一种由粘度控制的超临界二氧化碳喷涂方法

本发明属于工业树脂喷涂领域，是一种由粘度控制的超临界二氧化碳喷涂方法

背景技术：

1、喷涂至工件表面的油漆涂料可以起到防腐、放水、装饰、绝缘等功能。涂装行业采用了大量的挥发性有机化合物(voc)。它不仅会产生光化学烟雾、破坏臭氧层。而且具有特殊气味，会对人体粘膜及皮肤造成影响，长时间接触会降低人体免疫力，破坏造血系统，甚至产生癌症。

2、超临界co2喷涂技术最早由美国union carbide公司开始研究，其中申请专利号：us133068，率先提出超临界二氧化碳可代替有机溶剂应用于喷涂领域；专利号：us5027742，将超临界二氧化碳实践于喷涂装置中；专利号：us 5057342，提出超临界二氧化碳作为稀释剂可喷出高水平喷雾，但是对于超临界二氧化碳喷涂还有很多问题没有解决。

3、之后国内关于工艺喷涂的专利均基于特定场合的喷涂工艺及喷涂设备，对于减小有机溶剂的排放，提出了水性涂料和水性涂料等环保型涂料，但由于其在使用上有很大的局限性，未能推广。基于超临界二氧化碳喷涂工艺，国内近几年才开始，申请专利号：cn201721789936.2，提出采用液态二氧化碳作为涂料的稀释剂，代替了现有的有机溶剂；申请专利号：cn201811465806.2，将超临界二氧化碳喷涂利用于具体生产工作中，完善了喷涂设备；申请专利号：cn201810877540.6，提出将离子液体作为助溶剂，可增强二氧化碳在涂料中的溶解能力；申请专利号：cn202020267125.1，通过控制调节阀的开度，对涂料进行自动调配，满足喷涂技术的工业化需求；申请专利号：cn202022036535.8，提出了一种可适用于高固含量涂料，可连续高压喷涂的超临界二氧化碳的喷涂系统；申请专利号：cn202120192571.5，提出了利用控制箱对系统进行操控，减轻了工作量。在上述专利中，对超临界二氧化碳喷涂工艺及设备进行不断改进，但是对超临界二氧化碳喷涂质量却未曾提及，喷涂质量如何达到要求的问题没有解决，更无人提出通过控制粘度来保证喷涂质量，通常情况下，在单个喷涂条件下，通过调节混合涂料出口的温度，压力及组分比例进行尝试，经过大量的实验以保证喷涂质量达到要求，但是研究表明，以上对超临界二氧化碳喷涂专利在喷涂过程中仍存在喷涂质量不过关的情况，同时存在涂料消耗大，成本高的问题，且每种喷涂条件均需经过大量实验调试，存在工作量大，耗费大量人力物力的问题。

技术实现思路

1、本发明针对上述问题，提出一种由粘度控制的超临界二氧化碳喷涂方法，该方法提出粘度是控制喷涂质量的唯一要素，采用粘度控制模块对整个超临界二氧化碳喷涂系统进行控制，混合涂料出口粘度可以控制，意味着喷涂质量达到要求，从而实现高质量，连续化，低成本，低消耗，连续化超临界二氧化碳喷涂，与此同时，该发明可适用于多种喷涂工况，大大增强超临界二氧化碳喷涂的适用性。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种由粘度控制的超临界二氧化碳喷涂方法，其特征在于，通过调节超临界二氧化碳与涂料混合物的粘度这个唯一要素进而控制喷涂质量，超临界二氧化碳与涂料混合物的粘度决定流体流动性和液滴的大小及分散性能，而液体流动性和分散性是决定表面喷涂质量的关键。

4、进一步的，具体是指：设定混合物的某一目标粘度值，在超临界二氧化碳气氛下，通过粘度控制模块中的粘度计算模型计算在所设定的这一目标粘度值下，超临界二氧化碳和涂料各个指标的具体目标值，超临界二氧化碳和涂料各个指标包括：超临界二氧化碳和涂料各自的温度、压力和组分配比；然后依据各个指标的具体目标值对系统进行实时控制，待达到具体目标值后进行喷涂试验，并依据喷涂质量的好坏重新调整混合物的目标粘度值，直至喷涂质量合格为止。

5、进一步的，粘度计算模型是由一种由复杂工况下多元混合涂料粘度精确实验所得的经验公式，由于混合涂料的粘度与温度、压力、二氧化碳和涂料的组分比有直接关系，故此经验公式易得出，则二氧化碳与涂料的粘度混合经验公式：

6、lnμmix＝alnμco2+blnμresin+cxco2+dxresin

7、其中μmix表示混合物的粘度，μco2和μresin分别表示co2和涂料的粘度，xco2和xresin分别表示混合物中co2和涂料的质量分数，而a，b，c，d表示实验数据拟合得到的系数；

8、其中，二氧化碳粘度与温度和压力有关，通过物质物性平台，可查到二氧化碳随压力、温度变化的粘度值，可采用双变量多项式，利用数据处理软件进行数据拟合，得到二氧化碳粘-温-压关系式：

9、μco2＝e+f×p+g×t+h×p2+i×p×t+j×t2+k×p3+l×p2×t+m×p×t2+n×t3

10、式中，μco2指co2的粘度，p指二氧化碳的压力，t指二氧化碳温度，e，f，g，h，i，j，k，l，m，n均为拟合所得系数；

11、涂料大多数为不可压缩流体，其粘度是对温度的单一函数，以andrade方程为例：

12、μresin＝xeyt+z

13、式中，μresin表示涂料的粘度，t指温度，系数x、y、z均需通过实验所测粘度值进而拟合所得，涂料的压力、温度需要调节到与二氧化碳的压力、温度一致。

14、进一步的，所述的超临界二氧化碳喷涂方法可以通过调控系统实现，所述的调控系统包括粘度控制模块和混合喷射模块，所述的粘度控制模块包括超临界二氧化碳供给模块、涂料供给模块和粘度计算模型，超临界二氧化碳供给模块、涂料供给模块各自包括加压设备、加热设备和流量调节设备；所述的粘度计算模型用于根据设定的混合物的目标粘度值计算具体的混合物中co2和涂料的质量分数、二氧化碳所需的温度和压力、涂料所需的温度和压力，且确保涂料的压力、温度数值上与二氧化碳的压力、温度一致；超临界二氧化碳供给模块、涂料供给模块分别用于将计算得到的co2和涂料所需的流量、温度、压力调节到具体目标值，混合喷射模块用于对二氧化碳和涂料进行混合以及实现喷涂试验。

15、本发明的积极效果在于：相比于传统的超临界二氧化碳喷涂，增加粘度控制模块可对混合涂料出口粘度严格控制，从而喷涂质量也得到保证，将出口粘度作为喷涂质量的唯一要素大大节省了时间及涂料消耗量。同时该方法可使用于多种喷涂工况，只要控制出口混合涂料粘度达到要求，便可进行喷涂作业，大大提高了超临界二氧化碳喷涂的适用性。

技术特征：

1.一种由粘度控制的超临界二氧化碳喷涂方法，其特征在于，通过调节超临界二氧化碳与涂料混合物的粘度这个唯一要素进而控制喷涂质量。

2.根据权利要求1所述的一种由粘度控制的超临界二氧化碳喷涂方法，其特征在于，具体是指：设定混合物的某一目标粘度值，在超临界二氧化碳气氛下，通过粘度控制模块中的粘度计算模型计算在所设定的这一目标粘度值下，超临界二氧化碳和涂料各个指标的具体目标值，超临界二氧化碳和涂料各个指标包括：超临界二氧化碳和涂料各自的温度、压力和组分配比；然后依据各个指标的具体目标值对系统进行实时控制，待达到具体目标值后进行喷涂试验，并依据喷涂质量的好坏重新调整混合物的目标粘度值，直至喷涂质量合格为止。

3.根据权利要求1所述的一种由粘度控制的超临界二氧化碳喷涂方法，其特征在于，粘度计算模型是二氧化碳与涂料的粘度混合经验公式：

4.根据权利要求1所述的一种由粘度控制的超临界二氧化碳喷涂方法，其特征在于，所述的超临界二氧化碳喷涂方法可以通过调控系统实现，所述的调控系统主要由粘度控制模块完成，所述的粘度控制模块包括超临界二氧化碳供给模块、涂料供给模块、粘度计算模型和混合喷射模块，超临界二氧化碳供给模块、涂料供给模块各自包括加压设备、加热设备和流量调节设备；所述的粘度计算模型用于根据设定的混合物的目标粘度值计算具体的混合物中co2和涂料的质量分数，二氧化碳所需的温度和压力、涂料所需的温度和压力，且确保涂料的压力、温度数值上与二氧化碳的压力、温度一致；超临界二氧化碳供给模块、涂料供给模块分别用于将计算得到的co2和涂料所需的流量、温度、压力调节到具体目标值，混合喷射模块用于实现喷涂试验。

技术总结
本发明公开了一种由粘度控制的超临界二氧化碳喷涂方法，属于工业树脂喷涂领域。此方法的核心技术是通过调节超临界二氧化碳与涂料混合物的粘度这个唯一要素进而控制喷涂质量。具体是通过设定混合物的某一目标粘度值，通过粘度控制模块中的粘度计算模型计算在所设定的这一目标粘度值下，超临界二氧化碳和涂料各自的温度、压力和组分配比的具体目标值；然后依据目标值对系统进行实时控制，待达到粘度目标值后进行喷涂试验，并依据喷涂质量的好坏重新调整混合物的目标粘度值，直至喷涂质量合格为止。本发明通过控制混合涂料出口粘度，实现超临界二氧化碳高质量、低成本、低消耗、连续化、高效率喷涂。

技术研发人员：银建中,陈旭鹏,于鲲鹏,李琳,孙海鑫,武锦涛
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15