Fluidyzacyjne nanoszenie powłok polimerowych
Zastosowanie polimeru powłokotwórczego w postaci proszku niesie ze sobą wiele zalet nie tylko ekonomicznych, ale również ekologicznych. Unika się stosowania rozpuszczalników, a przez to eliminuje się niebezpieczne związki chemiczne, zmniejsza się zagrożenie dla zdrowia pracowników, wyeliminowuje się czas odparowania rozpuszczalnika. Wyklucza się również wady związane z absorpcją pyłów przez mokre powłoki, zmniejszają się także koszty instalacji wentylacji, zakupu rozpuszczalników oraz oczyszczania komór natryskowych.
Nanoszenie fluidyzacyjne
Nanoszenie fluidyzacyjne polega na wytworzeniu powłoki ze sproszkowanego tworzywa sztucznego na przedmiocie metalowym poprzez podgrzanie go nieco powyżej temperatury topnienia tworzywa powłokowego i zanurzeniu w zawiesinie tego tworzywa unoszonej przy pomocy sprężonego powietrza, tzw. złożu fluidalnym, w urządzeniu zwanym fluidyzatorem (rys. 1). Fluidyzator składa się z pojemnika z podwójnym dnem, litym i porowatym, przez który przepływa gaz z sieci, butli lub dmuchawy regulowany za pomocą zaworu redukcyjnego. Najczęściej stosowanym gazem jest powietrze, natomiast do uniknięcia wpływu tlenu na stopione tworzywo używa się również gazu obojętnego, np. azotu lub dwutlenku węgla.
W procesie fluidyzacji nie ma strat tworzywa, którego nadmiar zawraca się do komory fluidyzacyjnej. Można uzyskać o wiele grubsze powłoki ok. 250-400 µm niż w przypadku malowania ręcznego farbami [3, 4].
Prawidłowy proces nakładania fluidyzacyjnego jest możliwy przy całkowitej jednorodności tworzywa w postaci proszku, tj. przy zachowaniu jednakowej wielkości, gęstości i kształtu ziaren tworzywa. Kolejnym czynnikiem mającym wpływ na uzyskanie prawidłowej warstwy powłoki jest temperatura, do jakiej należy podgrzać przedmiot (podłoże). W przypadku zbyt wysokiej temperatury podłoża dochodzi do utlenienia powłoki, a nawet jej spalenia. Natomiast zbyt niska temperatura przedmiotu uniemożliwia uzyskanie dobrej przyczepności powłoki do podłoża oraz wzajemne połączenie cząstek tworzywa ze sobą [1-4].
Rys. 1. Schemat fluidyzatora.
Rys. 2. Zmiana temperatury tworzywa w procesie powlekania fluidyzacyjnego: t1 - temperatura złoża (gazu fluidyzującego i proszku tworzywa), t2 - temperatura powłoki, t3 - temperatura topnienia polimeru: I - okres tworzenia się powłoki jednowarstwowej, II - wzrost grubości powłoki, III - zanik wzrostu grubości powłoki. [3, 4]
Etapy fluidyzacji
Rozróżnia się trzy etapy w procesie fluidyzacji:
- tworzenie się warstwy na skutek topienia się cząstek sproszkowanego tworzywa na powierzchni metalu w wyniku bezpośredniego styku,
- stopniowy wzrost grubości powłoki na skutek kolejno stapiających się ziaren tworzywa, wzrost grubości powłoki determinuje wymiana ciepła z przedmiotu do przylegających cząstek tworzywa,
- zahamowanie wzrostu grubości powłoki, na skutek utraty ciepła przez przedmiot i małej przewodności cieplnej tworzywa.
Przebieg zmian temperatury tworzywa przedstawiono na rysunku 2. Etapy procesu fluidyzacji (I - okres tworzenia się powłoki jednowarstwowej, II - wzrost grubości powłoki, III - zanik wzrostu grubości powłoki) oznaczono na osi odciętych.
Fluidyzacja jest nadal bardzo skomplikowanym procesem, głównie dlatego, że trajektorie cząstek w złożu fluidalnym są trudne do przewidzenia. Ale znalazł tak wiele zastosowań właśnie z powodu ich szczególnych właściwości i różnego zachowania. Proces ten charakteryzuje się [8,9]:
- ograniczonym spadkiem ciśnienia,
- jednorodnością temperatury,
- szybkością wymiany ciepła i masy,
- łatwą kontrolą natężenia przepływu i kinetyki reakcji.
Złoże fluidalne posiada właściwości podobne do płynów [8,9]:
- gęstość lub ciężar pozorny, zaniedbując gęstość powietrza:
- lepkość pozorna złoża
Zakłócenia fluidyzacji
W wyniku niejednakowej wielkości, kształtu i ciężaru właściwego proszku polimerowego mogą pojawiać się zakłócenia procesu fluidyzacji. W przypadku ziaren tego samego tworzywa, ale o różnych ciężarach właściwych często dochodzi do segregacji. Otóż prędkość opadania ziaren materiału o większym ciężarze jest większa niż prędkość opadania ziaren materiału lżejszego, co powoduje widoczny podział warstwy zawiesiny na fazę gęstą i rzadką (rys. 3a). Do kolejnego zakłócenia może dojść, kiedy lżejsze ziarna szybko przemieszczają się ku górze, co prowadzi do występowania pęcherzy (rys. 3b). W niektórych sytuacjach złoże fluidalne wypełniające cały przekrój pojemnika rozdziela się na warstwy przemieszczające się ku górze (rys. 3c). Jeżeli stosuje się bardzo drobne proszki, może pojawić się tzw. zjawisko kanałowania, które polega na tworzeniu się kanałów w nieruchomym ładunku, przez które przepływa swobodnie gaz (rys. 3d).
