您可能不知道的八件事-关于液体分配系统中的电加热器‒ Part II

作者 Michael R. Bonner，工程与技术副总裁，Saint Clair系统有限公司，密歇根州，华盛顿

在这个由两部分组成的系列文章的第1部分中，我们讨论了常见电加热方法中的四个鲜为人知、可能导致流体分配系统出现故障的缺陷，而非处理您想要解决的问题。其中包括大多数电加热系统所基于的基本逻辑问题、电加热器无法冷却、加热器的放置如何影响性能，以及加热器温度并非应用温度等等。

在这部分，我们将解决您可能面临的另外四个问题——您甚至可能没有意识到这些问题正在给您带来麻烦！

5. 粘度变化会影响喷涂模式

在喷涂应用系统中，基于温度的粘度变化直接影响正在分配的扇形图案的形状和完整性。因为这通常被理解为是一种大胆的说法，所以需要证明一下。图7显示了一个控制实验的结果，在该实验中，使用机器人系统重复了喷枪路径、速度以及到零件的角度和距离，以在恒定压力下，用固定孔喷枪喷涂每个试样。唯一变化的变量是涂料的温度，这当然会改变被输送到喷嘴的涂料的粘度。

最明显的变化是扇形图案的宽度。可能不是那么明显，但粘度对喷涂稠度的影响是非常重要的。

高于35°C（左两个试样），涂层薄且不均匀。您可以透过涂层看到基材。即使它附着较好，也不合格。相比之下，在30°C至35°C范围内，涂层光滑，即使从边缘到边缘也是均匀的。这是该特定工艺的最佳工作温度（读数：粘度）。

在30°C以下（由于粘度的增加），我们看到开始出现较厚的边缘。这些通常与成品上的“条纹”有关。在25°C及以下的温度范围内，我们可以看到被厚重边缘包围的非常不均匀的涂层组合，这使得几乎不可能在成品上获得平滑、均匀的涂层——无论是用手工还是使用机器人。如果没有光滑、均匀的涂层，性能和外观都会受到影响。

6. 系统中的间隔造成了不可预测性

如果喷涂的粘度还不够，那么当我们检查90°F温度控制范围内的间隔对涂层材料的影响时，这种行为的重要性变得更加明显。图8显示了当喷涂停止时，如在休息、午餐或停机时间，73°F环境对不锈钢喷枪的影响。当我们在工作并且材料在持续流动时，这是可以的，但当我们停止时，阀门的温度会下降到环境温度，使得材料的粘度增加，这将导致喷涂模式发生变化，如图7所示。

图9显示了温度（以及粘度）的变化对分配模式的影响，这可以从图7中完全预见。当喷枪中较冷（71°F）的材料被分配时，图案更窄、更重，但当较热的材料（85°F）到达喷枪时，较低的粘度导致图案变宽，覆盖变薄。这可能很容易使输送链中任何位置的配件，产生一个非粘性材料的小段，并导致可能被发现或可能不会被发现的缺陷。

这只是热源和涂敷器喷头之间的距离对我们的工艺结果至关重要的原因之一。

7. 远程加热比您想象的要消散得更快

在本系列的第一部分中，我们介绍了一个热模型，该模型显示了涂料在流经输送系统到应用点时的温度变化（见第1部分，图4）。这种变化是非常显著的，我们经常会被问及涂料的温度在加热器和应用点之间是否真的发生了显著变化。在那一部分，我们还介绍了两个在线加热器应用的好的示例（第1部分，图5和6）。更深入地研究这些应用，真的可以让我们明白这一点。

图10左侧显示了安装在喷漆室外墙上的一个直列式电加热器，以及该加热器的热扫描图像（右侧）。通过热扫描图像可以观察到很多情况。左下角的入口软管显示涂料在约87°F（Sp1）的温度下进入，当它离开115°F的加热器（Sp2）时，其温度已接近107°F（Sp3）。到目前为止一切都很好，但这正是路径中的设备和环境影响发挥作用的地方。从刻度可以看出，环境温度约为80°F。流量计的表面积和热质量是涂料首先遇到的事情。在这里，我们看到它下降到大约98°F（Sp4），当它通过软管流向喷漆室内部时，它进一步下降到大约90°F（Sp5）。

由于热成像仅显示表面温度，因此每个点的实际涂料温度将高于所显示的读数。然而，变化的相对幅度则完全如图所示。

图11显示了本文第一部分介绍的2K涂料体系的热扫描图（参见第1部分，图5）。

在图左上角的读数中，我们可以看到A和B涂料组分在大约75°F（Sp1和Sp5）的温度下进入加热器。这是有道理的，因为它们都来自同一个环境位置，环境温度被小心地控制在了75°F。正是在这里，事情发生了较大的变化。很明显，在179°F（Sp2）的左侧加热器（B组分）明显高于103°F（Sp6）的右侧加热器（A组分）。正如预期的那样，B组分的出口温度约为99°F（Sp3），而A组分的出口温度较低，为87°F（Sp7）。

同样，我们看到涂料组分在软管中移动时温度也下降了，其中B组分为93°F（Sp4），A组分为85°F（Sp8），它们与每个加热器的距离大致相等。正如我们在图12中所看到的那样，这种温度下降沿着通往喷漆室环境的路径继续进行，B组分到了87°F（Sp4），A组分为82.5°F（Sp5）。它们越来越接近环境温度，因为每个组分与环境温差的不同损耗率，它们之间的差异正在缩小。与前面的例子一样，涂层组分到达机器人时非常接近周围环境——这就好像路径中根本没有加热器一样。

这些示例表明，我们介绍的模型（第1部分，图4）相当准确。

8. 电加热实际上会损坏昂贵的涂料

但最糟糕的是一个鲜为人知的事实：即在使涂料达到目标温度的过程中，电加热器实际上可能会在涂覆之前损坏涂料。

那么，设计用于帮助处理该过程的设备是如何造成损坏的呢？

答案是“表面积”。电加热器基本上是一个热交换器，有两个重要因素决定了传热的大小——表面积和温差（ΔT）。因为直列式加热器与涂料接触的表面积非常小，它们必须非常热才能将涂料加热到所需的温度，如图10和11所示。这些热表面可能会损坏涂层，导致过早交联、化学分离等现象，从而产生喷嘴和过滤器团聚堵塞、固化问题、附着力差、外观不合格以及一系列其他问题等等。

结论

从这两部分文章中提供的数据可以清楚地了解，虽然直列式加热器在实际中很常见，但如果要使涂料应用体系获得稳定、可预测的性能，那么必须了解和管理与直列式加热器相关的许多问题。

参考资料

4 Electrically Heated 2K Paint System Photos courtesy of CFAN - San Marcos, TX. (Note: This has since been replaced with a modern heat/cool system.)
5 Source withheld by request.
6 Impact of Temperature Based Viscosity Variations on Spray Pattern data provided courtesy of Saint Clair Systems, Inc.
7 Impact of Ambient on Gun Temperature and Spray Pattern data provided courtesy of Saint Clair Systems, Inc.

本文收录在《PCI中文版》杂志2022年7月刊中