На кордоні зіткненні двох твердих тіл відбувається як їх макроскопічне механічне взаємодія, так і мікроскопічне молекулярне взаємодія їх поверхонь. Область, де відбувається тертя (існує безпосередня взаємодія між діелектричними матеріалами в процесі трібостатіческоей зарядки) досить неоднорідна через виду і стану поверхні.
Ці два фактори призводять до того, що в окремих мікрошарів цій галузі існують відмінності між силою впливу на окрему частку порошкової фарби. В результаті ступінь заряду окремих частинок фарби може відрізнятися між собою, що викликає появу в факелі порошкової фарби окремих струменів. При наближенні один до одного на частки порошкової фарби впливають сили тяжіння і відштовхування.
Процес зарядки потоку порошкової фарби в Трібостатіческій розпилювачі грунтується на терті частинок фарби з заряжающей поверхнею всередині розпилювача і між собою. Трібоелектрізація порошкової фарби відбувається в так званій «зоні тертя». Ця зона досить неоднорідна через те, що різні порошкові фарби мають різну дисперсність. У цій зоні частинки порошкової фарби стикаються між собою і труться об зарядні поверхні трібопістолета. В результаті частки порошкової фарби набувають заряд однієї полярності, а на зарядної поверхні розпилювача утворюється заряд протилежної полярності.
Умовна сумарна площа, де відбувається взаємодія порошкової фарби з заряжающей поверхнею, особлива важлива для процесу тертя, так як ступінь зарядки фарби залежить від:
- діаметра каналу і дисперсності порошкової фарби;
- фізичних параметрів порошкової суміші, її рух (наприклад, важлива швидкість суміші на вході в зарядну трубку);
- шляху, який проходять частинки порошкової фарби уздовж осі каналу.
Зарядка порошкової суміші також залежить від матеріалу з якого виготовлений розпилювач. З огляду на ці фактори можна сказати, що заряди окремих частинок порошкової фарби можуть відрізнятися між собою, але всі вони знаходиться в певних межах. Дослідження технологічних функцій такого фізичного процесу як тертя є однією з основних задач Трібостатіческій системи. Вхідними параметрами, які дозволяють описати ступінь зарядки порошкової фарби в системі Трібостатіческій зарядки є:
-рух частинок порошкової фарби в каналі нерухомого діелектричного циліндра;
- багаторазовий контакт частинок порошкової фарби (для спрощення приймаємо, що кожна частка має форму кулі) певної маси (m) з внутрішньою поверхнею циліндра;
- відстань між розпилювачем і виробом;
- кліматичні умови навколишнього середовища (вологість повітря, а також температура суміші повітря-порошок).
У той же час вихідними параметрами, які описують ступінь зарядки порошкової фарби в аспекті вибухонебезпечності є:
- ступінь наелектрізованності потоку частинок порошкової фарби в місці їх вильоту з Трібостатіческій напилювачі;
- рух заряджених частинок в камері напилення, що може привести до утворення вибухонебезпечної суміші;
- параметри витяжної вентиляції;
-інтенсивність напилювання порошкової фарби на офарблює виріб (продуктивність процесу).
Це досить складна для точного рішення система різних параметрів і факторів, особливо якщо ми шукаємо критичний стан системи Трібостатіческій зарядки. Функціональні властивості системи трібозарядкі, а також можливі загрози залежать від:
- типу матеріалів, які взаємодіють між собою під час проходження порошкової фарби через зарядну трубку (тут особливу роль відіграє їх діелектрична проникність);
- виду розпилювальних насадок і дефлекторів;
- відстані між пістолетом-розпилювачем і фарбується деталлю;
- напруги поля E в зоні напилення.
Під час тертя діелектрики обмінюються електронами, в результаті чого здійснюється передача електричного заряду. Стан наелектрізованності (в разі системи з двох тіл, між якими відбувається тертя) не залежить від того, який з матеріалів знаходиться в русі, а який в спокійному стані. Величина потенціалу, який характеризує стан наелектрізованності на поверхні частинок порошкової фарби, залежить від типу матеріалу. Також ця величина залежить від положення матеріалів в так званому трибоелектричних ряду. Якщо частка порошкової фарби виготовлена з матеріалу, який має велику діелектричну постійну, ніж діелектрична постійна матеріалу, з якого виготовлена зарядна трубка, то на зовнішній поверхні частинки порошкової фарби накопичується позитивний заряд. У той же час на внутрішній поверхні Трібостатіческій розпилювача накопичується негативний електростатичний заряд.
Ступінь електризації значно збільшується в разі використання полярних полімерів (в порівнянні з неполярними). Цей ефект грунтується на молекулярному будові і мікрогеометрії поверхні частинок полімерів. (У цій статті ми не будемо згадувати порошкові фарби з інших матеріалів, які рідко використовують в технології покриттів).
Властивості окремої молекули полімеру, як основної складової частки порошкової фарби, залежать від її будови і є наступними:
А. Характерні особливості будови молекули неполярного полімеру:
- має неполярні зв'язку;
- є симетричною;
- між різними атомами, з яких складається молекула, існує ковалентний зв'язок;
- частка є електрично нейтральною (має однакову кількість позитивних і негативних зарядів);
- центр ваги позитивного і негативного зарядів збігається.
Б. Характерні особливості будови молекули полярного полімеру:
- центр ваги позитивного заряду не збігається з центром ваги негативного заряду;
- частка є електрично нейтральною, якщо складається з однакової кількості позитивних і негативних зарядів, але ці заряди розміщені несиметрично;
- полімер, що складається з полярних частинок, має велику діелектричну постійну;
- ступінь полярності збільшується, якщо атоми, що входять до складу молекули, здатні притягувати електрони.
Полімери є основним компонентом для виробництва термоотверждаемих порошкових фарб. Тому таке розмаїття характеристик порошкових матеріалів ускладнює точне визначення можливої електростатичного загрози в фарбувальних цехах.
У Трібостатіческій пістолетах-напилювачі джерелом електризації є взаємне тертя частинок порошкової фарби між собою і заряджає поверхнею всередині розпилювача. Ефективність цього методу залежить від вологості повітря. У разі вологості повітря нижче 50%, потік частинок порошкової фарби досить наелектризоване, щоб забезпечити задовільний напилення. Область зниженого тиску, яка виникає в ежекторі за рахунок подачі инжекционного повітря крізь маленький отвір, дозволяє засмоктувати псевдокиплячому порошкову суміш зі спеціальної ємності. Отримана суміш після виходу з ежектора подається за допомогою шланга на пістолет розпилювач. Подача порошкової фарби часто регулюється ще одним потоком повітря, який додатково вводиться в ежектор. Частинки порошкової фарби, які рухаються всередині зарядної трубки, отримують електричний заряд. У місці вильоту порошкової фарби з Трібостатіческій розпилювача, заряджені частинки рухаються в напрямку заземленого виробу по траєкторіях, які наближені до ліній поля Е. Ступінь зарядки потоку порошкової суміші залежить від:
- типу порошкової фарби;
- довжини зарядної трубки;
- діаметра зарядної трубки;
- типу матеріалу, з якого виготовлена зарядна трубка;
- форми розпилювальної насадки;
- вологості повітря (%).
Рух повітряно-порошкової суміші всередині зарядного каналу певної форми і з певними електростатичними властивостями пов'язано з багаторазовими змінами траєкторії руху кожної окремої частки порошку. Це результат постійних ударів між собою частинок порошкових фарби. Навіть нетривале взаємодія між собою двох різних діелектриків призводить до виникнення на їх поверхнях однакового за величиною, але різного по полярності електростатичного заряду. Різна полярність зарядів призводить до виникнення різниці потенціалів між окремою часткою порошкової фарби і матеріалом зарядної трубки. Висока вологість (%) повітря знижує ступінь наелектрізованності порошкової фарби.
Стан і ступінь наелектрізованності потоку частинок порошкової фарби в робочій зоні камери напилення залежить від:
- швидкості частинок порошкової фарби всередині зарядної трубки;
- середньої маси окремої частки порошкової фарби;
- стабільності параметрів навколишнього середовища (температури і вологості);
- діаметра каналу зарядної трубки і його геометричної форми (щілини, спіральні канали тощо);
- матеріалу і форми шланга.
Виникнення на поверхні матеріалів, між якими відбувається тертя в зарядному циліндрі, електростатичного заряду робить також вплив на заряджені частинки порошкової фарби в камері напилення. Важливий також ефект посилення ступеня електризації по всій довжині зарядного каналу. Це особливо стосується спіральних каналів. Недостатньо дослідженим є явище зарядки порошкової фарби під час вильоту з розпилювальних насадок, які так люблять розміщувати конструктори пістолетів розпилювачів. Як відомо, в залежності від типу насадки можна отримати факел конічної, плоскою або спіралевидної форми.
Факел, що складається з заряджених частинок порошкової фарби і повітря, на вильоті з Трібостатіческій пістолета-напилювачі можна прийняти за об'ємно-заряджений кулю. Відповідно до законів кібернетики, ефективність системи Трібостатіческій зарядки залежить від взаємодії частинок порошкової фарби всередині пістолета-напилювачі і негативних зовнішніх чинників (наприклад, гравітації, витяжної вентиляції, забруднення повітря, кабіни і т.п.)
Потік заряджених частинок порошкової фарби, який рухається в робочій зоні напилення від пістолета розпилювача до фарбується виробу, є носієм в повітрі електростатичного.
Для оцінки загроз були проведені вимірювання і тести, які дозволили виявити можливість виникнення небезпечних ситуацій.
Фактор, який призводить до виникнення електричного заряду - порошково-повітряна суміш.
Елементи, які піддаються електризації в системі трібозарядкі:
1. Модельований ділянку зарядної трубки - діелектрична трубка, окрема частина Трібостатіческій пістолета-напилювачі. На внутрішній поверхні цієї трубки проводилось вимірювання потенціалу Vp.
2. забарвлюється металевий виріб. На поверхні ізольованого вироби відбувалося вимір напруги поля Е.
Результати показали, що ступінь електризації незаземленного вироби і неметалевих елементів під час напилення не є загрозою для вибухобезпеки технологічного процесу. У разі Трібостатіческій напилення між розпилювачем і пофарбованим виробом не створюється сильного електричного поля, хоча потенціал на неметалічному предмет досить високий. Потужності умовних джерел енергії явно недостатньо для виникнення іскри. Відомо, що локально виступаючі потенціали U (2,2 кВ) можуть привести до виникнення розряду, але іскри не виникають на кордоні діелектричних матеріалів.
Трібозарядка в виробничих умовах.
Час проведення вимірювання потенціалу Vp - 10 хвилин після початку напилення порошкової фарби. Тиск стисненого повітря, який подавався разом з порошковою фарбою, через зарядну трубку Трібостатіческій пістолета p = 0,4 Mpa. Виміри проводилися безпосередньо на поверхні неметалевих виробів, в місцях підвищеної небезпеки.
Об'єкт, який призводить до виникнення електричного заряду - порошково-повітряна суміш.
А. Автоматична установка для напилення порошкової фарби з одним трібопістолетом ..
В. Ручна установка для напилення порошкової фарби з одним трібопістолетом ..
На підставі проведених вимірювань можна стверджувати, що на поверхні досліджених неметалевих елементах в процесі роботи накопичуються електричний заряд. Вимірювати значення потенціалу на елементах трібораспилітелей не перевищували 8 кВ, що є критичне значенням при моделюванні вибуху в пиловий атмосфері.
Винятком серед неметалевих виробів є середня частина шланга для транспортування потоку фарби, яка представляє реальну загрозу в процесі використання. Тому необхідно припинити використовувати матеріали, які в трибоелектричних ряду з порошковими фарбами не дають сильного ефекту електризації. Деякі виробники пістолет использут металеві пружини вбудовані в шланг. Можна з упевненості сказати, що дизайнер фарбувальних дільниць дуже часто не звертають увагу на цю потенційну загрозу. Можливість виникнення іскрового розряду в процесі трібозярдкі в лабораторних умовах. Об'єкт, який призводить до виникнення електричного заряду - порошково-повітряна суміш. Порошкова фарба подається за допомогою стиснутого повітря має максимальний тиск 0,6 МРа (промислові умови).
Елементи, які заряджаються в системі трібоелектрізаціі:
1. Зарядна трубка - неметалічна трубка, окрема частина Трібостатіческій пістолета-напилювачі. До поверхні трубки наближають електрод - джерело іскрового заряду.
2. забарвлюється металевий предмет. До поверхні ізольованого металевого предмета наближають електрод - джерело іскрового заряду.
Камера, в якій знаходиться зарядна трубка і фарбується металевий предмет, була наповнена аерозолем, що складається з частинок порошкової фарби. Енергія спалаху такої суміші становила 5 МJ. Серія експериментів по оцінці можливості загоряння була проведена за допомогою чотирьох видів діелектриків, які використовувалися в зарядної трубці, і двома видами порошкової фарби. Тест тричі повторювали для кожної пари електронепроводящіх матеріалів. Під час проведення експерименту контролювалися і регулювалися кліматичні умови. У процесі дослідження було зареєстровано один випадок загоряння тестированной газової суміші. Займання сталося під час проведення оцінки на можливість вибуху внаслідок іскрового заряду. Представлені результати вказують на те, що назва трібозарядка є умовним поняттям. Значення потенціалів головним чином залежать від вибору неметалевих матеріалів і способу отримання зарядки. Це пов'язано з постійною зміною використовуваних порошкових фарб, а також випадковим використанням електронепроводящіх неметалевих виробів і існуючими погрозами. Беручи до уваги те, що в умовах напилювання порошкової фарби всередині кабіни загоряння утвореного аерозолю може привести до катастрофічних наслідків, за безпечне значення прийнято 8 кВ, а ємність людини - 200 пФ.На підставі проведених лабораторних досліджень здатності загоряння вибухонебезпечного газової суміші з кордоном загоряння 5 мДж слід, що стан наелектрізованності неметалевих виробів в системі трібозарядкі може створити загрозу вибуху якщо потенціал значно перевищить значення 8 кВ.