| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Brancheindsats for produktkæden ”Korrosionshindrende overfladebehandling af store stålkonstruktioner og skibe”

6 Udvikling af alternative påføringsmetoder - delprojekt 2

• 6.1 Heavy Duty, Delprojekt 2 - Påføringsmetoder
• 6.2 Delprojektets formål
• 6.3 Overvejelser
• 6.4 Udstyr og materialer
• 6.5 Forsøg
  • 6.5.1 Rullepåføring
    • 6.5.1.1 Resultater
  • 6.5.2 Sprøjtepåføring og overgydning
    • 6.5.2.1 Lavtryksforstøvning
    • 6.5.2.2 Airmix
    • 6.5.2.3 Overgydning
• 6.6 Konklusion

Formålet med dette udviklingsarbejde har været at opnå en jævn og ensartet lagtykkelse med et så enkelt udstyr som muligt, samt at udgå sprøjtestøv.

Som udgangspunkt er der arbejdet med påføringsprincipperne:

• Laktæppe.
• Overrisling.
• Dypning.

Gennem arbejdet har man forsøgt at udvikle påføringsudstyr, som kan belægge 1 -2 meter brede baner ad gangen med ensartet lagtykkelse uden at der opstår sprøjtetåge. Udstyret skal desuden være egnet til belægning med malevarer, som har kort pot-life.

6.1 Heavy Duty, Delprojekt 2 - Påføringsmetoder

Projektleder for delprojektet: Peter Svane, Overfladeteknik
Arbejdet er blevet gennemført i et samarbejde mellem
Hempel A/S, malingleverandør (Bo Bluhme, civilingeniør)
Scanotech A/S, udstyrsleverandør (Torben Nielsen, direktør)
Protectors A/S, udførende (Bernhard Pedersen, direktør)
Overfladeteknik, projektleder (Peter Svane)
Alle medvirkende takkes for imødekommenhed og tålmodighed.

6.2 Delprojektets formål

Udvikling af påføringsmetoder som kan benyttes ved automatiseret malingpåføring på vindmølletårne. Metoderne skal sikre, at påføringen sker ensartet dvs. at lagtykkelsen varierer mindst muligt samt at overføringseffektiviteten bliver så høj som muligt - og spildet derfor så ringe som muligt.

Påføringsprocesserne skal

• sikre en ensartet lagtykkelse, hvorved der dels spares materiale, dels opnås en miljømæssig gevinst
• foregå med så lille tab (forbisprøjt, ”overspray”) som muligt, ligeledes af hensyn til miljøet
• forbedre arbejdsmiljøet ved at automatisere en meget belastende arbejdsproces.

6.3 Overvejelser

I projektets indledende faser diskuteredes 8 forskellige påføringsprincipper.

1. Valsepåføring.
2. Tæppelakering[¹].
3. Rullepåføring.
4. Traditionel airless sprøjtning.
5. ”Airmix” sprøjtning.
6. Sprøjtning med konventionel trykfødet luftforstøvning.
7. Elektrostatisk sprøjtning.
8. Overgydning[²].

I alle tilfælde var udgangspunktet at påføringen principielt foregik på samme måde som den hidtidige manuelle fremgangsmåde, dvs. at tårnet ligger vandret på rullebukke og roterer langsomt, mens der males én bane ad gangen.

Fig. 1) Principskitse af maleproces. Her vist med 7 baner, hvoraf de to første er malet.

For sprøjteprocessernes vedkommende var tanken ligeledes at eftergøre den manuelle proces, dvs. at sprøjte vandret ind på tårnets side, mens tæppelakering og overgydning skulle foregå ovenfra og lodret ned mod tårnets overside.

Valsepåføring blev hurtigt forkastet, idet denne metode normalt benyttes til påføring af meget tynde lag malemateriale. Maling til mølletårne skal pålægges i 100-300 µm tør filmlagtykkelse.

Fig.2) Princippet for sprøjtepåføring

Fig.3) Tæppelakering og overgydning

Tæppelakering er interessant fordi der ikke opstår sprøjtetåge, og derfor intet spild under selve påføringen. Ideen blev imidlertid forkastet fordi udstyret kræver megen rengøring, og det er ubekvemt med de hurtigthærdende 2-komponente materialer, som benyttes til mølletårne.

Elektrostatisk påføring blev forkastet på grund af risikoen for elektrostatisk opladning af de meget store flader på mølletårne.

Overgydning skal ses som en erstatning for tæppelakeringsprocessen. Fordelen er, at udstyret er enklere (mindre behov for rengøring), ulempen at påføringen nødvendigvis bliver mere ujævn og formentlig vanskeligere at styre.

Tilbage stod så de 3 forskellige sprøjtepåføringsmetoder samt rullepåføring og overgydning.

6.4 Udstyr og materialer

De første forsøg i projektet omfattede rullepåføring og forgik på DOT’s anlæg i Fasterholt. Efter at DOT trak sig ud af projektet diskuteredes andre muligheder; resultatet blev, at vi byggede en model af et vindmølletårn og en lille vandret traversmaskine til føring af de forskellige typer sprøjter og overgydningsdysen – se fig. 4.

Malingpumper:
Graco airlesspumpe ”Monark”.
Kremlin membranpumpe ”RT 112”.

Påføringsudstyr:
Kremlin trykfødet rulle.
Kremlin automatpistoler til airless-, airmix- og luftforstøvningsprøjtning.

Fig. 4) Forsøgsopstillingen. Tromlen er 1250 mm Ø og 2000 mm lang. Den kan rotere med en periferihastighed fra 2 m/min til 16 m/min. Hovedparten af forsøgene blev udført ved 4 m/min. Tromlen dækkes med brunt indpakningspapir (fidele), som skiftes for hvert forsøg. Til højre på det blå stativ ses traversen som kan reciprocere (køre frem og tilbage) godt 500 mm med trinløst variabel hastighed. Pistolen kan aktiveres enten i én af yderstillingerne eller i begge så der sprøjtes henholdsvis den ene vej, henholdsvis både ud og hjem.

Maling:
Til rullepåføring:
Hempadur Zink 17329 (2-k epoxygrundmaling, Hempel A/S). Mål: 100 µm våd film.
Hempadur 47149 (2-k epoxygrundmaling, Hempel A/S) Mål: 150 µm våd film.
Hempathane 55217 (2-k polyurethanmaling, Hempel A/S) Mål: 100 µm våd film.

Til sprøjtepåføring:
Hempadur Uniq 4774A (Hempel).
Curing agent 95370 (Hempel).

Malingen til sprøjtepåføring er en 2-komponent epoxymaling, som benyttes af vindmølleindustrien. Den er beregnet til at anvendes ufortyndet i airless anlæg. Volumentørstofindholdet er 80 %, og ifølge databladet fra producenten kan den påføres i 150 µm tør lagtykkelse ad 1 gang. Malingen er så tyktflydende, at den ikke kan løbe ud af et udløbsbæger som DIN kop nr. 4 i ufortyndet stand. Hempel foreskriver airless påføring med dysestørrelse 0,55 mm og 250 bar malingtryk.

6.5 Forsøg

For alle påføringsmetoder er der fortaget en kvalitativ vurdering af resultatet, sammenholdt med en kvantitativ bestemmelse af den påførte mængde. Processerne er afprøvet men ikke optimeret, dvs. at det er undersøgt:

• om påføringen er jævn
• om overgangen (overlappet) mellem to baner er pæn
• hvilken mængde der er påført målt i g/m², specielt om den anbefalede mængde af den valgte maling kan påføres.

6.5.1 Rullepåføring

Disse forsøg blev fortaget hos DOT i Fasterholt på et ”øvelsestårn”, som virksomheden bruger til oplæring af operatører. Her blev ikke benyttet påføringsrobot, malerullen blev holdt manuelt.

Tårnet måler 2150 mm Ø, og længden er 7400 mm. Tårnet roterer med en periferihastighed på 8 m/min.

Fig. 4) påføring af 1 bane 2-k epoxygrundmaling med korthårsrulle.

Fig. 5) påføring af 2 baner 2-k epoxygrundmaling med korthårsrulle.

Der blev benyttet 2 forskellige ruller:

• Rulle med kort luv.
• Lammeskindsrulle.

Malingerne blev doseret ved at regulere på fødepumpen til rullen (Graco Airlesspumpe).

6.5.1.1 Resultater

Der var muligt at påføre alle tre malingtyper med rulle. Lammeskindsrullen fedtede, dvs. at den ikke kørte pålideligt rundt. Korthårsrullen kørte godt, og fladerne blev nogenlunde pænt behandlede. Problemet var sammenstrygningen, altså overlappet mellem to baner. Her opstod en fortykkelse af laget.

Alt i alt var de opnåede resultater ikke perfekte, men meget bedre end forventet. Processen kan ikke uden videre afskrives; den kan muligvis optimeres og gøres brugbar.

Metoden er interessant på grund af sin enkelhed og den høje overførselseffektivitet.

6.5.2 Sprøjtepåføring og overgydning

Disse forsøg blev udført på modeltårnet vist i fig. 4 efter principperne i fig. 2 og 3. Følgende påføringsmetoder blev afprøvet:

• Lavtryksforstøvning med trykfødning.
• Airmix (hybridsprøjtning).
• Overgydning.

Traditionel airless-påføring blev ikke afprøvet, eftersom denne metode allerede benyttes i dag - ganske vist manuelt - men traversmaskinen udfører principielt de samme bevægelser som en operatør, blot mere ensartet.

6.5.2.1 Lavtryksforstøvning

Dysestørrelse: 1,3 mm, materialetryk 3,5 bar, forstøvningsluft 4,0 bar

Det var nødvendigt at fortynde malingen betragteligt for at kunne sprøjte med denne teknik. Resultatet blev pænt, men laget for tyndt. Overlapningerne var også pæne.

Metoden er uanvendelig eftersom materialet ikke kan sprøjtes ufortyndet.

Fig. 6) Lavtryksforstøvning. Bred og jævn vifte, men megen sprøjtetåge.

6.5.2.2 Airmix

”Airmix” er Kremlins registrerede varemærke for et sprøjteprincip, hvor en del af forstøvningen foregår jf. airlessprincippet, altså idet malingen alene ved hydraulisk tryk forlader dysen; derpå forstøves malingen yderligere med luft, som rammer ind i strålen på en særlig måde. Det hydrauliske tryk er lavere ved Airmix end ved Airless sprøjtning, hvilket medfører lavere energiforbrug (trykluftforbrug ved luft/væske-pumper) til pumpning af malingen.

Kremlin har opfundet og udviklet metoden; sidenhen har andre producenter eftergjort systemet.

Metoden giver et blødere sprøjtebillede end airless sprøjtning, og mindre forbisprøjt (tab), fordi malingstrålens hastighed er lavere, og luftens tilbageslag fra emnet derfor tilsvarende mindre. Overførselseffektiviteten er generelt 20-30 % højere[³] end ved airless sprøjtning. Til gengæld benyttes der trykluft til forstøvningen, hvilket bruger energi. Airmix benyttes især i træ- og møbelindustrien, ikke i ”heavy duty-sektoren”.

Dyse: 0,44 mm, materialetryk 160 bar, forstøvningsluft 5 bar

Malingen kunne sprøjtes ufortyndet under disse konditioner; resultatet, herunder overlapninger, var pænt. Den krævede mængde kunne lægges på ad én gang. Sprøjtebilledet var ikke helt perfekt under forsøget, men det kan utvivlsomt optimeres.

Fig. 7) Airmix påføring, mere flad og skarp vifte; ikke helt jævnt sprøjtebillede; begrænset sprøjtetåge

Bemærk at malingtrykket er 160 bar – Hempel foreskriver 250 bar til airless sprøjtning.

6.5.2.3 Overgydning

Tanken var her at påføre malingen meget primitivt, noget i retning af en havesprøjte, lodret oppefra, ned på tromlens overside, og så lade tyngdekraften fordele malingen, så jævnt som den nu kunne.

Vi forsøgte os med forskellige store dyser og lavt malingtryk, men kunne ikke få et tilstrækkelig jævnt påføringsmønster med ufortyndet maling. Vi gik derefter tilbage til Airmix-pistolen forsynet med en stor dyse (0,87 mm) og gradvis øget tryk, indtil vi nåede samme tryk som under de egentlige Airmix-forsøg, 160 bar. Herfra eksperimenterede vi med tilsætning af forstøvningsluft fra 3 til 5 bar og med materialetryk fra 160 bar ned til 90 bar. Endnu en parameter – tromlens rotationshastighed – blev varieret; i modsætning til de øvrige forsøg som udførtes ved 4 m/min satte vi her hastigheden op til 8 m/min for at opnå den rette kombination af sprøjtebillede og påføringsmængde. Det bedste resultat fandt vi ved 90 bar materialetryk, 5 bar forstøvningsluft, og en rotationshastighed på 8 m/min. Problemet var imidlertid, at der blev lagt for meget maling på – ca. 400 µm i stedet for de ønskede 200 µm (våd filmlagtykkelse).

Vi ville her kunne have nået et tilfredsstillende resultat med en noget mindre dyse. På den anden side kan man vælge at tolke resultatet således, at det er muligt at lægge en mængde svarende til 2 lag ufortyndet maling på ad én gang. Påføring og overlapning var tilfredsstillende.

Forsøgene med ”overgydning” endte altså som en variant af Airmix-påføring, hvor dyseåbningen var større og materialetrykket lavere. Også denne fremgangsmåde kan optimeres.

6.6 Konklusion

Forsøgene har vist, at der er miljøvenlige alternativer til traditionel airless påføring af maling, og at processen kan automatiseres med et meget enkelt udstyr.

Selvom erfaringerne med rullepåføring var lovende, vil vi ikke umiddelbart anbefale metoden. Den kan givetvis optimeres, men resultatet er for usikkert.

Den enkleste vej fremad vil være at benytte en form for Airmix sprøjtning med så stor dyse og så lavt materialetryk som muligt.

Vi kan ikke give præcise angivelser af sprøjteparametre i fuld skala på grundlag af forsøg foretaget i pilotskala, blot dokumentere at princippet fungerer.

Der vil være en miljømæssig og tilsvarende økonomisk gevinst på minimum 20 % ved at skifte fra airless til Airmix-sprøjtning på grund af forbedret overføringseffektivitet (mindre forpisprøjt). Den væsentligste gevinst ligger dog naturligvis i, at man opnår en jævnere lagtykkelse ved automatisk påføring end ved manuelt arbejde. Besparelsen herved er tidligere skønnet til 50 % ^[4].

En sidegevinst ved forsøgsarbejdet er muligheden for at erstatte to påføringer med én.

At introducere Airmix-sprøjtning i stedet for airless-sprøjtning har den betydelige fordel, at der er tale om eksisterende udstyr, kendt fra andre brancher. Der skal altså ikke opfindes nyt materiel.

De arbejdsmiljømæssige fordele ved at skifte fra manuel sprøjtepåføring til automatisk overfladebehandling er indlysende.

[1] Tæppelakering er en påføringsproces, hvor malematerialet pumpes op i et langstrakt trug med en veldefineret spalte i bunden. Malematerialet løber ud af spalten og danner et sammenhængende ”laktæppe” i luften inden det havner på emnet. Metoden bruges (brugtes) til lakering af flade emner som f.eks. døre; emnerne kører vandret gennem laktæppet på en rullebane (fladbaneanlæg).

[2] Med ”overgydning” menes i denne forbindelse en form for sprøjtning, hvor malematerialet nærmest løber ud af dyser eller huller i en spredebom eller anden havesprøjtelignende anordning, altså ved meget lavt tryk. Tanken er at lade malingen flyde ud og fordele sig alene ved hjælp af tyngdekraften.

[3] Kremlin-Rexson oplyser i deres informationsmateriale, at airless sprøjtning generelt har en overførselseffektivitet på 62 % , sammenlignet med 81 % for Airmix. Tallene bygger på undersøgelser ved uafhængige institutter, og gælder i begge tilfælde for ikke-elektrostatisk sprøjtning.

[4] Oplyst af Mühlhahn A/S i 2004

| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top |

Version 1.0 Juli 2010, © Miljøstyrelsen.