông hoặc

bị bong hoàn toàn Phần diện tích bị bong từ khoàng 35%-65%.

 ISO Class: 5 / ASTM Class: 0B Mức độ bong vượt quá mức 4.

20