Sơn tĩnh điện là một quá trình hoàn thiện trong đó vật liệu bột khô được phủ lên một bề mặt, sau đó chảy ra và đông cứng trong quá trình gia nhiệt tạo thành một lớp phủ đồng đều.
Quá trình hoàn thiện này phù hợp với các vật liệu khác nhau, bao gồm kim loại , nhựa, thủy tinh, MDF , và có thể cung cấp lớp phủ bề mặt với chức năng và màu sắc phong phú đa dạng với lớp hoàn thiện và kết cấu vững chắc hơn hẳn các loại sơn nước thông thường.
Có hai phương pháp sơn tĩnh điện chính – phun sơn tĩnh điện [ESD] và ứng dụng phân tầng sôi. Mỗi quy trình này đều có thể tạo ra lớp phủ cứng, đồng đều, thường sẽ bền hơn, tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường hơn so với lớp sơn nước tương đương.
Tuy nhiên, trong khi sơn tĩnh điện thể hiện một số ưu điểm so với sơn nước, đặc biệt là trong các ứng dụng lớp phủ dày hoặc cường độ cao, chúng sẽ không thích hợp cho tất cả các ứng dụng sản xuất, chẳng hạn như sơn cho tấm màng mỏng hoặc vật thể kích thước lớn.
Các yêu cầu và thông số kỹ thuật theo yêu cầu của một ứng dụng sơn tĩnh điện cụ thể — ví dụ: môi trường ứng dụng, vật liệu nền, kích thước, chi phí, thời gian quay vòng, v.v. — sẽ giúp bạn xác định loại quy trình sơn phù hợp nhất để sử dụng.
Mỗi một loại sơn đều có ưu nhược điểm riêng. Trong bài viết này, mình sẽ tập trung vào sơn bột tĩnh điện, mình sẽ cho bạn thêm thông tin về quy trình, công nghệ về hệ thống sơn tĩnh điện.
Ngoài ra, mình sẽ khám phá những ưu điểm và hạn chế của sơn tĩnh điện và đưa ra một số lưu ý mà các nhà sản xuất phải lưu ý khi lựa chọn nhà cung cấp dịch vụ sơn tĩnh điện.
Chúng ta cùng bắt đầu nhé!
Quy trình sơn tĩnh điện
Sơn tĩnh điện là một quá trình hoàn thiện bề mặt gồm nhiều bước, phù hợp với bề mặt kim loại và phi kim loại. Phương pháp này bao gồm sự chuẩn bị, ứng dụng, và giai đoạn bảo dưỡng, sử dụng súng phun sơn, hệ thống phun và lò sấy.
Để quá trình sơn hoạt động trơn tru và đạt công suất tối ưu, các nhà sản xuất và nhà cung cấp dịch vụ hoàn thiện nên xem xét một số yếu tố, chẳng hạn như vật liệu nền và đặc tính của nó, cũng như loại vật liệu sơn tĩnh điện được sử dụng.
Tổng quan về quy trình và thiết bị
Trái ngược với quy trình sơn nước, sử dụng lớp phủ lỏng, sơn tĩnh điện là quá trình hoàn thiện khô sử dụng vật liệu phủ bột.
Trong quá trình sơn tĩnh điện, bột được phủ lên bề mặt nền đã được xử lý trước, gia nhiệt nóng chảy, sau đó làm khô và cứng lại thành lớp phủ bảo vệ và trang trí sản phẩm.
Quá trình này có ba giai đoạn: chuẩn bị bề mặt, sơn phủ và đóng rắn bằng nhiệt.
Mỗi giai đoạn sử dụng một bộ vật liệu và thiết bị thể hiện các đặc tính riêng của nó [ví dụ: giai đoạn đóng rắn sử dụng lò sấy] và khi hoàn thành đúng cách sẽ góp phần tạo ra bề mặt hoàn thiện bền, đều, đẹp.
Giai đoạn chuẩn bị:
Trước khi thi công bất kỳ vật liệu sơn tĩnh điện nào, bề mặt của bề mặt nền phải được làm sạch và xử lý để đảm bảo rằng bộ phận đó không có bụi, bẩn và mảnh vụn.
Nếu bề mặt không được chuẩn bị cẩn thận, bất kỳ cặn và hạt bụi bẩn nào đều có thể ảnh hưởng đến độ kết dính của bột và chất lượng của lớp hoàn thiện cuối cùng.
Quá trình chuẩn bị hoàn chỉnh chủ yếu phụ thuộc vào vật liệu được phủ. Tuy nhiên, một số bước thường được sử dụng trong giai đoạn này bao gồm làm sạch, hóa chất và làm khô, và các thiết bị được sử dụng rộng rãi nhất bao gồm trạm rửa, phòng thổi và lò sấy khô.
Dầu, mỡ, dung môi và cặn có thể được loại bỏ khỏi bề mặt của sản phẩm bằng chất tẩy rửa trung tính và kiềm yếu trong bể nhúng hoặc bằng các trạm rửa.
Trạm rửa có khả năng phun các bộ phận bằng nước nóng, hơi nước, chất tẩy rửa và các dung dịch tiền xử lý khác để làm sạch, ngâm chất hóa học và rửa sạch bề mặt trước khi sơn phủ.
Các bộ phận có các mảnh vụn trên bề mặt — ví dụ như rỉ sét, đóng cặn, lớp sơn hoặc lớp hoàn thiện hiện có, v.v. — thường sẽ yêu cầu sử dụng phòng phun bị hoặc phun cát.
Phòng phun là một thiết bị sử dụng chất lỏng có áp suất — thường là khí nén — để đẩy vật liệu mài mòn, chẳng hạn như cát, sạn hoặc bắn bi vào bề mặt.
Vật liệu mài mòn sẽ loại bỏ các mảnh vụn trên bề mặt, tạo ra một kết cấu và bề mặt sạch hơn, mịn hơn để áp dụng vật liệu phủ.
Một số ứng dụng sơn tĩnh điện cũng sử dụng lò sấy khô. Tương tự như tủ sấy được sử dụng trong giai đoạn đóng rắn, tủ sấy khô làm bay hơi nước hoặc dung dịch còn lại trên các bộ phận đã rửa hoặc tráng, cũng như làm nóng các bộ phận đến nhiệt độ tối ưu cho giai đoạn sơn phủ.
Nếu thiết kế thành phần yêu cầu một số phần nhất định không được phủ, các sản phẩm che phủ [ví dụ: các chấm che] sẽ được phủ lên lớp nền trước khi thi công. Các sản phẩm nói trên có sẵn trong nhiều hình dạng và hình thức tiêu chuẩn và tùy chỉnh.
Tuy nhiên, nói chung, chúng được cấu tạo bằng màng nhựa được phủ một lớp keo nhạy cảm với áp suất, cho phép chúng dính chặt vào bề mặt và bảo vệ khu vực được phủ không tiếp xúc với vật liệu bột trong quá trình sơn tĩnh điện.
Giai đoạn thi công
Có hai phương pháp sơn tĩnh điện chính được các nhà sản xuất và nhà cung cấp dịch vụ hoàn thiện sử dụng – lắng đọng tĩnh điện [ESD] và sơn tĩnh điện tầng sôi.
- Lắng đọng tĩnh điện [ESD] : Đối với hầu hết các bộ phận kim loại được sơn tĩnh điện, vật liệu phủ được áp dụng thông qua quá trình lắng đọng phun tĩnh điện. Phương pháp ứng dụng này sử dụng buồng phun bột, khay nạp bột, súng phun sơn tĩnh điện, bộ nguồn. Buồng phun đóng vai trò như một khu vực làm việc để áp dụng vật liệu bột lên một bộ phận, và cũng có thể hoạt động như một bộ lọc không khí, hệ thống ngăn chặn và thu hồi bột thừa. Vật liệu dạng bột lỏng được phân phối từ bộ phận nạp liệu đến súng phun, được sử dụng để truyền điện tích lên bột và áp dụng nó lên bề mặt. Có hai loại súng tĩnh điện thường được sử dụng — Corona và Tribo. Khi sử dụng súng phun Corona để sơn tĩnh điện, khi vật liệu bột đi qua mặt trước của súng, một điện cực sạc được cung cấp bởi bộ nguồn sẽ truyền điện tích trường cho các hạt bột. Với súng Tribo, điện tích được tạo ra do bột đi qua vật liệu khác nhau, chẳng hạn như nòng súng. Trong bất kỳ trường hợp nào, các hạt mang điện sau đó có thể bám vào bề mặt tiếp đất về mặt điện của bộ phận và sẽ bám dính miễn là chúng còn duy trì một phần điện tích của chúng.
- Sơn tĩnh điện tầng sôi : Không giống như trong ESD nơi vật liệu sơn tĩnh điện được phun tĩnh điện và bám dính trên bề mặt, trong sơn tĩnh điện tầng sôi, thay vào đó, các bộ phận được làm nóng trước được nhúng vào vật liệu bột trong tầng sôi. Ngoài ra còn có một lựa chọn thay thế được gọi là sơn tĩnh điện tầng sôi, tạo ra một đám mây các hạt bột tích điện phía trên tầng sôi mà qua đó một phần được đi qua để được phủ.
Giai đoạn đóng rắn
Các đặc điểm và đặc điểm của giai đoạn đóng rắn của quy trình sơn tĩnh điện chủ yếu được xác định bởi phương pháp mà lớp sơn tĩnh điện được áp dụng, cũng như loại vật liệu sơn tĩnh điện được sử dụng
- Xử lý các bộ phận được phủ ESD : Các bộ phận được sơn tĩnh điện qua ESD phải được bảo dưỡng trong lò sấy. Quá trình đóng rắn – nhiệt độ và thời gian mà lớp sơn tĩnh điện cần trong lò sấy để đạt được độ đông cứng hoàn toàn – đối với một bộ phận được sơn tĩnh điện chủ yếu phụ thuộc vào kích thước, hình dạng và độ dày của nó. Nói chung lò sấy hoạt động trong khoảng từ 325 đến 450 độ F, trong khoảng từ mười phút đến hơn một giờ. Theo đó, các bộ phận nhỏ hơn được sơn tĩnh điện cần ít thời gian hơn và khối lượng không khí được làm nóng thấp hơn để đóng rắn hoàn toàn và các bộ phận lớn hơn cần nhiều thời gian hơn. Khi bộ phận được phủ ESD đạt đến nhiệt độ đóng rắn tối ưu trong lò, các hạt bột tan chảy cùng nhau để tạo thành một lớp màng liên tục trên bề mặt bộ phận.
- Bảo dưỡng các bộ phận được phủ lớp sôi : Đối với các bộ phận được sơn tĩnh điện bên trong tầng sôi, các bộ phận được nung nóng trước giai đoạn sơn phủ trong lò tương tự như được sử dụng để bảo dưỡng các bộ phận được phủ ESD. Khi bộ phận được làm nóng trước được nhúng vào vật liệu phủ, các hạt bột sẽ tan chảy cùng nhau khi tiếp xúc với bề mặt được làm nóng của bộ phận. Các bộ phận được phủ qua lớp sơn tĩnh điện tầng sôi có thể được làm nóng sơ bộ trước khi được đưa qua bột sơn tĩnh điện — trong trường hợp đó, lớp sơn tĩnh điện được tạo thành sẽ dành cho những bộ phận được sản xuất theo phương pháp tầng sôi thông thường – hoặc bộ phận có thể được làm nóng và đóng rắn trong lò đóng rắn sau khi nó đã được phủ, giống như với các lớp phủ được sản xuất bằng phương pháp phủ ESD.
Trong mọi trường hợp, một khi bộ phận được sơn tĩnh điện đủ nguội để xử lý, bộ phận đó có thể được lắp ráp, đóng gói và vận chuyển, nếu cần.
Cân nhắc về vật liệu sơn tĩnh điện
Sơn tĩnh điện chủ yếu được áp dụng cho bề mặt kim loại, chẳng hạn như thép, thép không gỉ và nhôm. Tuy nhiên, chúng cũng có thể được áp dụng cho các chất nền phi kim loại, chẳng hạn như thủy tinh, gỗ hoặc ván sợi mật độ trung bình. Phạm vi vật liệu thích hợp cho quá trình sơn tĩnh điện được giới hạn ở những vật liệu có thể chịu được nhiệt độ cần thiết để làm tan chảy và đóng rắn vật liệu sơn tĩnh điện mà không bị chảy, biến dạng hoặc tự cháy.
Vật liệu được chọn cũng giúp xác định phương pháp phủ được sử dụng. Vì kim loại có thể được nối đất bằng điện, vật liệu phủ thường được áp dụng cho nền kim loại thông qua phương pháp lắng đọng phun tĩnh điện, nhưng chúng cũng có thể được áp dụng thông qua phương pháp tầng sôi. Mặt khác, vì các phi kim loại không thể được nối đất đầy đủ, chúng yêu cầu các lớp sơn tĩnh điện phải được áp dụng thông qua phương pháp sơn tĩnh điện tầng sôi.
Ứng dụng và khả năng hoàn thiện của sơn tĩnh điện
Sơn tĩnh điện có thể được áp dụng với nhiều màu sắc, hoàn thiện, kết cấu và độ dày mà không thể dễ dàng đạt được thông qua các phương pháp sơn lỏng thông thường.
Xem thêm: Màu sơn tĩnh điện Inperpon của Akzonobel trong BST
Loại sơn này có thể được sản xuất với hầu hết mọi màu sắc, vật liệu sơn tĩnh điện có thể được ứng dụng cho cả các ứng dụng bảo vệ và trang trí. Độ hoàn thiện cuối cùng mà vật liệu bột đạt được từ mờ đến bóng, và trong suốt đến lấp lánh hoặc kim loại. Nhiều kết cấu khác nhau cũng có sẵn cho mục đích trang trí hoặc che giấu các khuyết điểm trên bề mặt.
Quy trình sơn tĩnh điện cho phép tạo ra nhiều độ dày lớp phủ hơn. So với quy trình phủ sơn nước, sơn tĩnh điện có thể dễ dàng tạo ra các lớp phủ dày hơn, đều hơn, đặc biệt là khi sử dụng phương pháp phủ tầng sôi. Sử dụng phương pháp ESD, cũng có thể đạt được các lớp phủ mỏng, đều; mặc dù, không mỏng như các lớp phủ đạt được thông qua quá trình phủ sơn nước.
Ưu điểm của sơn tĩnh điện
Phương pháp sơn tĩnh điện mang lại một số ưu điểm so với các phương pháp sơn lỏng thông thường, bao gồm tăng độ bền, khả năng hoàn thiện chuyên dụng hơn, ít tác động đến môi trường hơn, thời gian quay vòng nhanh hơn và chi phí vật liệu thấp hơn.
Ngoài việc có nhiều lựa chọn hoàn thiện, sơn tĩnh điện thường lâu trôi và bền hơn so với sơn nước. Chúng thể hiện khả năng chống va đập, độ ẩm, hóa chất và mài mòn cao hơn, đồng thời bảo vệ tốt hơn khỏi trầy xước, mài mòn, ăn mòn, phai màu và hao mòn nói chung. Những đặc điểm này làm cho chúng rất phù hợp cho các ứng dụng sử dụng nhiều và lưu lượng lớn.
Một ưu điểm khác của sơn tĩnh điện là không thải ra dung môi và carbon dioxide, chất thải nguy hại cần phải xử lý và nói chung là không yêu cầu sơn lót bề mặt. Những loại trừ này hạn chế lượng chất độc hại và chất gây ung thư được thải ra môi trường trong suốt quá trình và góp phần công nhận sơn tĩnh điện là một giải pháp thay thế thân thiện với môi trường hơn so với sơn nước.
Quy trình này có thể có chi phí dài hạn thấp hơn nhiều so với quy trình phủ chất lỏng do nó có tốc độ quay vòng thường nhanh hơn và sử dụng vật liệu phủ nhiều hơn. Vì giai đoạn đóng rắn của sơn tĩnh điện cho phép các bộ phận được sơn tĩnh điện được lắp ráp, đóng gói và vận chuyển ngay sau khi bộ phận nguội, các bộ phận tốn ít thời gian hơn trong kho, cho phép các nhà sản xuất và nhà cung cấp dịch vụ hoàn thiện quay vòng nhanh hơn và ít yêu cầu về không gian lưu trữ hơn. Quá trình này cũng cho phép vật liệu thừa được thu gom và tái chế thay vì lãng phí, làm giảm lượng chất thải cần xử lý, tăng tỷ lệ sử dụng vật liệu phủ và giảm chi phí vật liệu theo thời gian.
Hạn chế của sơn tĩnh điện
Mặc dù quy trình sơn tĩnh điện mang lại một số ưu điểm quan trọng so với sơn phủ dạng lỏng, nhưng quy trình này cũng có những hạn chế . Hạn chế của sơn tĩnh điện bao gồm một số loại vật liệu nền phù hợp bị hạn chế, khó tạo ra lớp phủ đều, mỏng, thời gian sơn thay đổi màu lâu hơn, thời gian khô và bảo dưỡng lâu hơn đối với các bộ phận lớn và chi phí khởi động cao hơn.
Như đã đề cập trước đây, vật liệu nền phải có khả năng chịu được các yêu cầu về nhiệt độ của giai đoạn đóng rắn để thích hợp cho các ứng dụng sơn tĩnh điện. Ngay cả khi vật liệu có thể chịu được nhiệt, việc đạt được lớp phủ đồng đều vẫn có thể chứng tỏ là có vấn đề, đặc biệt là đối với các lớp phủ mỏng hoặc nhiều màu. Rất khó sản xuất lớp phủ mỏng vì khó kiểm soát lượng vật liệu bột phủ lên bề mặt trong giai đoạn thi công mà vẫn đảm bảo lớp phủ đều. Các lớp phủ nhiều màu khó sản xuất nhanh chóng vì bất kỳ lớp sơn thừa nào đều phải được thu gom và làm sạch kỹ lưỡng khỏi khu vực phun giữa các lần thay đổi màu sắc; nếu không, nó có thể gây ô nhiễm chéo trong các vật liệu tái chế hoặc tái sử dụng.
Trong khi quá trình sơn tĩnh điện có thể có chi phí thấp hơn theo thời gian, đối với các ứng dụng sơn cụ thể, có thể tiết kiệm chi phí hơn khi sử dụng sơn nước. Ví dụ, trong khi các bộ phận được sơn tĩnh điện thường có tốc độ quay nhanh hơn, các bộ phận lớn, dày hoặc nặng có xu hướng yêu cầu nhiệt độ cao hơn và thời gian đóng rắn và khô kéo dài hơn; không chỉ các lịch trình bảo dưỡng kéo dài này sẽ làm trì hoãn quá trình sản xuất mà còn dẫn đến chi phí năng lượng cao hơn. Đối với các nhà sản xuất và nhà cung cấp dịch vụ hoàn thiện mới bắt đầu hoạt động, vốn đầu tư ban đầu cho thiết bị sơn tĩnh điện cũng có xu hướng cao hơn so với sơn lỏng vì quy trình này yêu cầu súng phun, buồng phun chuyên dụng và lò đóng rắn. Hai phần cuối cùng của thiết bị bổ sung đáng kể vào chi phí khởi động ban đầu và có thể làm cho sơn tĩnh điện không phù hợp với hoạt động kinh phí thấp.
Chọn nhà cung cấp dịch vụ sơn hoàn thiện
Quá trình sơn tĩnh điện có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng sản xuất khác nhau. Các yêu cầu sản xuất cụ thể của một ứng dụng – ví dụ, cho dù đó là nguyên mẫu, sản xuất một lần, sản xuất trong thời gian dài, v.v. – giúp xác định nhà cung cấp dịch vụ hoàn thiện phù hợp nhất để xem xét.
Đối với các nhà sản xuất không thể tự thực hiện các hoạt động sơn tĩnh điện, các công việc sản xuất ngắn hạn và dài hạn của họ có thể được xử lý bởi nhà cung cấp dịch vụ sơn tĩnh điện, những công ty cung cấp dịch vụ sơn tĩnh điện. Các công ty dịch vụ tồn tại ở mọi quy mô [từ hoạt động của một người đến các doanh nghiệp với hàng trăm nhân viên được đào tạo] và với nhiều khả năng và chuyên môn về sơn phủ.
Đối với các ứng dụng phủ khối lượng lớn, các nhà thầu dịch vụ sơn tĩnh điện cũng có thể là một lựa chọn khả thi. Các nhà thầu này có thể thiết kế và xây dựng các hệ thống tùy chỉnh để phủ các bộ phận cụ thể, nhằm đảm bảo rằng các bộ phận được phủ một cách nhất quán và theo các thông số kỹ thuật yêu cầu. Mặc dù tốn kém so với mức đầu tư ban đầu, trong vài năm, phương án thứ hai có thể chứng minh chi phí cho mỗi phần thấp hơn nhiều.
Một số nhà sản xuất có thể chọn hoàn thiện các hoạt động hoàn thiện trong nhà máy của mình, trong trường hợp đó, họ sẽ cần đầu tư mua hoặc mua thiết bị sơn tĩnh điện. Đầu tư ban đầu cho thiết bị cao và công nhân phải được đào tạo về sử dụng và bảo trì máy móc, nhưng về lâu dài, đặc biệt nếu các hoạt động sơn tĩnh điện được thực hiện thường xuyên, nó có thể là một lựa chọn hiệu quả hơn về chi phí.
Các nhà cung cấp sản xuất thiết bị hoàn thiện có thể cung cấp thiết bị sơn tĩnh điện tiêu chuẩn và dịch vụ thiết kế và xây dựng cho các hệ thống sơn tĩnh điện tùy chỉnh, cũng như cung cấp các dịch vụ đào tạo và bảo trì nhân viên cần thiết cho hệ thống.
Cho dù một nhà sản xuất đang tìm cách đầu tư vào việc mua thiết bị tiêu chuẩn hay xây dựng một hệ thống tùy chỉnh, các chuyên gia tư vấn về sơn tĩnh điện được đào tạo có thể cung cấp một số thông tin chi tiết và hỗ trợ, vì chúng có thể cung cấp cả kiến thức và kết nối với nhà cung cấp.
Khi quyết định giữa việc tự hoàn thành các hoạt động sơn tĩnh điện hoặc thuê gia công cho một cửa hàng việc làm hoặc nhà thầu, điều quan trọng là nhà sản xuất phải hiểu chi phí và lợi ích của cả hai phương án để chọn phương án phù hợp nhất cho ứng dụng sơn tĩnh điện của họ.
Lời kết
Trên đây là những điều cơ bản về quy trình và thiết bị, và một số cân nhắc mà các nhà sản xuất có thể tính đến khi quyết định liệu sơn tĩnh điện có phải là giải pháp tối ưu nhất cho ứng dụng phủ cụ thể của mình hay không.
Để được tư vấn cụ thể hơn về các mẫu sơn tĩnh điện, bạn hãy vui lòng liên hệ đội ngũ kỹ thuật của sơn Akzonobel qua phần liên hệ cửa website này hoặc liên hệ trực tiếp qua SĐT 098.345.8696 nhé!