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 I

PCI秘书
2022-11-02
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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


如今,从汽车到热水器,几乎所有的东西都在用电,所以您可能认为这些都已处于领先地位,因为您的涂层温度控制系统是由电加热滚筒毯和直列电加热器组成的。而且,它的使用已经非常普遍了!


然而,这种方法中的已知缺陷几乎不太可能会导致液体分配系统出现问题,无法解决您目前想要解决的问题。在这个由两部分组成的系列文章中,我们将研究重点讨论您所不知道的八个问题,本月我们将讨论前四个问题,下月将讨论后四个问题。那么,让我们开始吧…


1. 普遍的逻辑是错误的


第一个问题是这类系统背后的普遍逻辑,通常是这样的:“如果您将温度加热到高于您工厂的最热的一天,你将始终在加热模式下工作,流体温度将保持恒定。”但这种逻辑存在内在问题,它们首先是从您分配液体的基本行为开始的。


图1显示了一般涂料的粘度与温度曲线,显示了在正常环境温度范围内与涂料相关的典型非线性关系,粘度会随温度升高而下降。由于温度超过35°C(95°F)时观察到的“变平”现象,正是这条曲线绘制了纯热系统在一开始的主要逻辑。


通过将温度升至或高于40°C(104°F)时,我们的涂料始终高于全年可见的环境温度(因此始终处于加热模式),并且处于曲线最平的部分,这此处温度的微小变化对粘度的影响最小。这很有道理。


问题是,您需要施工的温度是一个要能产生最佳漆膜厚度、涂覆率、颜色、附着力、光泽、饰面质量(例如,橘皮等)等的温度。Valspar建议以26±2的粘度条件来涂覆该特定涂料,如图2所示。我们可以看到,这与从26.5°C到29.5°C(80°F-85°F)的3°C温度区间相关。如果油漆温度超出这个狭窄的区间,它将超出其最佳粘度范围,涂层的性能将会受到影响。


温度升高会导致粘度降低,这就很难(如果不是不可能的话)形成可接受的漆膜度和涂层锐边。它还会产生流动、流挂等问题,尤其是在垂直表面上。


温度升高也会使溶剂挥发得更快,会导致干喷,减少喷出和操作时间,从而降低光泽度并增加橘皮现象。此外,由于必须添加更多的溶剂来抵消这种挥发的影响,也会增加成本。这与首先提高温度以减少溶剂需求的概念背道而驰。


温度升高甚至会损坏敏感的配方涂料,如氟碳、PVDF、Kynar、PVC和塑溶胶等,导致它们在使用前就发生交联。它们可以使2K材料以更快的速度固化,从而减少流出、操作时间和适用期。


因此,首先要知道的是,您的电加热系统所基于的基本概念并不支持现代涂料配方的需求。


2. 电加热器无法冷却


关于粘度,一个重要但经常被误解的事实是,每种涂料配方都有其独特的温度/粘度关系。图3显示了七种颜色的曲线图,所有颜色都使用相同的树脂基类型,并且使用相同的涂覆方式。但与普遍的看法相反,这些“相同”的涂层在25°C(77°F)下的粘度范围为21到31之间,并且,在10°C-35°C(50°F-95°F)的温度范围内,每种涂层的粘度变化都非常不同。为了使每种颜色都获得可接受的性能,必须改变涂覆体系的设置参数以补偿这些粘度变化,或者必须在最佳温度下将涂层始终如一地应用到涂覆点。这通常是曲线中间的某个地方(显然为最陡处!)。简而言之,这意味着有必要在天气炎热时(如夏季下午)进行降温操作,在天气凉爽时(如夜间和冬季)进行升温操作。


3. 加热器的放置位置很重要


通常在源桶周围包裹加热毯,或在泵和应用程序之间放置一个直列加热器。这是有道理的,因为这些都是很容易接入的点,但这也使得热源和应用点之间的距离过大。图4显示了我们为典型机器人喷涂系统创建的热模式。它允许您输入一系列变量(树脂特性、环境温度和头部温度),并查看它们是如何影响整个系统的温度(以及粘度)的。但最终决定结果的只有一个温度,应用点-如红色箭头所示。


让我们假设,在我们到达这个下降点之前,直列加热器就在头部(它可能正好在下降点上——而且经常是这样 ! ) 。 我 们 可 以 看 到 , 它 正 在 将 涂 料 加 热 到 9 5 °F(35°C)。但我们处在70°F(21°C)的环境温度中,所以沿着机器人的整个路径,涂料都在降低温度——朝着环境温度靠近。在这种特殊情况下,涂料与70.6°F的环境温度可能只相差1°F以内的范围。


当油漆到达部件时,加热器所做的所有艰苦工作都消失了。这就像系统中根本没有加热器一样!发生这种情况的原因是加热器放置在了离应用点太远的地方,这是因为电加热对能量的要求很高,在防爆环境中实施起来既困难又昂贵。图5显示了一个很好的例子,在喷漆室内的2K涂料体系上安装了两个直列式加热器。


另一种常见的解决方案是,在不需要本安电线的喷漆室墙壁外侧安装直列式加热器,如图6右侧所示。虽然这解决了与本安电源接线相关的问题和成本,但它将热源放置在了离实际应用点更远的地方。


那么,为何这会成为一个问题?


4. 加热器设定值并非应用温度


如上模式所示,涂料离开加热器时的温度与到达应用点时的温度不同,但其变化程度取决于多种因素。显然,首先想到的是环境温度从早上到晚上以及季节到季节的变化,但涂料通过的路径周围的环境也会发生变化,这取决于管道遵循的路径和路径中的材料。例如,如果路径在桁架层中“向上”运行,它将暴露在更高的温度下。相反,如果穿过沟槽或地下室,则会暴露在较低的温度下。这些温度的影响还取决于涂层路径的组成成分,例如,它是由钢管还是软管组成?它是绝缘的吗?还包括配件、过滤器、调节器、流量计等…


接下来的问题是涂料暴露在这些条件下的次数。它是直接流向机器人,然后在一个终端位置停止,还是再循环?如果它是再循环的,它是在机器人处再循环还是仅仅在下降处再循环?这决定了涂料在施涂前能在周围环境中停留多长时间——这是决定涂料施涂时温度(以及粘度)的一个重要因素。


结论


很明显,尽管直线电加热器在涂覆过程中很常见,但如果您想要在涂层应用体系中获得稳定、可预测的性能,那么必须了解和管理直线电加热器的许多问题。在下个月的这篇文章的后一部分中,我们将讨论接下来的四个重要因素,着重介绍电加热器对喷涂性能的影响,您所不知道的这些“鲜为人知”的事实,可能会让您每年多花费数十万美元的成本!


参考资料


1 Paint Temperature vs. Viscosity data provided courtesy of Alsco Metals Corporation - Roxboro, NC.
2 Paint Viscosity vs. Temperature data provided courtesy of Sherwin-Williams Corporation.
3 Spray System Thermal Model provided courtesy of Saint Clair Systems, Inc.
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.

本文收录在《PCI中文版》杂志2022年6月刊中