Bevezetés

Az ipari bevonatok nagyon sokféle funkciót látnak el, a korrózió- és kopásállóságtól, valamint az UV-védettségtől a hő- és elektromos szigetelésen át a megjelenés javításáig. A bevonatok piaca számos ágazatra kiterjed, ideértve az ipari, autóipari, tengeri, tekercs-, csomagoló-, szállító- és építőanyagokat. Az új és feltörekvő piacok élvonalbeli, tervezett bevonati megoldásokra szorulnak, szigorúan ellenőrzött teljesítményjellemzőkkel. A bevonóipar kihívása a meglévő és a feltörekvő piacok számára a költségek csökkentése, a teljesítmény optimalizálása, valamint a hulladék- és környezeti hatások csökkentése mellett.

1.ábra. Példák bevonási alkalmazásokra

Hatalmas alkalmazási területeivel és a végfelhasználói ágazatok növekvő igényével ez az ipar új módszereket keres a hatékonyság, az átfutási idő és a kapacitáskihasználás javítására. Az ágazatok vezetői az összes ágazatban haladnak olyan fejlettebb technológiák bevezetése felé, mint az automatizálás, az ipari tárgyi internet (IIoT) és a szimulációs technikák.

A bevonat alkalmazása

A bevonási és befejezési folyamatok fejlett technológiákat alkalmaznak tartós felületek, kiváló minőségű felületek előállítására, miközben maximalizálják a folyamat hatékonyságát és megfelelnek a környezetvédelmi előírásoknak. A felületminőség, a termékminőség és a változatosság létfontosságú szerepet játszik az ügyfelek elégedettségének biztosításában. A bevonat mennyisége és minősége nagy és közvetlen hatással van a gyártási, értékesítési és karbantartási költségekre.

A bevonó anyag viszkozitása központi szerepet játszik az állag elérésében. Ez a folyadékban lévő bevonó szilárd anyagok koncentrációjának hatékony mutatója, amely a film vastagságának és egyenletességének alapja. A teljesítményparaméterek mind a folyadékbevonat viszkozitásától függenek az alkalmazás helyén. Ide tartoznak a bevonófólia felépítése, az átviteli hatékonyság, a bevonat vastagsága és lerakódása, a színegyezés, a kész felület tulajdonságai és a vegyszerállóság. A viszkozitás a fő tényező, amely befolyásolja a bevonat vastagságát és tapadását. A megfelelő viszkozitásszabályozás biztosítja a bevonat minőségét és élettartamát, segít kielégíteni a bevonási folyamat minőségével és termelékenységével szemben támasztott legmagasabb követelményeket.

Egy tipikus bevonórendszer a következőket tartalmazza: alapkészlet és utánpótló folyadék, kevergetett keverőtartály, szivattyú, az adagoló vezeték az applikátorhoz, maga az applikátor és a visszatérő vezeték a keverő tartályhoz. Az applikátor felhasználhat mártást, tekercset, permetezést, porlasztást, áramlást vagy más eljárást. Ha a bevonóoldat nem kellően viszkózus, akkor a termék bevonata nem lehet elég vastag ahhoz, hogy védelmet nyújtson. Ha azonban a viszkozitás túl alacsony, akkor a film megereszkedése függőleges felületeken következik be, ami a bevonat egyenlőtlenségéhez vezet. Ehhez összetett reológiai tulajdonságokkal rendelkező befejezésekre van szükség. A permetezés során alacsony viszkozitással kell rendelkezniük, és sokkal nagyobb viszkozitással kell rendelkezniük, amikor az anyag a bevonandó felületre landol. Ezenkívül a bevonat viszkozitása a hőmérséklettől függ, így a felületi minőség megőrzéséhez kompenzálni kell a bevonó anyag viszkozitását a környezeti alkalmazási hőmérséklethez.

A bevonat viszkozitásának jelenlegi állapotaoring és ellenőrzés

A viszkozitást általában a laboratóriumban mérik rotációs műszerrel, például Brookfield típusú viszkoziméterrel vagy nagy pontosságú reométerrel. Ez lehetővé teszi a szigorú hőmérséklet-szabályozást, ami elengedhetetlen a bevonóanyagok reológiai tulajdonságainak jellemzéséhez. Ezeknek a gyártási padlóról kihúzott mintákon végzett méréseinek elemzése azonban órákig vagy akár napokig is eltarthat, így méréseik nem jellemezhetik a jelenleg alkalmazott anyagok tényleges állapotát.

A gyártási padlón a viszkozitást általában úgy mérik, hogy egy tölcsérszerű eszközből, például Fordból vagy hasonló kifolyócsészéből áramlik. A kezelő megtölti a csészét a készítménnyel, és megméri a csésze kiürüléséhez szükséges időt. Minél hosszabb az idő, annál nagyobb a viszkozitás. Ezt általában 15 perc vagy annál hosszabb időközönként végezzük, így a viszkozitás eltérései csak akkor észlelhetők, ha jelentős mennyiségű bevonatot már felvittek. Ezenkívül a csészemérések hőmérséklet-szabályozása nehéz, ha nem is lehetetlen, ami nagy eltérésekhez vezet a mért értékek és a tényleges viszkozitás között az alkalmazás helyén. Az ilyen offline mérések nem képesek rögzíteni a hőmérsékletváltozások, keverési változások és párolgás miatti viszkozitásváltozásokat.

Az anyag hőmérsékletének változása viszkozitásváltozáshoz vezet a bevonó anyagokban, ami szerkezeti különbségeket vagy megereszkedést eredményez. A legtöbb festékrendszerben a kötőanyag és a pigment komponensek ülepedése hajlamos. Az inhomogén bevonóanyag elkerülhetetlenül nem megfelelő bevonási eredményhez vezet. A leállított alkatrészek eltömődéshez és a vezetékek fokozatos elzáródásához vezethetnek. A pelyhesített kabátkomponensek a kabátfilm szennyeződését eredményezik. A nehezen szabályozható variációk hibás filmvastagságot eredményeznek, és ennek következtében rossz minőségű, használhatatlan végtermékekhez vezetnek, elfogadhatatlan vizuális vagy egyéb teljesítményjellemzőkkel.

Asztal 1. Néhány tipikus bevonathiba és annak oka

Inline viszkozitásmérés a mentéshez

Szerencsére léteznek olyan megoldások, amelyek lehetővé teszik a valós idejű, soron belüli viszkozitásmérést és -szabályozást, lehetővé téve a folyamatváltozások azonnali észlelését. Az oldószer vagy bevonat hozzáadása, a hőmérséklet-változások és a párolgás okozta viszkozitás-ingadozások automatikusan kompenzálhatók, mielőtt azok befolyásolnák a bevonat minőségét. Folyamatos viszkozitás monitororing összefüggésbe hozható a bevonóanyag- és oldószerfelhasználással, valamint a filmvastagsággal és -minőséggel, hogy stratégiailag megváltoztassák a folyamatparamétereket a bevonási folyamat optimalizálása érdekében. Az inline viszkozitásszabályozás jobb termékminőséget, megnövekedett hozamot, jelentős megtakarítást eredményezhet a bevonatok és bevonó oldószerek használatában, és minimálisra csökkentheti a bevonási folyamat leállási idejét a hagyományos, off-line mérésekhez képest az eflux csészével.

Az oldószer elpárologtatása, friss bevonat vagy oldószer hozzáadása a keverőtartályhoz és az ülepedés a bevonóanyagok viszkozitásának változásához vezethet, ami bevonati hibákat vagy túlzott bevonatot és oldószerfogyasztást eredményezhet.

A hőmérséklet szintén döntő változó a viszkozitás meghatározásában. Sajnos a termelési környezetek hőmérsékletét gyakran nem szabályozzák megfelelően. A viszkozitásnak, amely a bevonat szilárdanyag-tartalmát tükrözi, a hőmérséklet-változások ellenére helyesnek kell lennie. A csészeméréseknek nincs sem hőmérsékletmérésük, sem vezérlésük, ezért nem lehet közvetlenül összehasonlítani a tényleges permetezési hőmérsékletgel. Ez a bevonat minőségének változásához vezethet, mivel a folyamat hőmérséklete változik.

A valós idejű viszkozitás-szabályozás bevonóinak meghajtói

Négy jelentős tényező teszi fontossá a viszkozitáskezelést a bevonat alkalmazásában:

1. Végtermék minőség: A gyenge bevonatminőség hátrányosan befolyásolhatja a bevonatok kívánatos tulajdonságait - a kész felület minőségét, a bevonat lerakódását, a védelmi tulajdonságokat és a kémiai reakcióképességet. Mindezek a tulajdonságok a bevonási folyamat szabályozásának mértékétől függenek, ezért kritikus a viszkozitás szabályozása.
2. A költségek csökkentése a hulladék csökkentésével: A túlkeverés nem csak a végtermék minőségét, hanem a hulladék összetevőket, alapanyagokat, időt és energiát is befolyásolhatja. A viszkozitáskezelés a keverési folyamat során megbízhatóan és pontosan azonosíthatja a végpontot, ami jelentősen csökkenti a nyersanyag-felhasználást, az energiafelhasználást, az elutasításokat és a hulladékot.
3. Hatékonyság: Problémamentes, valós idejű monitorozásoring A viszkozitás növelése kiküszöböli a költséges és időigényes laboratóriumi elemzéseket, amelyek gyakran késleltetett választ eredményeznek a bevonat változásaira. A konzisztencia biztosítása a bevonási folyamat során jelentősen csökkenti a selejt arányát, költséget és időt takarít meg, miközben javítja a haszonkulcsot.
4. Automatizálás: Automatikus monitorozásoring és a bevonat előkészítési és felhordási folyamatának ellenőrzése manuális mintavételi és tesztelési lépést tesz lehetővé, amely hajlamos a hibákra, és megkíméli a kezelőket attól, hogy a végtermék minőségére összpontosítsanak.

A bevonatalkalmazásoknak fejlett folyamat-technológiára van szükségük a pontos, valós idejű soros viszkozitásméréshez és -szabályozáshoz

A belső viszkozitásmérés kompakt, robusztus viszkozitás-érzékelőt igényel, kombinálva egy mérési és vezérlőrendszerrel, amely az érzékelő leolvasását a folyamat viszkozitásának nyomon követésére és szabályozására használt információvá alakítja.

Az inline méréseknél különösen alkalmazhatónak bizonyult technológia egy mechanikus rezonátort használ, amelynek rezgéseit a bevonó anyag viszkozitása csillapítja. A rezonáns érzékelőhöz csatlakoztatott elektronikai rendszer megméri a csillapítását, és ezt viszkozitássá alakítja. Ezenkívül a viszkozitásérzékelőbe telepített hőmérsékletérzékelő eszköz pontosan a viszkozitásmérés pontján biztosítja a bevonóanyag hőmérsékletének mérését.

A rezonáns szenzortechnológia olyan megoldást kínál, amely egyedülállóan illeszkedik a beépített bevonatokhozoring és irányítani. Megfelelnek a megbízható és pontos mérés számos követelményének:

• Robusztusság - megtartják a pontosságot és az ismételhetőséget a folyamatparaméterek nagy változása esetén. Ezek mentesek a laboratóriumi viszkoziméterekre és a reométerekre jellemző forgó alkatrészektől és keskeny hézagoktól. Továbbá magas rezgés és sokk hatású környezetben is működhetnek.
• Kezelői függetlenség - mind a kiáramló csészék, mind a laboratóriumi eszközök ügyes kezelőt igényelnek a megbízható, megismételhető mérések fenntartásához. Megfelelő képzettség és a részletekre való odafigyelés nélkül az üzemeltetőtől függő módszerek általában nem megbízhatóak a bevonási folyamat szigorú ellenőrzésének fenntartásában.
• Kompatibilitás az automata monitorraloring és vezérlőrendszerek – Az Ipar 4.0 módszertanok megvalósítása megköveteli a mérőrendszerek zökkenőmentes összekapcsolását a meglévő üzemi technológiával. A rezonáns viszkoziméter rendszerek a kimeneti lehetőségek széles spektrumát kínálják, 4-20 mA-es áramhuroktól Etherneten keresztül, RS485 és CAN busz interfészeken keresztül, amelyek olyan ipari szabványos protokollokat futtatnak, mint a Modbus, EthernetIP, CANOpen, Profinet, JSON, OPC UA a gépi adatgyűjtéshez. PLC és gyári SCADA rendszerek. Ezzel szemben az offline módszerek megkövetelik a közbenső szakaszt, amikor a kezelő a viszkozitásértékeket manuálisan adja meg, ez a folyamat hajlamos a kihagyásokra és hibákra, és nem biztosítja a folyamat teljes nyomon követhetőségét.
• Szoros hőmérséklet-szabályozás - egy jó rezonáns érzékelőhöz hőmérséklet-mérés van beépítve az érzékelő elembe. Ez lehetővé teszi a bevonó anyag jellemzését a viszkozitás mérésének pontján, nem pedig laboratóriumi körülmények között.
• Egyszerű karbantartás - a legfejlettebb rezonáns érzékelők hermetikusan lezárt, mechanikailag robusztus érzékelőelemeket tesznek ki a bevonó anyagnak. Hézagoktól és üregektől mentesek, könnyen megtisztíthatók a helyükön (CIP), vagy oldószerrel átitatott ronggyal egyszerűen letörölhetők. Még olyan rendszerek is rendelkezésre állnak, amelyek lehetővé teszik az érzékelő mosását a sorban, önellenőrző rendszerekkel kombinálva, amelyek jelzik, hogy az érzékelő tiszta és szennyeződésmentes.
• Költséghatékony - annak ellenére, hogy a kiáramló csészékkel összehasonlítva a viszonylag magasabb kezdeti költségekkel jár, a belső rezonáns mérőrendszerek általában jóval olcsóbbak, mint a tipikus laboratóriumi műszerek, különösen, ha a képzett laboratóriumi technikusok visszatérő költségeit beleszámítják az egyenletbe. Ezeknek az inline viszkozimétereknek az élettartama jelentősen alacsonyabb, mint a kézi poharaké, ha figyelembe vesszük a munkaerőköltséget.

Ilyen előnyöket kínáló rezonáns érzékelő például a Rheonics SRV inline viszkoziméter (lásd a 2. ábrát lent)

Kompakt formája lehetővé teszi a közvetlen telepítést a bevonat vonalában, közel az alkalmazási ponthoz. Gyakorlatilag nagy nyírási sebessége, amely a tipikus festékrendszerek magas nyírási síkjára vezet, olyan méréseket eredményez, amelyek pontosan megjósolják a bevonat viselkedését a permetezésre jellemző áramlási körülmények között.

2.ábra. Inline viszkoziméter SRV (forrás: rheonics)

Viszkozitás és hőmérséklet: intim kapcsolat

Szinte minden folyadék viszkozitása erősen hőmérsékletfüggő. A viszkozitásmérés szigorú és pontos hőmérsékletszabályozás nélkül értelmetlen. Emiatt elengedhetetlen, hogy a folyadék hőmérsékletét a lehető legközelebb a viszkozitásmérés pontjához mérjük. Olyan eszközök, mint a Rheonics Az SRV pontos hőmérséklet-méréssel rendelkezik az érzékelőelembe, így minden viszkozitásmérés értékéhez hőmérsékleti érték társul.

További előnye van a folyadék hőmérsékletének a viszkozitásmérés pontján történő mérésénél. Jellemezni lehet a bevonat viszkozitásának a hőmérséklethez való viszonyát azáltal, hogy a hőmérsékletét a bevonó vonalon várt tartományon belül változtatjuk, miközben viszkozitását az inline viszkoziméterrel mérjük. Az így kapott mérések felhasználhatók olyan képlet levezetésére, amely lehetővé teszi, hogy a folyadék viszkozitását bármely, ezen a tartományon lévő hőmérsékleten kiszámítsák a tartomány bármely más hőmérsékletén végzett mérésből. Ezért az ún hőmérséklet-kompenzált viszkozitás függetlenné válik a folyamat tényleges hőmérsékletétől. A hőmérséklet-kompenzált viszkozitás azért fontos, mert néhány nagyon releváns folyamatparamétert tükröz, például a pigmentterhelést vagy az oldószer-koncentrációt, amelyek önmagukban függetlenek a hőmérséklettől.

A megbízható viszkozitásmérés lehetővé teszi az ipar 4.0 integrációjának előrejelzését

A bevonási vonalaknak az Ipar 4.0 szabványoknak való megfeleltetéséhez szükséges néhány kulcsfontosságú elem a következők:

• A bevonat következetessége automatikus korrekciós műveletek révén
• Agilitás az új termékváltozatok kezelésében a termelésben, a megfelelésben és a termék eredetében
• A nagy adatok megbízható bizonyítékokkal szolgálnak a nagyobb hatékonyság érdekében hozott döntések megalapozásához
• Az összekapcsolás és az információk átláthatósága lehetővé teszi az üzemeltetők számára, hogy döntéseket hozzanak a termelő létesítményeken belül és kívül is, ezáltal lehetővé téve a döntések decentralizálását
• A szén-dioxid-kibocsátás csökkentése - A bevonási folyamat optimalizálása csökkenti az anyagfelhasználást, az energiafogyasztást és a pazarlást - mindez jelentősen csökkenti a bevonási folyamat CO2-költségkeretét
• A tipikus inline viszkoziméterek megtérülése (ROI) 3-6 hónap.

3.ábra. Vázlatos mutatja a viszkoziméter inline integrációját és vezérlő autóipari festési / bevonási folyamatban.

A nagyobb pontosság, megbízható és mozgékony bevonási folyamatirányítás felé

 A rezonáns viszkozitás-érzékelőket gyakran párosítják a hagyományos PLC-alapú vezérlőrendszerekkel. Ezek általában nem használják ki a modern, Industry 4.0 kompatibilis érzékelő rendszerek által megkövetelt összes előnyt.

A kifinomultabb rendszerek például kihasználhatják a rezonáns érzékelők által biztosított rendkívül pontos és reprodukálható méréseket, hogy lehetővé tegyék a bevonat paramétereinek „zár és terhelés” beállítását azáltal, hogy összevetik a tényleges méréseket a bevonatanyagok és a megállapított munkaparaméterek adatbázisával. Az egyik ilyen rendszer a Rheonics CoatControl ViscoLock szoftverrel, amely lehetővé teszi a bevonatok hőmérséklet-kompenzált viszkozitásának online szabályozását egyidejűleg több sorban. Egyetlen műszerfalról több érzékelő kezelhető a gyár padlóján. A bevonat konzisztenciája több soron a gyárban még változó hőmérséklet és párolgási feltételek mellett is elérhető az adagolórendszer automatizálásával egy vezérlővel, folyamatos valós idejű viszkozitásmérésekkel. A bevonatolók végre elérhetik minden bevonási művelet teljes nyomon követését.

Következtetés

A modern érzékelő- és vezérlőrendszerek elősegítik a bevonási folyamatok vezérlését, hogy megfeleljenek az Ipar 4.0 követelményeinek. A pontos, megbízható soros érzékelők és a kifinomult online vezérlőrendszerek párosításával a viszkozitásszabályozás a nagysebességű, automatizált bevonatsorok követelményeinek megfelelővé válhat, miközben fokozza a termelékenységet és a környezetvédelmi előírásoknak való megfelelést. Az ilyen rendszerek nyitottak a jövőbeni fejlesztésekre, lehetővé téve az agilis alkalmazkodást a változó bevonatkészítményekhez és az alkalmazási technológia fejlesztését.

1. Hangsúlyozza a fokozott hatékonyságot, termelékenységet, mozgékonyságot és rugalmasságot, miközben megőrzi a minőséget és a biztonságot, a festék- és bevonatgyártó berendezések fejlődését: https://www.paint.org/coatingstech-magazine/articles/advances-in-paint-and-coating-manufacturing-equipment/
2. Optimális viszkozitás a festék alkalmazásához: https://www.paint.org/coatingstech-magazine/articles/optimum-viscosity-paint-application/
3. Az SRV működési elve: https://rheonics.com/whitepapers/
4. A bevonat-ipar fenntarthatóságának frissítése - https://www.paint.org/coatingstech-magazine/articles/an-update-on-sustainability-in-the-coatings-industry/

Ha többet szeretne megtudni a bevonatipari megoldásokról, látogasson el a megoldások oldalra.