정전 분체 도장 (Electrostatic Powder Coating)
▒ 분체도장이란?
POLYESTER분체 COATING의 과정은 피도장 물체를 전처리 한 후 피도장 물체를 정전 도장에 적합한 입자의 크기 및 비중을 지닌 분체가루를 사용하여 온도 180℃에서 20분간 탱크 안에서 체류하면 분체 가루가 피도장 물체에 서서히 녹아서 액체가 되며, 대기중의 온도가 되면 경화가 되어 피도장 물체에 도장이 된다. 이때, 도장 두께는 평균 60마이크론 정도가 됩니다.
▒ 분체도료란?
분체도료란 일반 도료에서 사용되는 유기용제나 반응성 단량체, 물 등의 용매를 사용하지 않고 도막 형성 성분만으로 배합되어 있는 고체로서 합성수지, 안료 등을 주로하여 필요에 따라 적절한 경화제 필라(Filler)등을 배합하여 균일하게 용융 혼합시킨 분사체를 냉각 후 일정한 범위의 입도로 분쇄시켜 규정된 범위의 입도만으로 된 분말상의 도료이다.
▒ 분체도료의 장점
분체도장 기술이 처음에는 1950년대 열가소성 수지로 사용되었으나 지난 10년 이후 열경화성 분체도료가 다양한 용도로 광범위하게 발전되어 왔다. 열경화성 분체도료가 이처럼 증가하게 된 이유는 첫째, 대기 및 오염이 적고 둘째, 원료값과 인건비 등을 볼 때 분체도장은 종래의 용제형 도료에 비하여 경제적 측면에서 훨씬 유리하기 때문이다.
열경화성 분체도료의 사용에 있어서 몇 가지 확실한 이점들은 다음과 같다.
무용제 도료로서의 장점
① 비싼 용제의 낭비가 없다.
분체도료에는 용제가 필요치 않아 화재의 위험이 적고, 가연성 액체에 대한 소방법 및 여러 규정에 저촉되지 않으므로 안전시설과 보험 및 인력에 드는 비용을 줄일 수 있다.
② 대기 오염이나 수질 오염 등의 공해 문제가 없다.
도장시 피도체에 도장되지 않은 분체도료는 다시 회수되어 재사용하므로 대기중에 유출이 안되고, 액체도장의 경우는 일반적으로 사용되는 Water Washed Spray Booth 에서 Over Spray 된 것은 물에 흡입되어 배수구로 유출되거나 Sludge Tank에 축적된다. 분체의 경우 이러한 문제가 없으므로 수질의 오염이 없다.
③ 도막 형성시 점도 조정이 불필요하며, 주름이나 흐름 현상이 없으므로 사용이 편리하다.
④ 사용이 편리하여 2회 도장으로 균일하고 두껍게 도장할 수 있고, 도막이 고성능이므로 중복 도장이 필요치 않는다.
⑤ 도장 후 setting 이 필요없기 때문에 도장 공정이 아주 간단하여 생산성을 향상시킬 수 있고 사용이 편리하다.
⑥ 작업자의 건강을 해칠 우려가 없다.
인체에 해로운 용제증기를 함유하지 않으므로 작업자의 건강을 해칠 우려가 없다.
분말상 도료로서의 장점
① 도장시 피도체에 도장되지 않은 분체도료는 다시 회수되어 재 사용 가능하기 떄문에 경제적이고 효율적이다.
② 폐기물이 없기 때문에 도장실에서 발생하는 폐기물의 소각이나 처분 등에 드는 비용이 절감된다.
③ 점착성이 없기 때문에 의복이나 실내를 더럽히지 않으며 청소가 용이하다.
④ 분말상태이므로 도료 취급시 저장이나 수송이 편리하다.
기타장점
① 도막의 물성이 우수하다.
② 모서리 부분이 잘 도장된다.
③ 먼지 등에 오염되지 않은 깨끗한 도막을 얻을 수 있다.
오염물이 붇기 쉬운 setting time이 필요치 않아 용제형 도료보다 먼지나 티로 오염되지 않은 깨끗한 도막을 얻을 수 있다.
④ 제품 용기가 간단하여 사용 후 처리가 용이하다.
⑤ 용제형 도료에 비하여 작업자의 숙련도를 크게 요하지 않는다.
⑥ 분체도료 저장에 넓은 면적이 필요치 않다.
분체도료는 이상과 같은 장점을 많이 가진 반면에 색 교환이 어렵고, 아주 얇은 도막(30㎛이하)의 형성이 곤란하다. 또한 조색이 불가능하다.
분체도료 도장방법
1) 정전 스프레이 도장법
고전압 하에서 음(-)으로 대전된 분체를 접지된 피도물에 분사하여 전기적으로 부착 시킨 후 가열용해하여 도막화 시키는 방법이다.
<그림 5.1> 정전 스프레이 도장방법
2) 유동 침적법
다공판을 통해 공기를 불어 넣어 분체를 유동상태로하고, 그 속에 미리 가열한 피도물을 집어 넣어 분체를 부착시켜 용해시키는 방법이다.
<그림 5.2> 유동침적법
3) 정전 유동 침적법
유동 침적법과 같은 밥법이지만 예비가열 대신에 정전기를 이용하여 부착시키는 방법이다.
<그림 5.3> 정전 유동 침적법
3 정전 스프레이 도장 GUN의 하전 특성
1) 외부 하전 방식
분체도장기에서 가장 많이 사용되는 도착방법으로 도장기 끝에 설치된 코로나 핀에 30∼90 KV의 고전압이 걸리게 되면 코로나 핀 선단 부근의 전계는 공기의 절연파괘 전계강도인 3KV/mm를 gnlfTLs 초과하기 때문에 코로나 방전이 된 경우 코로나 핀과 피도물 사이에 공기가 이온화 된다. 이 방식은 도착효률이 높고 도장건의 구조가 간단하여 많이 사용되고 있다.
<표 5.2> 도장방법상의 특성 비교
|
도장방법 |
장 점 |
단 점 |
적용도료종류 |
|
정전 스프레이 도장법 |
예열에 의존하지 않기 때문에 피도물의 열용량이 다른 경우에도 일정한 도막 두께가 얻어진다. |
색상의 교환에 시간이 걸린다. |
에폭시 염화비닐 등 |
|
유동 침적법 |
한번에 전면도장이 가능하며 복잡한 형상도균일하게 도포 가능하다. 콘베이어와 결합하면 자동화와 대량생산이 가능하다. 특별한 기기가 필요 없어 작업이 간단 시공비가 저렴하다. |
피도물의 두께가 얇으면 적용이 어렵다. 균일한 예열이 곤란하며 성능이우수한 가열로가 필요하다. 소량의 도장 시에도 tank내에 일정한 량의 도료가 필요하다. 도막두께 조절이 어렵다. |
폴리에틸렌 |
|
정전 유동 침적법 |
자동화와 대량생산이 가능하다. 설비가 간단하며 설비비가 저렴하다. |
평판의 양면이나 긴 피도물의 균일한 도장이 어렵다. 유동조의 크기에 한계가 있으며, 대형의 피도물을 도장할 수 없다. |
염화비닐 폴리아마이드 폴리에틸렌 |
|
용사법 |
현지시공이 가능하다. 금속, 포, 콘크리트, 도기 등 피도물의 폭이 크다. |
복잡한 형상의 피도물에는 시행이 어렵다. 고온의 화염을 통과하기 때문에 도막이 열화하기 쉽다. 수작업이므로 균일한 도막 두께를 얻을 수 없다. |
폴리에틸렌 폴리아미드 염화폴리에테르 |
2) 내부 하전 방식
외부 하전 방식의 결점을 보완하기 위해서는 도장건 내부에서 분체를 대전시킬 필요가 있으며, 이런 방법으로는 내부 코로나 하전방식과 건의 내벽에 분체를 접촉시켜 마찰에 의해 분체를 대전시키는 하전방식이 있다.
3) 마찰 하전 방식
도료가 도장건의 내벽과 접촉하게 되면, 경계면에서 전하이동에 의해 대전된 도료가 일반 대전과는 달리 플러스(+)로 대전되고, 피도물에는 반대극의 동일한 하전량이 발생된다. 마찰 대전용 도료는 마찰 대전 효과를 향상시키는 첨가제가 투입되어야 하며, 마찰 대전용 도료는 일반정전 스프레이용과 겸용으로 사용이 가능하다.
분체도장설비 분체도장에서 도장 마무리는 도장설비, 또는 도장 설비에 대한 설계에서 크게 좌우된다.
용제형 도장설비와 다른 점은 분체 전용의 정전 도장기, 도장실, 도료회수장치를 필요로 한다는 점이며
표면 처리설비나 가열건조로, 콘베이어 등은 용제형의 도장설비를 그대로 사용할 수 있습니다.
분체도장설비의 모든것
분체도장설비
분체도장에서 도장 마무리는 도장설비, 또는 도장 설비에 대한 설계에서 크게 좌우된다.
용제형 도장설비와 다른 점은 분체 전용의 정전 도장기, 도장실, 도료회수장치를 필요로 한다는 점이며
표면 처리설비나 가열건조로, 콘베이어 등은 용제형의 도장설비를 그대로 사용할 수 있습니다. 
분체도장기
분체는 액체와 달리 중력이나 압력으로 간단히 수송할 수 없고 밸브(Valve)나 코크(Cock)로 유량을 정확하게 조정할 수 없기 때문 에 분체 도장기의 구조는 약간 복잡하여 주로 다음과 같이 3개의 장비로 구분할 수 있습니다.
① 자동 혹은 수동 스프레이 건(Spray Gun)
② 분체 공급장치(Powder Hopper)
③ 고압 발생 장치(배전반,발생기<Generator>)
또한 도장기를 선택할 때에 특별히 주의해서 검토해야 할 사항이라면
- 분체가 정량적으로 끊임없이 안정하게 분출 되고 있는가
- 도착(途着) 효율
- 안전성
- 취급의 간편성 등이 중요한 문제가 되며 그밖에 가격, 애프터 서비스, 설치 실적등도 고려할 필요가 있다.
도장실 및 회수장치
| ||
|
|
풍속은 도착 효율을 악화시키지 않는 범위 내에서 가능한 크게 하고 흡기공의 위치는 바닥쪽에
두는 것이 일반적이며, 스프레이 건의 정면에 있게되면 도착성을 나쁘게 합니다. 사람에 의한
스프레이 도장의 경우에는 작업자의 뒷면에서부터 공기를 불어 넣어 흡기공을 향하여 균일한 바
람의 흐름이 이루어질 수 있도록 해야 하지만, 자동 도장의 경우에는 필요하지 않습니다.
(참고로 개구부의 픙속은 0.3~0.5m/sec 정도가 적당하나 자동 Gun의 경우 낮게하고 Hand Gun의
경우에는 높게 합니다.)
3) 도장실의 내벽은 될수 있는 한 평활하게 하여 부착된 도료를 간단히 제거할수 있도록 해야하며,
재질로서는 플라스틱 등과 같이 연소하기 쉬운 물질은 피하고, 알루미늄, 스테인레스 또는 철판
을 사용하는 것이 가장 이상적입니다.
4) 도관(Duct)
될 수 있는 한 저항이 작은 물질을 사용하여 분진이 쌓이지 않도록 하는 것이 이상적이며, 색
의 교환이 잦은 경우를 대비해서 도관을 간단하게 제거할 수 있도록 설계하여 두면 편리합니
다. 단, 도관의 재질이 연질의 염화비닐인 경우 가소제가 분체속으로 이동하여 문제가 발생하
기 때문에 주의를 요하며,특히 아크릴계 분체의 경우에는 더욱 사용할 수 없습니다.
2. 회수장치
분체도장설비 가운데 가장 어려운 장치가 회수 장치로 최근에는 여러가지 방법이 소개되어 기계의
종류도 다양해 졌지만, "회수 효율이 높다", "색의 교환이 쉽다(청소하기가 쉽다)" 등의 모든 장점
을 완전하게 충족시켜주는 장치는 시판품에서 찾아 볼수 없습니다. 따라서 장치를 선정하는 경우에
는 색 교환을 하지 않는 경우와 색 교환을 하는 경우를 검토하여 결정해야 합니다.
단일 색상 도장의 경우는 회수 효율만을 생각하면 좋기 때문에 간단하지만,색 교환을 하는 경우에
는 회수 효율을 희생하기로 하면 쉬운 일이나 경제성, 또는 공해면에 있어서 무시할 수 없기 때문
에 2~3색의 교환이 이루어질 경우 그 수 만큼의 회수장치를 설치해 두는 것이 가장 바람직한 방법
입니다.
회수 장치는 분체와 공기를 분리하여 분체만을 회수하는 장치로서, 분체 도장에서 사용하고 있는
방법은 다음과 같이 크게 나눌 수 있습니다.
1) 사이클론(Cyclone)
원심력을 이용하여 공기와 분체를 분리하는 방식이나 회수 효율은 좋지 않습니다.
2) 백 필터(Bag Filter)
자루(Bag) 모양의 여과기(Filter)로 분리하는 방식으로 여과기의 눈(目)이 막히는 것이 단점으
로 지적되고 있습니다.
3) 위의 두 경우를 결합한 장치(병용형)
사이클론과 백 필터형의 장점을 이용한 것입니다.
이와 같이 위의 3가지 방법은 각각 장점과 단점이 있으나 이것은 일반론일 뿐이며, 사이클론 방
식에 있어서도 회수 효율을 향상시킨 개량형이 있으며 또한 백 필터 방식에 있어서도 여과기의
막힘을 방지하기 위한 방법으로 각종의 개량형이 있습니다.
백 필터는 색의 교환이 곤란하지만 필터만 여분으로 쓰거나 전체를 카세트식으로 교환할 수 있
는 방식도 실용화되고 있습니다. 소규모로서 색의 교환이 많은 경우에는 사이클론과 필터의 병용
형 또는 백 필터의 분체는 회수되지 않는 방식(카트리지식 필터 사용)이 일반적으로 사용되고 있
습니다.
|
방 식 |
형 태 |
내 용 |
특 징 | ||
|
효 율 |
색 교 환 |
기 타 | |||
|
백 |
① 수동식 |
수동으로 진동시켜 분체를 탈락시키고 눈막힘을 방지 |
○ |
× |
소규모용 |
|
사 |
⑤ 보통사이클론 |
2차 공기 회전이 없다. |
× |
○ |
손실 10% 전후, 분진 배출이 크다. |
|
병 |
⑦ ⑤ 또는 ⑥과 ①∼ |
사이클론과 백 필터의 특징 을 살린 결합이 가능 |
○ |
× |
응용 범위가 넓다. |
|
기 타 |
⑨ 사이클론과 샤워 |
사이클론으로부터 빠져 나온 분진을 샤워로 씻어 탈락 시킴. |
× |
○ |
폐수 처리에 문제 |
건조로
분체 도장 라인에서는 전처리 공정에서 피도물에 부착된 수분을 건조하기 위하여 수절 건조로 및 분체
도장 후의 피도물에 도장된 분체도료를 고온에서 경화 반응을 행하기 위한 가열 건조로의 설치가 필요
하다.
1. 수절 건조로
수절 건조로에서는 피도물에 부착된 수분을 건조시켜, 다음 공정의 분체도장을 행하기 위하여
설치하는 장치이고 수절 건조로에 필요한 온도와 시간은 피도물의 재질, 두께, 형상 등에 따라
다르다.
예를 들면, 피도물이 금속으로 비교적 얇은 물체(0.8 ~ 1.6mm)의 경우는 피도물 온도 120℃,로
내온도 150℃에서 수절시간은 10분이 일반적이다. 또한 피도물의 두께가 2 ~ 3mm이상이 되는
경우 피도물 온도가 120℃까지 승온될 때까지의 가온시간이 길어지므로 수절건조 시간의 연장이
필요하게 된다. 또한 수절 건조로 출구의 피도물 온도가 120℃로 되므로 분체도장 부스 입구까지
는 45 ~ 50℃로 냉각이 필요하다.
2. 가열 경화로
가열 건조로는 피도물에 도장된 분체도료를 경화 반응시키는 장치이고 가열 건조에 필요한 온도
와 시간은 피도물의 재질, 두께, 형상 등에 따라 다르게 된다.
전항, 수절 건조로에서 기록한바와 같이 비교적 얇은 피도물의 경우에는 온도 170~190℃, 로내
온도 200℃이고, 가열시간은 피도물의 승온시간과 170~190℃ 유지시간 10분 이상 합계 20~30분
통과가 일반적이다. 또한 피도물의 두께가 2~3mm이상인 경우 피도물 승온시간은 더욱 길어진다.
또한 가열 건조로 출구의 피도물 온도가 170~190℃로 되기 때문에 도료의 냉각, 경화 및 운반
라인에서 탈하작업 때문에 45~50℃까지의 냉각이 필요하다.
3. 건조로 형상에 따른 분류
1) 산형로
산형로는 피도물을 컨베이어에 의해 연속적으로 통과시키는 터널로서 로내의 열풍이 피도물
입구 또는 출구로 빠져나가는 부분을 최소한으로 억제할 목적에서 만들어졌다. 이 건조로는
넓게 사용되고 있지만, 피도물의 형상에 따라서는 제약되는 경우가 있다.
2) 평형로
평형로는 피도물을 컨베이어에 의해 연속적으로 통과시키는 건조로로서 입, 출구와 건조로
본체가 동일 수준에서 터널상으로 만든다. 피도물의 입, 출구인 개구부에서 달아나는 열풍
손실에 대한 대책으로 에어커튼을 설치한다.
3) 뱃치식로
뱃치식로는 피도물을 대차에 올려, 닥트에서 로에 넣고 건조 후에 꺼내는 형식의 건조로
이다.
본 형식의 로는 출입구에 문짝을 설치하고 수동 또는 자동으로 개폐한다.
또한 이 형식의 로는 비교적 저 생산량의 라인에 적합하다.
산형로
평형로
뱃치식로
4. 가열 방식에 따른 분류
가열 건조로는 가열방법에 따라 다음과 같이 분류되며 제반 특성은 표와 같다.
가. 간접 열풍식 건조로
나. 직화식 건조로
다. 원적외선 건조로
라. 원적외선 + 열풍식 병용 건조로
마. 고주파 가열로
가열 건조로 특성비교표
|
구 분 |
특 성 |
비 고 |
|
간접 열풍식 |
1. 가장 보편화된 가열 방법이며 |
1. 초기작동시 온도상승이 다소 늦으며 |
|
직화식 |
1. 연소된 GAS가 건조로 내부에 직접 혼입되는 |
1. 연소 GAS중 질소나 황화합물에 의해 |
|
원적외선 |
1. 복사열을 이용하여 피도물의 가열과 도료 |
1. 복사열은 직진하기 때문에 피도물이 |
|
원적외선+열풍 |
1. 열풍식의 단점인 초기 승온 문제를 보완한 |
1. PCM분체도장과 AL-WHEEL등 |
|
고주파 가열식 |
1. 피도물을 자기 유도가열 방식으로 빠른 |
1. 강관 및 REBAR등의 가열시 |
전처리공정
1. 표면처리와 도장
피도물의 재질이나 가공법등에 따라 소지면은 변질층이나 산화물층으로 덮여 있고 또한 유분,
수분, 녹 및 먼지 등의 이물질이 부착되어 이러한 이물질을 완전히 제거하지 않으면 소지와 도막
과의 부착력을 저하시킬 뿐 아니라 도막이 부풀음, 균열 및 박리되는 원인이 됩니다.
따라서 도장전에 미리 이러한 이물질을 완전히 제거함과 동시에 도막 밑에서 녹이 발생되지 않도록
화성피막 처리를 시행하는 공정을 표면처리라 한다.
2. 표면처리 목적
1) 피도물 표면을 불활성화(안정화)하여 내식성을 향상시킨다.
2) 피도물에 부착, 생성된 이물질을 완전히 제거함으로써 도료와의 밀착성을 높힌다.
3) 피도물 표면과 도료의 친화력 및 습윤성을 준다.
4) 피도물의 돌출부를 제거하여 표면을 평탄하게 한다.
3. 화성피막공정
1) 인산염계 피막처리 (냉간 압연 강판, 아연도 강판)
탈지 → 수세 → (표면조정) → 화성피막 → 수세 → 순수세 → 건조
2) 크로메이트 처리(알루미늄)
탈지 → 수세 → (엣칭 → 수세 → DISMUT → 수세) → 화성피막 → 수세 → (순수세) → 건조
4. 피도물별 표면처리에 대한 도막 성능
1) 냉간 압연 강판
| |||||||||||||||||||||||||||
2.도막두께 : 80~100㎛
3.평가 : ◎:우수, ○:양호, △:보통, X:불량
2) 전기 아연도 강판
|
피막처리의 종류 |
무처리(탈지) |
인산철 |
인산아연 |
인산아연칼슘 |
|
피막중량(g/㎥) |
- |
2.5 |
0.03 |
0.5 |
|
1차 밀착성 |
○ |
◎ |
○ |
◎ |
|
2차 밀착성 |
◎ |
○ |
○ |
◎ |
|
내식성 |
X~△ |
◎ |
○ |
◎ |
2.도막두께 : 80~100㎛
3.평가 : ◎:우수, ○:양호, △:보통, X:불량
3) 알루미늄 소재
|
피막처리의 종류 |
무처리(탈지) |
인산철 |
인산아연 |
인산아연칼슘 |
|
피막중량(g/㎥) |
- |
0.02 |
0.04 |
0.5 |
|
1차 밀착성 |
○ |
◎ |
◎ |
- |
|
내식성 |
X |
◎ |
○ |
◎ |
2.도막두께 : 80~100㎛
3.평가 : ◎:우수, ○:양호, △:보통, X:불량
기타장치
압축기(Compressor), 제습기 등 외에 회수된 분체로부터 먼지를 걸러내기 위한 체(Sieve)가 필요하며
전체를 자동화한 폐쇄형(Closed System)을 취한 경우, 각종 장치의 효과적인 설계(Lay-out)가 필요합
니다.
폐쇄형의 회수 장치에서 회전 밸브(Rotary Value)를 통해 분체를 취한 후 체로 먼지를 제거합니다.
일반적으로 진동식 체 또는 회전식 체가 사용되고 있습니다. 이 체의 아래부분에 공급 탱크를 장치하고
자동적으로 회수된 분체를 재 공급하도록 한 것이 이상적이나 이러한 경우 설비 장소의 높이에 많은 제
약을 받습니다. 다른 장소에서 분체를 수송하는 것은 매우 불편하기 때문에 일체화 할 수 있도록 건물
의 방향도 고려할 필요가 있습니다. 스프레이 건은 고정시켜 놓거나 자동 스프레이 장치(Reciprocator)
가 가능합니다.
건(Gun)의 분출량은 호스(Hose)의 길이, 건의 높이, 분체의 유동성, 기온 등에 영향을 받기 쉬우므로
건의 수는 여유있게 준비할 필요가 있습니다. 콘베이어(Conveyor)는 내열성이 있는 것을 사용하며, 가
끔 기름칠 등으로 손질해주어야 하며, 또한 분체가 부착 및 축적되어 문제가 일어나지 않도록 하고, 2
차 행거(Hanger)를 길게 하거나 분사실내에 콘베이어를 위한 효과적인 덮개(Cover)를 장치하는 등 연구
가 필요합니다.
그 밖에 도장 환경을 깨끗하게 보존하기 위하여 대형 도는 소형 집전기를 설치하여 요소에서 집중 집진
을 하는 등의 대책도 필요합니다.
