Bài giảng Công nghệ xử lý vật liệu

C ng ngh x l v t li u

◼ Xử lý bề mặt là một khâu quan trọng trong quá trình sản xuất hầu hết các vật dụng

bằng kim loại. Tùy thuộc vào bản chất của việc xử lý, bề mặt kim loại có thể được

hoàn thiện theo các cách khác nhau. Nó có thể được cải thiện về độ bền ăn mòn

hoặc bào mòn; có thể có một bề măt có tính xúc tác; hoặc có thể được làm tăng vẻ

đẹp của bề mặt...

◼ Hiện nay trong các nhà máy, xí nghiệp đang rất chú trọng tới mẫu mã cũng như chất

lượng của sản phẩm sau khi gia công. Một trong những phương pháp xử lý bề mặt

đang được xử dụng rộng dãi đó là Sơn Tĩnh Điện.

◼ Hầu hết các nhà khoa học trên thế giới đều công nhận rằng: hiếm có một công nghệ

hiện đại nào được phát minh và đưa vào sử dụng phục vụ sản xuất, thay thế cho

công nghệ cũ mà cho chất lượng cao, vừa hạ giá thành sản phẩm nhưng chi phí đầu

tư lúc ban đầu lại như công nghệ cũ – đó là Sơn Tĩnh Điện.

I. ĐẶT VẤN ĐỀ

1. Thế nào là sơn tĩnh điện?

◼ Sơn tĩnh điện còn được gọi là sơn khô vì tính chất phủ ở dạng bột của nó và khi sử

dụng nó sẽ được tích một điện tích (+) khi đi qua một thiết bị được gọi là súng sơn

tĩnh điện, đồng thời vật sơn cũng sẽ được tích một điện tích (-) để tạo ra hiệu ứng

bám dính giữa bột sơn và vật sơn. Sơn Tĩnh Điện là công nghệ không những cho ta

những ưu điểm về kinh tế mà còn đáp ứng được về vấn đề môi trường cho hiện tại

và tương lai vì tính chất không có chất dung môi của nó. Do đó về vấn đề ô nhiễm

môi trường trong không khí và trong nước hoàn toàn không có như ở sơn nước.

2. Lịch sử hình thành.

◼

Nguyên lý phủ sơn bằng hợp chất hữu cơ (organic Polymer) dạng bột được gia

nhiệt và phủ lên bề mặt kim loại được nghiên cứu và đưa vào áp dụng thử tại Châu

Âu bởi nhà khoa học Tiến sĩ Dr. Erwin Gemmer vào đầu thập niên 1950, nhưng mãi

đến khoảng năm 1964 thì qui trình Sơn Tĩnh Điện (Electrostatic Powder Spray) mới

thành công và được thương mại hóa rồi được sử dụng rộng rãi cho đến ngày nay.

Qua nhiều thập niên được đóng góp, cải tiến bởi các nhà khoa học và các nhà sản

xuất về cách chế biến bột sơn đã giúp cho công nghệ Sơn Tĩnh Điện ngày càng

hoàn chỉnh về chất lượng và mẫu mã tốt hơn .

I. ĐẶT VẤN ĐỀ

Dưới đây là phần tóm tắt qua nhiều thập niên của Sơn Tĩnh Điện cũng như ảnh

hưởng rộng rãi của nó:

1966 – 1973 Bốn loại hóa học khởi điểm- Epoxy, Hybrid, Polyurethane, và

TGIC - được giới thiệu trên thị trường. Một vài loại Melamine và Acrylic vẫn chưa

thành công. Đầu thập niên 1970 Sơn Tĩnh Điện phát triển nhanh và được sử dụng

rộng rãi ở Châu Âu.

Đầu thập niên 1980 Phát triển nhanh và được sử dụng rộng rãi ở Bắc Mỹ và

Nhật.

Giữa thập niên 1980 Phát triển nhanh và được sử dụng rộng rãi ở Viễn Đông

(thềm Lục Địa Thái Bình Dương).

1985 – 1993 Những loại bột sơn mới được giới thiệu trên thị trường. Có đủ loại

Acrylic và hỗn hợp của những loại bột sơn được tung ra.

I. ĐẶT VẤN ĐỀ

3. Phân loại.

◼ Công nghệ sơn tĩnh điện (Electro Static Power Coating Technology) là

công nghệ hiện đại được phát minh bởi TS. Erwin Gemmer vào đầu thập

niên 1950. Qua nhiều cải tiến bởi các nhà khoa học, các nhà sản xuất chế

tạo về thiết bị và bột sơn đã giúp cho công nghệ sơn tĩnh điện ngày càng

hoàn chỉnh về chất lượng và mẫu mã tốt hơn.

I. ĐẶT VẤN ĐỀ

Có 2 loại công nghệ sơn tĩnh điện:

-Công nghệ sơn tĩnh điện khô (sơn bột): Ứng dụng để sơn các sản phẩm bằng

kim loại: sắt thép, nhôm, inox...

-Công nghệ sơn tĩnh điện ướt (sử dụng dung môi): Ứng dụng để sơn các sản

phẩm bằng kim loại, nhựa gỗ,...

• Ứng dụng. Hiện nay công nghệ sơn tĩnh điện được ứng dụng rộng rãi trong rất

nhiều ngành công nghiệp như: công nghiệp hàng hải, công nghiệp hàng không,

công nghiệp chế tạo xe hơi và xe gắn máy,… đến các lĩnh vực như sơn trang trí, xây

dựng công nghiệp, xây dựng dân dụng, …

◼ 4. Ưu, nhược điểm

◼ a. Về kinh tế:

◼ - 99% sơn được sử dụng triệt để (bột sơn dư trong quá trình phun sơn được thu hồi

để sử dụng lại).

◼ - Không cần sơn lót

◼ - Làm sạch dễ dàng những khu vực bị ảnh hưởng khi phun sơn hay do phun sơn

không đạt yêu cầu.

◼ - Tiết kiệm thời gian hoàn thành sản phẩm.

I. ĐẶT VẤN ĐỀ

b. Về đặc tính sử dụng:

- Quy trình sơn có thể được thực hiện tự động hóa dễ dàng (dùng hệ thống phun sơn

bằng súng tự động).

- Dễ dàng vệ sinh khi bột sơn bám lên người thực hiện thao tác hoặc các thiết bị

khác mà không cần dùng bất cứ loại dung môi nào như đối với sơn nước.

c. Về chất lượng:

- Tuổi thọ thành phẩm lâu dài

- Độ bóng cao

- Không bị ăn mòn bởi hóa chất hoặc bị ảnh hưởng của tác nhân hóa học hay thời

tiết.

- Màu sắc phong phú và có độ chính xác cao…

Và còn rất nhiều lợi điểm khác nữa mà chính người sử dụng trong quá trình ứng

dụng công nghệ sơn tĩnh điện sẽ nhận thấy.

II. PHẦN TÌM HIỂU

◼ 1. Khái niệm bột sơn tĩnh điện

II. PHẦN TÌM HIỂU

Bột sơn tĩnh điện là nguyên liệu dùng trong công nghệ sơn tĩnh điện, bao gồm 3

thành phần chính là nhựa, bột màu và chất phụ gia.

Phân loại Bột sơn tĩnh điện: Bột sơn tĩnh điện hiện nay gồm 04 loại phổ biến:

Bóng (Gloss), Mờ (Matt), Cát (Texture), nhăn (Wrinkle) sử dụng cho hai điều kiện

trong nhà và ngoài trời.

Điều kiện bảo quản: Như đã nói ở trên, điều kiện để bảo quản bột sơn tĩnh điện

rất an toàn vì không sợ cháy nổ do nó là dạng bột khô không chứa dung môi và

không tốn nhiều chi phí, chỉ cần đáp ứng đầy đủ các điều kiện sau là chúng ta có

thể bảo quản bột sơn an toàn và hiệu quả nhất: - Để nơi khô ráo, thoáng mát - Nhiệt

độ bảo quản dưới 33 0C (rất phù hợp với thời tiết và khí hậu của Việt Nam) - Chỉ

nên chất lên cao tối đa là 5 lớp.

II. PHẦN TÌM HIỂU

2. Quy trình sơn tĩnh điện

Hệ thống thiết bị ứng dụng công nghệ sơn tĩnh điện:

Xử lý bề mặt: Bao gồm 4 bể hóa chất: Bể chứa hoá chất tẩy dầu mỡ Bể chứa axít

tẩy gỉ sét Bể chứa hoá chất định hình bề mặt Bể chứa hoá chất phốt phát hoá bề

mặt Và 3 bể nước dùng để xử lý bề mặt vật liệu được sơn trước khi đưa vào phun

sơn, nhằm mục đích tạo hiệu quả bám dính thật cao cho bột sơn.

Thiết bị phun sơn: gồm súng sơn và bộ điều khiển Súng sơn: có 2 loại: - Súng

sơn cầm tay - Súng sơn tự động

Bộ điều khiển: gồm - Lò sấy - Buồng phun sơn - Thiết bị thu hồi - Máy rây bột.

II. PHẦN TÌM HIỂU

3. Dây chuyền thiết bị sơn tĩnh điện dạng bột.

Thiết bị chính là súng phun và bộ điều khiển tự động , các thiết bị khác như

buồng phun sơn và thu hồi bột sơn; buồng hấp bằng tia hồng ngoại tuyến (chế độ

hấp điều chỉnh nhiệt độ và định giờ tự động tắt mở) . Máy nén khí ,máy tách ẩm khí

nén .. Các bồn chứa hóa chất để xử lý bề mặt trước khi sơn được chế tạo bằng vật

liệu composite.

Sơ đồ qui trình công nghệ sơn tĩnh điện:

- Xử lý bề mặt: Vật sơn phải được xử lý bề mặt trước khi sơn qua các bước sau:

Tẩy dầu, Rửa nước chảy tràn, Tẩy gỉ , Rửa nước chảy tràn, Định hình, Phosphat

kẽm , Rửa nước.

-Xử lý bề mặt, hấp, phun sơn và sấy thành phẩm.

- Hấp: Hấp khô vật sơn sau khi xử lý bề mặt.

- Phun sơn: Áp dụng hiệu ứng tĩnh trong quá trình phun sơn có bộ điều khiển

trên súng, có thể điều chỉnh lượng bột phun ra hoặc điều chỉnh chế độ phun sơn

theo hình dáng vật sơn.

II. PHẦN TÌM HIỂU

◼ - Sấy: Vật sơn sau khi sơn được đưa vào buồng sấy. Tùy theo chủng loại thông số

kỹ thuật của bột sơn mà đặt chế độ sấy tự động thích hợp (nhiệt độ sấy 150 0C –200

0C, thời gian sấy 10 - 15 phút).

◼ Máy phun sơn

II. PHẦN TÌM HIỂU

◼ Máy phun tự động

II. PHẦN TÌM HIỂU

◼ Phun sơn

◼ -Cuối cùng là khâu kiểm tra, đóng gói thành phẩm.

II. PHẦN TÌM HIỂU

◼ sản phâm sau khi phun

Do trong qui trình xử lý bề mặt tốt, qui trình phosphat kẽm bám chắc lên bề mặt

kim loại, nên sản phẩm sau khi sơn tĩnh điện có khả năng chống ăn mòn cao dưới

tác động của môi trường.

Màu sắc của sản phẩm sơn tĩnh điện rất đa dạng và phong phú như sơn bóng hay

nhám sần, vân búa hay nhũ bạc... Vì vậy, sản phẩm sơn tĩnh điện có thể đáp ứng

cho nhu cầu trong nhiều lĩnh vực có độ bền và thẩm mỹ cao, đặc biệt là đối với các

mặt hàng dân dụng, trang trí nội thất, thiết bị dụng cụ trong ngành giáo dục, y tế,

xây dựng, điện lực,.

II. PHẦN TÌM HIỂU

4.Quá trình phun sơn.

Quy trình công nghệ hệ thống sơn tĩnh điện bột gồm 4 bước cơ bản sau: Xử lý

bề mặt (Pre-treatment) Làm khô (Drying) Phun sơn (Spray Painting) Sấy (Paint

Baking) Các bước chi tiết của quy trình:

Bước 1: Xử lý bề mặt sản phẩm trước khi sơn: Sản phẩm (kim loại) trước khi

sơn tĩnh điện phải được xử lý bề mặt. Thông thường sản phẩm được sơn tĩnh điện là

kim loại. Ta xét trên bề mặt sắt: Việc xử lý bề mặt sản phẩm nhằm mang lại các yêu

cầu sau: Sản phẩm sạch dầu mỡ công nghiệp (do việc gia công cơ khí) Sản phẩm

sạch rỉ sét. Sản phẩm không rỉ sét trở lại trong thời gian chưa sơn. Tạo lớp bao phủ

tốt cho việc bám dính giữa lớp màng sơn và kim loại. Do các yêu cầu trên mà việc

xử lý bề mặt kim loại trước khi sơn thường được xử lý theo phương pháp nhúng sản

phẩm vào các bể hóa chất. Hệ thống các bể hóa chất bao gồm các bể sau:

Bể chứa hóa chất tẩy dầu mỡ. Bể rửa nước Bể chứa axit tẩy rỉ sét, thông thường

là H2SO4 hoặc HCl. Bể rửa nước. Bể chứa hóa chất định hình bề mặt. Bể chứa hóa

chất Photphat hóa bề mặt. Bể rửa nước. Các bể này được xây và phủ nhựa

Composite, hay làm bằng thép không rỉ. Vật sơn được đựng trong các rọ làm bằng

lưới thép không rỉ, di chuyển nhờ hệ thống balang điện qua các bể theo thứ tự trên.

II. PHẦN TÌM HIỂU

Bước 2: Sấy khô bề mặt sản phẩm trước khi sơn Sản phẩm sau khi xử lý hóa chất

phải được làm khô trước khi sơn, lò sấy khô sản phẩm có chức năng sấy khô hơi

nước để nhanh chóng đưa sản phẩm vào sơn. Thông thường lò sấy có dạng hình

khối. Sản phẩm được treo trên xe gòng và đẩy vào lò. Lò có nguồn nhiệt chính bằng

bếp hồng ngoại tuyến hoặc Burner, nguyên liệu đốt là Gas.

Bước 3: Sơn sản phẩm Sản phẩm sau khi xử lý hóa chất và sấy khô được đưa vào

buồng phun và thu hồi sơn. Do đặc tính của sơn tĩnh điện bột là dạng sơn bột, nên

khả năng bám dính của sơn lên bề mặt kim loại là nhờ lực tĩnh điện, chính vì vậy

mà buồng phun sơn còn đóng một vai trò quan trọng là thu hồi lượng bột sơn dư,

bột sơn thu hồi được trộn thêm vào bột sơn mới để tái sử dụng. Phần thu hồi này là

đặc tính kinh tế ưu việt của sơn tĩnh điện.

Buồng phun sơn có 2 loại:

Loại 1 súng phun: Sử dụng 1 súng phun, vật sơn được treo, móc bằng tay vào

buồng phun.

Loại 2 súng phun: Vật sơn di chuyển trên băng tải vào buồng phun, 2 súng

phun ở 2 phía đối diện phun vào 2 mặt của sản phẩm. Để sơn và thu hồi bột sơn, ta

cần có thiết bị phun sơn tĩnh điện, và một hệ thống cấp khí gồm máy nén khí và

máy tách ẩm.

II. PHẦN TÌM HIỂU

Bước 4: Sấy định hình và hoàn tất sản phẩm Sau khi phun sơn, sản phẩm được

đưa vào lò sấy. Nhiệt độ sấy: 180 0C – 200 0C trong 10 phút Lò có nguồn nhiệt chính

bằng bếp hồng ngoại tuyến hoặc Burner, nguyên liệu đốt là Gas.

5.Thu hồi bột sơn sau khi sơn.

a. Hệ thống thu hồi: Dùng bể lọc hoặc bình chiết tách.

b. Cách sử dụng lại bột thu hồi: Để có thể sử dụng bột thu hồi một cách hiệu quả

nhất ta phải trộn bột thu hồi với bột mới theo tỉ lệ 1:1. Nếu bột có lẫn tạp chất hoặc

độ tích điện yếu ta phải sử dụng máy rây bột.

III. KẾT LUẬN

Xử lý bề mặt kim loại sau khi gia công bằng phương pháp sơn tĩnh điện

làphương pháp rất tối ưu. Nó làm giảm thất nhất mức chi phí cho sản phẩm,

mang lại lợi ích kinh tế cao. Làm tăng tuổi thọ sản phẩm, mẫu mã và màu sắc

cũng được cải thiện.

Ứng dụng của sơn bột tĩnh điện:

Để sơn các sản phẩm cần độ bền cao, chịu nhiệt, không bị ảnh hưởng của

thơi tiết,có độ chính xác cao và có mẫu mã đẹp như vỏ ô tô, tàu thuỷ, máy

bay.