مقدمه
پوشش پودری یک فرآیند پوشش نهایی خشک است که در آن بار الکتریکی ایجاد شده باعث میشود تا پودر به سطح فلز جوش بخورد. سپس پوشش در کوره (Oven) پخت میشود و سطحی یکنواخت به دست می آید. پوشش های پودری فاقد حلال می باشند، در نتیجه در ضخامت بیشتری نسبت به پوشش های مایع معمولی، بدون افتادگی قابل اجرا هستند و کمترین تفاوت ظاهری بین سطوح با پوشش افقی و سطوح با پوشش عمودی دارند. پوشش های پودری بر اساس سیستم های رزین پلیمری ترکیب شده با عوامل پخت، رنگدانه ها، عوامل تراز کننده، اصلاح کننده های جریان و سایر افزودنی ها هستند. این مواد ذوب، مخلوط و با سرمایش و کراشه کردن فیلم به پودر یکنواختی تبدیل می شوند و درنهایت روی سطح اعمال شده و داخل کوره پخت می شوند. شکل 1 فرآیند تولید پیوسته پوشش های پودری را نشان می دهد.
شکل 1. شماتیک تولید پیوسته پوشش های پودری
فرآیند تولید پوشش پودری
فرآیند تولید یک پوشش پودری در مقایسه با سایر پوشش ها دارای تفاوت هایی از قبیل پیچیدگی، مدت زمان طولانی تولید و نیز نیاز به تجهیزات بیشتر، می باشد. در ذیل هر یک از تجهیزات لازم برای ساخت پوشش پودری، به ترتیب استفاده از آنها توضیح داده شده است:
1) پیش اختلاط
اولین مرحله در ساخت یک پوشش پودری، مرحله پیش اختلاط است. این مرحله مهمترین مرحله تولید است. اندازه های مختلف رزین، پودر رنگدانه و غیره باید قبل از ورود به مرحله بعدی – اکستروژن – به یک ترکیب همگن با اندازه ذرات مشابه تبدیل شوند. از آنجایی که اکسترودر یک میکسر مذاب ساده است و یک پخش کننده بسیار کارآمد نیست، مرحله پیش اختلاط باید بهترین پخش کنندگی مواد را در محصول نهایی فراهم سازد. بنابراین، پیش اختلاط در تجهیزاتی با توانایی کافی برای شکستن تکه های بزرگ رزین، اختلاط کامل اجزای مایع و پراکنش اجزای مورد استفاده در مقادیر کمتر (مانند مواد افزودنی) انجام می شود.
تجهیزات مرحله پیش اختلاط از یک مخزن مخلوط کن با درب قفل شونده تشکیل شده است. این تجهیزات معمولاً دارای یک ژاکت خنک کننده است که میتواند با آب جاری یا در موارد نادر با گازهای سرمایش پر شود. تیغههای همزن درون مخزن، ممکن است اشکال مختلفی داشته باشند. با این حال، معمولاً دو یا سه تیغه در ارتفاع ها و جهت‌گیری های مختلف نسبت به یکدیگر وجود دارند.
2) اکستروژن
مرحله دوم تولید پوشش پودری اکستروژن است. اکسترودر اساساً از یک استوانه فولادی ضد زنگ افقی تشکیل شده است. در داخل استوانه یک یا دو “پیچ” وجود دارد که قطر آنها کمی کوچکتر از آن است. پیچ ها می چرخند و پیش مخلوط را از طریق “مناطق اختلاط” گرم شده به جلو می برند. مناطق اختلاط دارای اتصالات خاصی هستند که به آن پره های اختلاط یا تیغه می گویند. پره ها مخلوط ذوب شده را ورز می دهند و مواد مختلف را با هم مخلوط می کنند. برخلاف آنچه تصور می شود، چنانچه پیش اختلاط صورت نگیرد، اکسترودر پخش کننده خوبی نخواهد بود. فضای بین پیچ‌ها و دیواره‌های اکسترودر نسبتاً بزرگ است و اجازه می‌دهد تا مواد بدون پراکندگی کامل از آن عبور کنند. همچنین، اجزا به سرعت از آن عبور می کند و زمان زیادی برای پراکندگی موثر ندارند.
سه نوع اصلی اکسترودر وجود دارد. نوع اول، اکسترودر تک پیچ، که بیشتر در صنعت پلاستیک استفاده می شود. این نوع از اکسترودر مواد را به کندی پیش میراند و اغلب مناسب پوشش های ترموستی که ممکن است سریعا ژل شوند، نمی باشد.
نوع دوم اکسترودر، اکسترودر دو پیچ چرخنده به صورت ناهمسو است. این نوع، از دو پیچ که در کنار هم قرار گرفته اند و در جهت مخالف یکدیگر می چرخند (یکی در جهت عقربه های ساعت و دیگری خلاف جهت عقربه های ساعت)، تشکیل شده است. این نوع از اکسترودر معمولا در صنعت پلاستیک استفاده می گردد.
سومین نوع اکسترودر که در تولید پوشش پودری مورد استفاده قرار می گیرد، اکسترودر دو پیچ همسوگرد است. در این نوع، دو پیچ در کنار هم و در یک جهت می چرخند. این عمل، به میزان قابل توجهی توان عملیاتی را افزایش و زمان ماند را کاهش می دهد. کاهش زمان ماند در پوشش‌های ترموست، به ویژه در سیستم‌های فعال با ژل تایم کوتاه مهم است.
شکل 2. نوع پیچ های اکسترودر مناسب پوشش های پودری
3) آسیاب
مرحله آسیاب در ساخت یک پوشش پودری برای عملکرد نهایی آن مهم است. اندازه و توزیع متوسط ذرات در خواص و ظاهر سطح نهایی پوشش، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. هنگامی که یک پوشش پودری اکسترود گردید، از یک یا چند مرحله عبور می کند تا برای آسیاب آماده شود. مواد مذاب روی غلطک‌های فلزی خنک ریخته و سرد می‌شوند، سپس پوشش به صورت پرک شده وارد آسیاب می گردد.
سه نوع آسیاب اصلی در صنعت پوشش پودری وجود دارد: آسیاب ضربه ای یا چکشی، آسیاب هوا جت و آسیاب طبقه بندی هوا. آسیاب ضربه ای یا چکشی، مواد را با پرتاب کردن آنها یا برخورد آنها به صفحه ثابت خرد می کند. سپس ذرات برای تنظیم نهایی توزیع اندازه ذرات، به الک های مختلف یا جداکننده های سیکلونی منتقل می شوند.
آسیاب هوا جت یک آسیاب بسیار کارآمد است. پوشش های پودری به جریان هوا با حجم و سرعت بالا وارد می شوند. این ذرات دور محفظه آسیاب استوانه ای شکل می گیرند و به ذرات دیگر برخورد می کنند و آنها را به پودرهای بسیار ریز می-شکنند. مواد ریز با هوای خروجی، از محفظه خارج شده و به دستگاه های جداسازی و توزیع اندازه ذرات منتقل می شوند.
آسیاب طبقه بندی هوا (air classifier) دارای عناصر هر دو نوع آسیاب قبلی است. در این نوع آسیاب، یک محفظه ضربه ای وجود دارد که با جریان های هوایی تکمیل می شود و به سرعت مواد پوشش را خرد می کند. این نوع آسیاب، از کنترل خوبی در توزیع اندازه ذرات برخوردار بوده و اثرات گرمایی مانند چسبندگی ذرات را به حداقل می رساند.
4) الک و مش بندی
ساختار نهایی توزیع اندازه ذرات، با عبور مواد از فیلترهای side removal یا جداکننده‌های سیکلونی انجام میشود. فیلترهای side removal از نوعی استوانه تشکیل شده اند که دارای کیسه هایی با مش بندی متفاوت می باشند. ذرات پودر وارد این کیسه ها شده و از فیلتر های اطراف جداسازی می شوند. در مقابل، اصول جداکننده‌های سیکلونی، ایجاد نیروی گریز از مرکز با استفاده از جریان عمودی هوا در دستگاه‌ها می باشد که با ورود هوای با سرعت بالا به مخزن باعث نوعی چرخش مارپیچی در پودر می شوند. بدین ترتیب، سنگین ترین (بزرگترین) ذرات به پایین محفظه می-ریزند و برای بازیافت، جمع آوری یا به عنوان زباله دور ریخته می شوند. ریزترین ذرات که با هوای خارج شده از بالا به بیرون می ریزند، از طریق مجراها جریان می یابند و در صورت نیاز، ذخیره و یا دور ریخته می شوند. با تنظیم حجم و سرعت جریان هوا، توزیع اندازه ذرات را می توان تغییر داد. در جدول زیر مزایا و معایب فیلترهای سیلیکونی در مقایسه با فیلترهای side removal ذکر شده است:
شکل 3. مزایا و معایب فیلتر های سیکلونی در برابر فیلتر های side removal
