книги из ГПНТБ / Иноземцев, Г. Б. Электронно-ионная технология в деревообрабатывающей промышленности

Г. Б. ИНОЗЕМЦЕВ, В. С. ВОЗНЮК

ЭЛЕКТРОННО-ИОННАЯ

ТЕХНОЛОГИЯ

В ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЙ

ПРОМЫШЛЕННОСТИ

/

С

Издательство

«ЛЕСНАЯ

шПРОМЫШЛЕННОСТЬ

М о с к в а 1974

УДК 674.07:684.59:621.319

Электронно-ионная технология в деревообрабатывающей промыш­ ленности. И н о з е м ц е в Г. Б., Во з и го к В. С. «Лесная промышлен­ ность», 1974 г., 136.

Рассматриваются основные методы электронно-ионной техноло­ гии (ЭИТ), применяемые в деревообрабатывающей промышленности, обобщается накопленный научный и практический опыт использова­ ния этих методов, описываются технологические особенности их; рас­ сматриваются вопросы технологии и эксплуатации электролакнровальных установок, основные конструкции оборудования, требования к установкам, вопросы монтажа, наладки и эксплуатации их, приво­ дятся данные, необходимые при разработке и проектировании электролакировальных'установок, а также основные требования, предъ­ являемые к оборудованию, отделочным материалам и изделиям. Зна­ чительное место в книге уделено вопросам применения высокочастот­ ной и ультразвуковой энергии, использованию электромагнитных по­ лей, радиационной техники и лучистой энергии. Приводится анализ существующих методов применения ЭИТ, основные направления раз­ вития их в деревообрабатывающей промышленности и перспективы дальнейшего их применения.

Таблиц 10, иллюстраций 39, библиография — 23 названия.

© Издательство «Лесная промышленность», 1974 г.

ВВЕДЕНИЕ

Реализация новых прогрессивных методов электронно-ионной технологии (ЭИТ) в промышленности может обеспечить значитель­ ный экономический эффект. Перспективы применения методов ЭИТ есть и в деревообрабатывающей промышленности, где эта технология уже в достаточной степени зарекомендовала себя. К та­ ким направлениям следует отнести использование электрических полей (электростатические методы отделки мебельных и столярных изделий, футляров телевизоров и радиоприемников; ориентация стружки при формировании древесностружечных плит, формирова­ ние волокон), высокочастотной и ультразвуковой энергии (сушкаи склеивание древесины, отверждение лакокрасочных покрытий, вли­ яние на свойства лаков и красок, пропитка древесины, крашение ее, нагрев деталей при гнутье, очистка материалов, дефектоско­ пия), электромагнитных полей, радиационных методов (отвержде­ ние лакокрасочных покрытий ускоренными электронами, дефекто­ скопия) и др.

Применение этих методов обеспечивает значительное повыше­ ние технико-экономической эффективности производства. Процессы ЭИТ сравнительно легко поддаются регулированию и автоматиза­ ции. Эта особенность методов ЭИТ особенно важна для дерево­ обрабатывающей промышленности.

Особенность применения методов ЭИТ в деревообрабатывающей промышленности состоит в том, что они должны учитывать специ­ фические свойства древесины. Этим, по-видимому, и объясняется то, что методы ЭИТ еще не получили должного развития в ряде технологических процессов деревообрабатывающих производств, что в первую очередь вызвано недостаточностью эксперименталь­ ных и теоретических исследований технологических аспектов проб­ лемы.

ТЕХНОЛОГИЯ ОТДЕЛКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ

ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, ПРОИСХОДЯЩИЕ ПРИ НАНЕСЕНИИ ЛАКОКРАСОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИИ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ

Электролакирование изделий из древесины — частный случай применения методов электронно-ионной технологии (ЭИТ). Для перемещения и нанесения лакокрасочных материалов на изделия используется электрическое поле высокого напряжения, возникаю­ щее между двумя неподвижными электродами.

Движение заряженных частиц лакокрасочных материалов в электрическом поле определяется законами движения в нем электрических зарядов и в этом смысле аналогично движению электронов и ионов (отсюда и название электронно-ионная техно­ логия).

Э л е к т р о с т а т и ч е с к и м п о л е м называется' состояние среды, обусловленное присутствием в ней электрических зарядов. Электростатическое поле — разновидность стационарного электри­ ческого поля и отличается от него тем, что частицы, обусловли­ вающие электростатическое поле, находятся только в хаотическом движении, тогда как стационарное поле определяется направлен­

чие истока и стока тел, которым сообщены избыточные электриче­ ские заряды разных знаков. Электростатическое поле и наэлект­ ризованные тела, являющиеся истоками и стоками поля, неотде­ лимы друг от друга и представляют собой единое физическое целое.

К свойствам электростатического поля следует отнести прояв­ ление силового воздействия на электрические заряды, помещенные

5

в любой его точке. Эта сила может быть определена, как сила вза­ имодействия между зарядом источника данного поля и пробным зарядом (пробный заряд —это заряженное тело, с помощью ко­ торого выявляется силовое действие поля).

Сила взаимодействия FK определяется по формуле закона Ку­ лона

Сила взаимодействия Ек в системе единиц СИ определяется по

Одна из основных характеристик электрического поля — напря­ женность.

Н а п р я ж е н н о с т ь поля — величина, являющаяся силовой характеристикой его в данной точке. Она численно равна отноше­ нию силы, действующей на неподвижный электрический заряд, по­ мещенный в данную точку поля, к величине этого заряда, когда он стремится к нулю:

Единицей напряженности электрического поля в системе еди­ ниц СИ является вольт на метр (в/м). Однако в практике принята размерность киловольт на сантиметр (кв/см).

Обычно электрическое поле изображается силовыми линиями, или линиями напряженности поля.

Если поместить в электростатическое поле частицу, имеющую эдектрический заряд, она под действием поля будет двигаться вдоль силовой линии. Иными словами, силовые линии поля можно рассматривать как траектории, по которым движется заряд под действием сил -поля. Такое движение заряженная частица совер­ шает, когда ее масса и скорость крайне малы, т. е. в случае «чи­ стого» электростатического распыления.

При электромеханическом распылении траектория движения частицы в каждой точке поля не будет совпадать с направлением силовых линий, так как на нее будет действовать ряд сил. К та­ ким силам, действующим в поле на частицу, относятся: сила элект­

6

Электрические поля подразделяются на однородные и неодно­ родные. При электростатическом способе отделки наибольшее рас­ пространение нашли неоднородные электрические поля.

Н е о д н о р о д н ы м п о л е м называется поле, во всех точках которого напряженность и направление силовых линий различны. Использование неоднородных электростатических полей при нане­ сении лакокрасочных материалов объясняется тем, что, применяя определенную форму электродов (например, острие — плоскость), можно достичь того, что напряженность и плотность электрических зарядов у острых кромок могут быть значительные 'ввиду повышен­ ной ионизации, а следовательно, зарядка частиц лакокрасочного материала будет происходить интенсивнее.

При неоднородном поле целесообразно пользоваться понятием «разность потенциалов» или «напряжение» между электродами. При электростатическом способе отделки возможны два варианта использования электрического поля, т. е. подача на коронирующий электрод электрического потенциала с положительным и отрица­ тельным знаком. Практическое применение получил второй вари­ ант, так как он обеспечивает более быструю зарядку частиц и дви­ жение их к осадительному электроду, а также более мелкодисперс­ ное распыление.

Каждая точка электростатического поля как поля, в котором наблюдаются силовые воздействия, может быть охарактеризована потенциальной энергией, или способностью поля совершать работу. Эта способность определяется потенциалом.

П о т е н ц и а л электростатического поля в любой его точке чис­ ленно равен работе, которая производится силами поля при пере­ несении единичного электрического заряда из данной точки поля за пределы его, т. е. в область, где потенциал поля равен нулю.

Втехнике за нулевой потенциал принимается поверхность земли. Разность потенциалов каких-либо двух точек электростатиче­

ского поля численно равна напряжению, или работе сил поля, при перемещении электрического заряда из одной точки поля в. другую.

Понятие «разность потенциалов» и «напряжение в электростати­ ческом поле» — синонимы; единицей потенциала в системе СИ яв­ ляется единица напряжения, т. е. вольт (в).

НАНЕСЕНИЕ ЛАКОКРАСОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ

Процесс нанесения лакокрасочных материалов в электростати­ ческом поле слагается из зарядки лакокрасочного материала; рас­ пыления и осаждения его на поверхности изделия.

Зарядка лакокрасочного материала. При электростатическом лакировании изделий из древесины наиболее широко используют

поверхности частиц лакокрасочного материала, которые находятся

7

в электростатическом поле во взвешенном состоянии. Осаждаются ионы вследствие направленного движения их в поле.

На рис. 1 'представлена принципиальная схема ионной зарядки частиц лакокрасочного материала.

По этому способу лакокрасочный материал распыляется (обычно пневматическими распылителями) в воздушное простран­ ство между коронирующим электродом (обычно в виде сетки) и изделием. В результате ионизации воздуха коронирующим элект­ родом лакокрасочный материал приобретает отрицательный заряд и начинает двигаться по направлению к осадите'льному электроду, т. е. к изделию. Такой способ зарядки частиц лакокрасочного ма­ териала нашел ограниченное применение по сравнению с контакт­ ным способом.

............. г

l b - -

ЧА

Рис. !. Схема ионной зарядки лакокрасочного материала:

а — движение заряженных частиц к соединительному электроду; б — нейтрализация ча­

Ограниченное применение ионного способа зарядки обусловли­ вается большими потерями лакокрасочного материала, неравно­ мерностью толщины пленки по всей отделываемой поверхности, невозможностью получения, заряда частицы большой величины. Кроме того, при этом способе зарядки повышаются требования, предъявляемые к пневматическим устройствам, а также к самому процессу распыления. Эти недостатки способа ионной зарядки мо­ гут быть значительно, а в ряде случаев и полностью -устранены при контактной зарядке лакокрасочных материалов.'

К о н т а к т н а я з а ряд , к а лакокрасочного материала происхо­ дит вследствие непосредственного контакта его с коронирующей кромкой распылительного устройства, присоединенного к источнику высокого напряжения. На рис. 2 представлена принципиальная схема контактной зарядки частиц лакокрасочного материала.

К о н т а к т н а я з а р я д к а лакокрасочного материала выполня­ ется следующим образом: на поверхности коронирующего элект­ рода (распылителя) есть поверхностный заряд, полученный от ис-

8

точника высокого напряжения. При подаче лакокрасочного мате­ риала на коронирующий электрод его частицы заряжаются и под влиянием электрического поля двигаются вдоль силовых линий, т. е. в направлении от электрода к изделию. При увеличении на­ пряженности поля частицы, получившие заряд большой величины, в дальнейшем будут отрываться от коронирующего электрода и продвигаться к изделию. Большая величина заряда обусловлива­ ется тем, что при контактной зарядке обычно применяют элект­ роды с острыми кромками, которые способствуют увеличению на-

Рис. 2. Схема контактной зарядки частиц лакокрасочного материала:

а — схема установки; б — подача лакокрасочного материала; в — пе­ редача частицам электрического заряда; г — движение частиц вдоль силовых линий; / — распылитель; 2 — изделие; 3 — лакокрасочный материал; 4 — частицы с отрицательным зарядом; 5 — лакокрасочное покрытие

пряженности поля и поверхностной плотности зарядов у этихкромок и тем самым интенсифицируют процесс зарядки.

При достижении определенной напряженности поля около этих острых кромок появляется коронный разряд, который играет поло­ жительную роль как фактор интенсивной ионизации. Эта особен­ ность контактной зарядки и обеспечивает преимущества ее перед ионной зарядкой, так как она обеспечивает величину заряда ча­ стицы (по данным НИИТЛП) в 10—30 раз большую, чем при ионной/

При контактной зарядке распылительные устройства должны иметь острые кромки, поэтому в промышленности на электролакировальных установках применяют дисковые и чашечные распылители. Кроме того, в последние годы рядом научно-исследовательских организаций (УкрНИИМОД, НИИТЛП) проводятся исследования возможности применения при отделке древесины электростатиче­ ских распылителей (лотковых, щелевых, совковых и др.).

9