CHƯƠNG 5: CÔNG NGHỆ PHUN
3.1 CƠ SỞ LÍ THUYẾT:
Phương pháp sơn tĩnh điện chủ yếu dựa trên sự hấp dẫn của những phân tử mang
điện lên bề mặt vật liệu được tích điện trái dấu hoặc có điện thế thấp hơn. Trong qui trình sơn tĩnh điện những phân tử bột di chuyển theo không khí đi lên vòi súng, nơi xảy ra quá trình phóng điện nhờ vào 1 điện thế đặt trên điện cực. Thông thường, nguồn điện thế cung cấp khoảng 100Kv và một dòng điện xuất hiện trong khoảng 100µA. Những phân tử bột được tích điện bởi những ion được sinh ra do sự phá hủy của không khí, nhưng có lẽ do sự tồn tại của những nguyên tử đơn lẻ và những đám nguyên tử có chứa nhóm –OH (hydroxyl). Trong trường hợp đặc biệt, điện thế âm
được phát ra tại điện cực, kể từ việc giải phóng điện tích âm thì tương đối ổn định hơn và những phân tử được tích điện âm thì có độđồng nhất và ít hơn những phân tử được tích điện dương để phá vỡ điện tích trong lớp bột. Giới hạn của điện thế cao tích điện dương được cung cấp thì được nối đất hay là chất nền. Trong nền hóa lỏng được tích
điện, những phân tử cùng được tích điện bằng không khí được ion hóa. Tuy nhiên, những phân tử được tích điện nằm trên nền lỏng và phải chịu liên tục sự bắn phá ion cho đến khi chúng rời khỏi nền. Súng phun tĩnh điện là loại có điện trở, 1 điện trở được đặt giữa 1 nguồn có điện thế cao và 1 điện cực. Khi súng tiến gần đến nền được nối đất thì dòng điện gia tăng cho đến khi bởi giới hạn bởi điện trở tại 1 điểm mà không xảy ra hiện tương phóng điện. Vài loại súng được thiết kế sao cho có thể giữ
dòng điện ở 1 giá trị không đổi giữa điện thế cao và đất. Sự sắp xếp này gây ra một
điện thế làm thay đổi ngược lại khi điện cực tiến đến đến gần nền được nối đất và nó sẽ loại bỏ điện thế ở điện cực và hoãn lại điện thế gây ra nếu súng có một điện trở được cố định. Những phân tử được tích điện thì bị lôi cuốn và bám lên bề mặt chất nền dựa vào sự kết hợp giữa lực tĩnh điện và lực động học có thể thay đổi được nhờ
vào kiểu thiết kế của vòi súng, vấn đề này sẽ được đề cập đến ở phần sau. Một trường
điện tích được tạo ra giữa điện cực, sản phẩm và những phần tử tích điện sẽ phóng ra về phía sản phẩm. Ngoài ra có 1 sự gia tăng điện tích giữa những ion được sinh ra từ điện cực và chất nền trong quá trình di chuyển của các hạt mang điện đến chất nền. Khi các hạt mang điện tiến đến vùng này sẽ bám dính lên chất nền và lực hấp dẫn
được tạo ra thì xem như là lớn hơn lực hút tĩnh điện. Nó giữ cho các phần tử này bám lên bề mặt sản phẩm sau khi tiến đến gần. Tại cùng thời điểm đó sẽ sinh ra những phân tử tích điện dương trên bề mặt sản phẩm, chúng được ion hóa nhờ vào những lớp bột và nó sẽ được trung hòa điện tích khi tiến đến những phân tử được tích điện âm. Vì điện trở suất của những hạt bột cao, nên điện tích sinh ra có độ lớn đủ để chống lại sự kết dính của những phân tử bột vào nhau và bề dày màng có thể tựgiới hạn được. Nếu phun tiếp tục thì sự ion hóa ngược lại gia tăng đến mức độ lớp bột bị phá hủy mãnh liệt, kết quả là làm bề mặt màng không được hoàn chỉnh. Một phân tử có thể được tích điện tối đa trong một trường mang điện là nhờ vào lực của trường đó, hằng số điện môi của không gian trống, đường kính và hằng số điện môi của các phân tử và một khoảng thời gian không đổi mà bao gồm cảđiện trở suất của phân tử. Điều này có
thể ước lượng được chỉ có 0,5% những ion được sinh ra trong hệ thống phun tĩnh điện là có liên quan đến quá trình tích điện của bột, hầu hết đều bao gồm những ion tự do trong đám mây bột. Một cuộc nghiên cứu về những đặc trung của quá trình tích điện lên những phân tử bột cho thấy rằng những phân tử bột được tích điện xấp xỉ 10% so với lượng lí thuyết và điều này đã được báo cáo rằng chỉ khoảng 60% những phân tử
bột đi qua súng phun được tích điện. Vì vậy phương tiện cơ bản để làm tăng tối đa sự
tích điện trên bột thì tăng theo độ mạnh của trường tĩnh điện. Quá trình tích điện trên bột có thể được cải thiện bằng việc làm giảm tốc độ của bột, nhưng cần phải mất thời gian đểđạt được bề dày màng như yêu cầu. Hơn thế nữa, độ mạnh của trường thay đổi theo khoảng cách giữa súng và sản phẩm. Tuy nhiên, hầu hết các loại súng phun đều có đặc trưng về khí động lực, điều này sẽ không thực tế nếu đặt súng lại gần sản phẩm khoảng 20-25 cm. Trong khoảng thời gian đó cho thấy rằng tỉ lệ giữa khối lượng và
điện tích là 2×10-4 C/kg trước khi những phân tử bột bám vào bề mặt sản phẩm. Tuy nhiên, trước khi tỉ lệ này đạt được để bột bám vào có thể được xác định thì những ion tự do phải được loại bỏ. Có nhiều biện pháp kiểm tra dựa vào sự xen vào vài loại khung giữa súng được tích điện và sản phẩm để loại bỏ những ion tự do. Trong hầu hết những công nghệ gần đây, khung thường được rửa sạch bằng nước. Công nghệ
này cho giá trị giữa khối lượng và điện tích đáng tin cậy nhất. Việc đạt được 1 giá trị
thích hợp giữa khối lượng và điện tích là rất quan trọng. Từ đây có thể đo trực tiếp hiệu quả của hệ thống tĩnh điện trong quá trình tích điện cho bột.
Điện trở suất của bột có thể được đo khi đưa nó vào trong 1 tế bào để kiểm tra, một
điện thế sẽ đi qua tế bào và người ta sẽ đo được dòng điện. Mặc dù điện trở suất được
đo thì hoàn toàn hơn điện trở suất bề mặt sản phẩm, giá trị tuyệt đối thì hoàn toàn không quan trọng bằng việc giải thích các số liệu đo. Điện trở suất của bột cũng có thể được xác định bằng việc đo tốc độ phân rã điện tích trên lớp bột được bám vào sản phẩm. Nếu bột có điện trở suất thấp <1010 Ωcm thì việc mất điện tích hầu như không xảy ra tức thời khi chúng tiếp xúc với nền được nối đất và không bám dính. Nếu điện trở suất của bột nằm ở khoảng giữa 1010-1013 Ωcm, thì sẽ có một thời gian nghỉ tĩnh
điện khoảng 10s và điện tích sẽ giảm bớt trong quá trình bám dính. Bởi vì điện tích thấp nên bột vẫn tiếp tục được tạo thành nhưng những lớp bột có khuynh hướng nhám
và xốp. Bột thương mại thì có điện trở suất lớn khoảng 1013-1016 Ωcm và thời gian nghỉ thì lâu hơn thời gian phun. Những loại bột này cho thấy sự bám dính đạt được hiệu quả cao, đặc trưng bám dính tốt và sự thẩm thấu tốt. Những loại bột có điện trở
suất cao thì gây khó khăn cho việc tích điện và thời gin nghỉ cao hơn 103s. Mặc dù
điều này lại rất có lợi vì làm cho màng có khả năng tự giới hạn khoảng 30-70 µm. Hầu như sự ion hóa bắt đầu ngay cả khi lớp bột đầu tiên bám dính vào. Kết quá của những lớp bột không đồng nhất này là làm cho bề mặt sản phẩm khô ráp. Một cách khác, nếu
điện trở suất của bột quá thấp và thời gian nghỉ quá ngắn thì lớp bột sẽ rơi ra trước khi nó được nấu chảy. Dựa vào những kinh nghiệm và kết quả thu được từ thực tế cho thấy, điện trở suất thích hợp nhất cho khả năng tích điện cũng như với thời gian nghỉ đủ dài để có thể bám dính tốt nhất và sự ion hóa ngược lại thấp khoảng 1012Ωm. Những đặc trưng của quá trình tích điện và phân rã điện tích của bột có thể được kiểm tra.