Способ зарядки частиц порошков полимеров в коронном разряде и устройство для его осуществления

(5 ц 5.В 0-5 д И ЛЬСТВУ 85 о к ныи пр оси за движен Гвл шка в заой траекрядн ,тори род а ыи элект о фс(54) СПОСО ПОЛ,1 МЕР О В РО 11 СТВО ДЛ (57) 1. Спо полимеров ОРОШКОВ И УСТчающийся порошково корпуса з ке частиц пылени 1 электр потока землен рез з ч ащ н и г;ения личен ью повы качества ия степени рытия з иполярн сч й зт уве рядки во 5 со ско- ектродают ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕК АВТОРСКОМУ Сви(71) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьскойсоциалистической революции(56) Павлищев М.И, и др. Исследование устройства для электризации порошков полимеров в коронном разря -де, /Республиканский межведомственный научно-технический сборник "Химическое машиностроение". Вып. 29,Киев, Техника, 1979, с. 46-48. В ЗАРЯДКИ ЧАСТИЦ ПВ КОРОННОИ РАЗРЯДЕЯ ЕГО ОСУЦЕСТВЛЕНИЯоб зарядки частиц порошкв коронном разряде,заклюподаче потока воздушносмеси в зарядный каналрядного устройства, заряпорошка полимера в междном промежутке и заряженных частиц ый электрод, о т ля тем, что, с цел частиц порошка полимера, п душно-порошковой смеси под ростью не менее 10 м/с в межуток под углом 2 ядного канала, осущ е потока частиц пор канале по пилообраз до входа в заземлен 2. Устройство для зарядки частиц порошков полимеров в коронном разряде, содержащее цилиндрический корпус из электронепроводящего материала с зарядным каналом круглого сечения для прохода потока воздушно-порошковой смеси, на выходном конце которого расположен заземленный электрод, выполненный в виде сопла Вентури, а на противоположном конце зарядног канала по его оси установлен с воз можностью поступательного перемещения вдоль оси канала игольчатый коронирующий электрод и входной штуцер для подачи потока воздушно-порошковой смеси, отличающееся тем, что входной штуцер расположен в зоне межэлектродного промежутка зарядного канала, при этом ось входного штуцера расположена под углом 20 - 85 к продольной оси зарядного канала и пересекает ее в точке, удаленной от острия коронирующего электрода на расстояние, равное не менее половины диаметра отверстия входного шту 1 цера и трех диаметров коронирующего электрода, причем площадь отверстия входного 1 штуцера составляет О, - 0,05 от площади отверстия зарядного канала.Изобретение относится к области электронно-ионной технологии, взаимодействию сильных электрических полей и диспергированных материалов,преимущественно может быть использованопри нанесении порошковых полимерныхматериалов в электростатическом полена изделия различной формы и размеров, движущиеся и неподвижные. 10Известен способ зарядки частицпорошков полимеров в коронном раз ряде, заключающийся в подаче потокавоздушно-порошковой смеси в зарядныйканал корпуса зарядного устройства, 15зарядке частиц порошка полимера вмежэлектродном промежутке и распылении потока заряженных частиц череззаземленный электрод,Кроме того, известно устройство Одля зарядки частиц порошков полимеров в коронном разряде, содержащеецилиндрический корпус из электронепроводящего материала с заряднымканалом круглого сечения для прохода 5потока воздушно-порошковой смеси,на выходном конце которого расположен заземленный электрод, выполненный в виде сопла Зентури, а на противоположном конце зарядного канала З 0по его оси установлен с возможностьюпоступательного перемещения вдольоси канала игольчатый коронирующийэлектрод и входной штуцер для подачипотока воздушно-порошковой смеси.35По известным способу и. устройствузарядку частиц порошка полимера ведутв коронном разряде, но при этом воздушно-порошковую смесь подают подострым углом на коронирующий электрод. Ось подаваемого потока располагают эксцентрично (оси не пересекаются в одной плоскости) по отношениюк продольной оси потока воздушно-порошковой смеси, перемещающегося прямотоком вдоль корпуса зарядного устройства. Последнее обстоятельствоспособствует тому, что основнаячасть - ядро потока воздушно-порошковой смеси, получает вращательноеспиральное движение вокруг игольчатого коронирующего электрода, Этоспособствует удлинению пути и времени пребывания частиц в зоне зарядки,что, в свою очередь, повышает степеньэлектризации частиц,Однако известные способ и устройство обладают существенными недостатками. Бо-первых, не обеспечивается повышение степени униполярной зарядкичастиц порошка полимера, так как воздушно-порошковая смесь обтекает коронирующий электрод и проходит нетолько внешнюю, но и внутреннюю зонукоронного разряда, в которой частицыпорошка полимера получают разноименные заряды, что снижает степень униполярной зарядки, получаемой частицами порошка полимера во внешней зонекоронного разряда,Во-вторых, эффективность зарядкипорошка связана с малыми размерамизарядного устройства и, следовательно, малым расходом (до 5 м/ч) воздушно-порошковой смеси,электриэуемой в зарядном устройстве, Последнеесвязано с тем обстоятельством, чтопри увеличении размеров зарядногоустройства и объемов обрабатываемойвоздушно-порошковой смеси эффективность зарядки падает. Начинает сказываться эффект вращательного движения спирального потока воздушно-порошковой смеси. В таком потоке максимальная концентрация частиц находится вблизи стенок корпуса зарядногоустройства и, следовательно, выносится из зоны максимальной напряженности электрического поля коронного разряда, что не позволяет эффективно заряжать частицы порошка полимера прирасходах воздушно-порошковой смеси,- достигающих 5 - 80 м /ч, которые необходимы, например, для осуществления нанесения полимерного порошковогопокрытия на внутреннюю поверхностьтруб,Кроме того, входной штуцер устройства расположен за пределами межэлектродного промежутка, что ведет кпрохождению потока воздушно-порошковой смеси через внутреннюю зону короны, в которой находятся ионы с разными знаками. заряда, а эксцентричноерасположение входного штуцера по отношению к продольной оси зарядного канала ведет к тому, что из ядра потокак стенкам зарядного канала выноситсяпорошок, где образуется зона максимальной концентрации порошка. Приэтом частицы полимера проходят мимозоны максимальной напряженности электрического поля коронного разряда,что ухудшает их электризацию.Цель изобретения - повышение качества покрытия за счет увеличения сте5 93080пени униполярной зарядки частиц порошка полимера,Поставленная цель достигаетсятем,что поток воздушно-порошковойсмеси подают со скоростью не менее510 м/с в межэлектродный промежутокпод углом 20-85 к оси зарядногооканала, осуществляя движение потокачастиц порошка в зарядном канале попилообразной траектории до входав заземленный электрод.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройстве для зарядкичастиц порошков полимеров в коронном разряде, содержащем цилиндрический корпус из электронепроводящегоматериала с зарядным каналом круглого сечения для прохода потока воздушно-порошковой смеси, на выходном 20конце которого расположен заземленный электрод, выполненный в виде сопла Вентури, а на противоположномконце зарядного канала по его осиустановлен с возможностью поступаЪ ртельного перемещения вдоль оси канала игольчатый коронирующий электрод и входной штуцер для подачи потока воздушно-порошковой смеси, последний расположен в зоне межэлектродного промежутка зарядного канала, приэтом ось входного штуцера расположена под углом 20-85 О к продольной осизарядного канала и пересекает ее вточке, удаленной от острия коронирующего электрода на расстояние,рав 35ное не менее половины диаметра отверстия входного штуцера и трех диаметров коронирующего электрода, причемплощадь отверстия входного штуцерасоставляет 0,5-0,05 от площади отверстия зарядного канала,На фиг1 представлен общий видустройства для зарядки частиц порошков полимеров, поперечный разрез; 45на фиг.2 - схема движения потока воздушно-порошковой смеси в межэлектродном промежутке зарядного канала,Устройство содержит цилиндрический корпус 1, выполненный из электро Онепроводящего материала, например изорганического стекла.Внутри корпуса выполнен зарядный канал 2 круглого сечения. Входной штуцер 3, также, выполненный из электронепроводящегоматериала и служащий для подачи потока воздушно-порошковой смеси в зарядный канал, расположен на межэлектродном промежутке, Ось входного штуцера расположена под углом 20 -85 ф к продольной оси корпуса заряд,ного устройства.В начальной части корпуса 1 расположен коронирующий игольчатый электрод 4, который соединен с источником высокого напряжения с помощью высоковольтного ввода, выполненного в виде фиксирующего винта 5Коронирующий электрод 4 выйолненигольчатым в виде держателя с иглой,закрепленной на его рабочем конце,я расположен по оси зарядного канала.Высоковольтный ввод осуществлен посредством контактного устройства,выполненного в виде фиксирующего винта 5.Заземленный электрод б выполненметаллическим в виде сопла Вентури,а заземляющий его вывод выполнен ввиде фиксирующего винта 7. Коронирующий электрод выполнен с возможностьюего поступательного перемещения вдольоси зарядного канала посредством пружины 8 и пробки 9, выполненной изэлектронепроводящего материала - орг-,стекла. Диаметр игольчатого коронирующего электрода равен 0,51,5 мм,Точка 10 - точка пересеченияосей входного штуцера и зарядногоканала.Точка 1 О пересечения осей расположена от острия коронирующего электрода на расстоянии не менее половиныдиаметра отверстия входного штуцера Йвхи трех диаметров коронирующего электрода дз, то есть не менее1 вхЛ + 31 эОписываемое устройство для зарядки порошков полимеров работает следующим образом.Поток воздушно-порошковой смесиот питающего устройства (на чертежене показано) подают через входнойштуцер 3 в межэлектродный промежутокпод углом 20 - 85 к продольной осизарядного канала 2. При подводе высокого напряжения от отрицательногополюса источника высокого напряжения(на чертеже не показан) через контактное устройство к коронирующемуэлектроду 4 возникает коронный разряд. Нейтральные молекулы воздуха взоне возле острия ионизируются,обра"зуется внутренняя зона короны с ионами разных знаков заряда, длина кото 930806 рой не превышает трех диаметров коронирующего электрода. Отрицательныеионы интенсивно насыщают всю остальную часть межэлектродного промежут"5ка и образуют внешнюю зону коронногоразряда.Поскольку точка пересечения осипотока, входящего в зарядный канал,с осью зарядного канала отделена отострия коронирующего электрода нарасстояние не менее, чем половинадиаметра отверстия входного штуцера3 и трех диаметров коронирующегоэлектрода 4, то при выполнении указанного условия все частицы потокавоздушно-порошковой смеси пройдутмимо внутренней зоны короны и попадутво внешнюю зону короны, чем обеспечивается униполярная зарядка частиц 20порошка полимера. Последнее объясня-ется также тем, что диаметр зарядного канала в заявляемом устройстве непревьппает нескольких десятков миллиметров, а на таком расстоянии входящий в зарядный канал 2 из входногоштуцера 3 со скоростью не менее10 м/с поток воздушно-порошковой, смеси представляет собой компактнуюструю, которая не успевает потерять 30свою форму, расшириться и достигнутьэоны внутренней короны на своем путик точке пересечения осей входящегопотока и зарядного канала,Чтобы поток воздушно-порошковойсмеси имел возможность двигаться компактной направленной струей внутризарядного канала 2 и проходить путьпо ломаной пилообразной траекториидо входа потока в заземленный электрод 6, площадь отверстия входногоштуцера с б и площадь отверстия зарядного канала Рвыполнены в соотношении Г/Р, = 0,5 - 0,05, Приэтом соотношение Гб/Рзк = 0,5 ограничивает диаметр входной струи потока воздушно-порошковой смеси в зарядный канал. Выполнение соотношениябольше 0,5 уменьшает эффективностьзарядки частиц порошка полимера,таккак увеличение диаметра струи потокаувеличивает число частиц, проходящихна значительном удалении от зоны максимальной напряженности электрического поля коронного разряда, котораядля входящего потока лежит в точкепересечения осей потока с осью зарядного канала. Чем дальше от точки пересечения осей при входе в зарядный канал идет поток частиц порошка полимера, тем менее эффективна их зарядка, так как понижается удельная величина заряда частиц.Выполнение зарядного устройства сучетом соотношения Епп /Р Х менее0,05 ведет к значительному увеличению габаритов зарядного устройства,Кроме того,. растет его гидравлическое сопротивление по входу и резкоуменьшается расход воздушно-порошковой смеси, который может быть обработан в заявляемом устройстве, тоесть падает его производительность.Заземленный электрод 6 выполненметаллическим, например, из латуни,в виде сопла Вентури. Геометрия сопла Вентури выполнена следующей: пеоредний конфузор с углом 30 - 45задний диффузор с углом 7 - 10 О. Выполнение заземленного электрода данной геометрии обеспечивает надежнуюработу зарядного устройства, так какисключает забивание порошком поверхности заземленного электрода и образование обратной короны, котораяуменьшает эффективность зарядки. Названный эффект достигается за счетразвитой турбулентности потока навходе в сопло Вентури: сам поток воз.душно-порошковой смеси на входе очищает поверхность заземленного электрода, Б переменном сечении сопла Вентури твердая Фаза отжимается от стенок и затеи уже в выходном сечениидиффузора равномерно распределяетсяпо сечению выходного канала, Далеепоток заряженных частиц поступаетв распылительное устройство (на чертеже не показано), посредством которого его наносят на заземленное изделие,П р и м е р, Диаметр зарядногоканала составлял 40 мм, диаметр отверстия входного штуцера изменялсяот 3 до 32 мм, таким образом соотношение Г /Р, составляло 0,05 -0,55, межэлектродный промежуток15 - 35 , напряжение на коронируюощем электроде 10 - 25 кВ, ток разряда 25 - 190 мкА, диаметр коронирующего электрода 1 мм, расстоянией/2 + Зйсз составляло 4,5 - 17 мм.Проводили зарядку частиц порошкаполиэтилена низкого давления марки21006-б 75 со средним эквивалентнымдиаметром частиц б 7 мкм, эпоксиднойпорошковой краски П-ЭП в 2 и П-ЭП,1 О 0806 Фаг Фиг. Гдактор Л.Письман . Техред М.Моргентал Корректор Н.Ревс 669 Тираж 412 Государственного комитета по и 113035, Москва, Ж, писно ЗакаВНИИПИ бретениям и открытиям при ГКНТ СССаушская наб., д. 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,10 9 93 на расходах 1 - 80 м/ч и концентрации порошка в воздушном потоке до 0,3 кг/м. Результаты испытаний показали, что зарядное устройство,реализующее способ электризации порошков полимеров во внешней зоне коронного разряда, по сравнению с существующими устройствами обеспечивает следующие преимущества. Во-первых, позволяет производить эффективную зарядку частиц полимерных порошков при использовании напряжений 10 - 20 кВ и при значительных до 80 м 3 /ч расходах воздушно-порошковой смеси, проходящей через зарядное устройство, что позволяет быстро и эффективно наносить покрытия, например, на внутренние поверхности труб и других изделий с внутренними каналами. Во-вторых, повышение эффективности зарядки эа счет увеличения времени пребывания частиц порошка полимера в зоне межэлектродного промежутказарядного канала позволило снизитьнапряжение, подаваемое на высоковольтный коронирующий электрод. Последнее позволило использовать в уст,ройствах для зарядки частиц дешевыймалогабаритный преобразователь типа"Разряд" и блок питания к нему типа ИЭПП.Данные способ зарядки и устройство для его осуществления могут найтиприменение в автомобильной, электротехнической, химической, судостроительной и других отраслях промышленности, в которых используются методыэлектронно-ионной технологиидля полу-,чения полимерных порошковых покрытийна различных по сложности и конфигурации изделиях.