Техніка та енергетика

Аналіз впливу геометрії робочої зони на розподіл електричного поля в системах порошкового фарбування

Віталій Науменко, Леонід Червінський
Завантажити статтю
Анотація

Метою дослідження було встановлення особливостей просторового формування електричного поля в системах електростатичного порошкового фарбування та його впливу на показники осадження порошку і рівномірність покриття. Методологія поєднувала стендовий порівняльний експеримент, тривимірне електростатичне моделювання системи “коронний електрод – заряджений факел – заземлений виріб”, неруйнівне вимірювання товщини сухої плівки, визначення ефективності осадження порошку та статистичний аналіз електростатичних і технологічних показників для чотирьох конфігурацій робочої зони. Установлено, що циліндрична конфігурація характеризувалася найменшою просторовою неоднорідністю електричного поля: коефіцієнт варіації напруженості електричного поля становив 0,178 проти 0,261 для прямокутної, 0,311 для комбінованої та 0,330 для конфігурації зі змінною міжелектродною відстанню. Для цієї конфігурації також було зафіксовано найвище значення ефективності осадження порошку – 74,9 %, найбільшу середню товщину покриття 77,5 мкм і найменше значення коефіцієнта варіації товщини покриття – 0,093. Для комбінованої конфігурації та конфігурації зі змінною міжелектродною відстанню ефективність осадження порошку знижувалася до 63,1 % і 60,7 %, а коефіцієнт варіації товщини покриття зростав до 0,201 і 0,229 відповідно, що відображало перехід електростатичної неоднорідності у технологічну нерівномірність покриття. Статистичний аналіз підтвердив значущість міжконфігураційних відмінностей для коефіцієнта варіації напруженості електричного поля і коефіцієнта варіації товщини покриття. Інтегральний кореляційний аналіз показав тісний позитивний зв’язок між коефіцієнтом варіації напруженості електричного поля та коефіцієнтом варіації товщини покриття (r = 0,84; p = 0,001), а локальний кореляційний аналіз між напруженістю поля та товщиною покриття - статистично значущий позитивний зв’язок (r = 0,79; p < 0,001). Практичне значення результатів полягає в можливості їх використання під час проєктування, налаштування та оптимізації робочих зон у системах електростатичного порошкового фарбування для підвищення ефективності осадження порошку та рівномірності покриття

Ключові слова

електростатичне напилення; ефективність осадження; просторова неоднорідність; міжелектродна відстань; товщина сухої плівки; коефіцієнт варіації

ЦИТУВАТИ
Naumenko, V., & Сhervinsky, L. (2026). Analysis of the influence of the geometry of the working zone on the distribution of the electric field in powder coating systems. Machinery & Energetics, 17(2), 50-64. https://doi.org/10.31548/machinery/2.2026.4
Використані джерела
  1. Ayrilmis, N. (2022). A review on electrostatic powder coatings for the furniture industry. International Journal of Adhesion and Adhesives, 113, article number 103062. doi: 10.1016/j.ijadhadh.2021.103062.
  2. Baxevani, A., Lamprou, E., Mavropoulos, A., Stergioudi, F., Michailidis, N., & Tsoulfaidis, I. (2025). Investigation of corrosion resistance in powder-coated 6060 aluminum alloy: Effects of powder coating and pre-anodizing followed by powder coating. Metals, 15(10), article number 1062. doi: 10.3390/met15101062.
  3. Benmoussa, A., Pendar, M.-R., & Páscoa, J.C. (2025). Enhancing electrostatic spray-painting efficiency with modified high-voltage conductors: A numerical study on pulsed electric fields. Journal of Aerosol Science, 193, article number 106491. doi: 10.1016/j.jaerosci.2024.106491.
  4. Christensen, B., & Owkes, M. (2023). Efficient extraction of atomization processes from high-fidelity simulations. Computers & Fluids, 254, article number 105808. doi: 10.1016/j.compfluid.2023.105808.
  5. Chyhyrynets, O., Sanginova, O., Hu, J., Wu, Y., & He, X. (2025). Optimization of the composition of aluminum phosphate and walnut shell-based composition to increase the corrosion resistance of paint coatings. Technology Audit and Production Reserves, 4(3(84)), 12-17. doi: 10.15587/2706-5448.2025.334800.
  6. Gimenez, J.M. (2024). Multiscale simulation of electrostatic powder coating sprays. Computational Particle Mechanics, 11(3), 1441-1461. doi: 10.1007/s40571-023-00703-w.
  7. Gots, V.I., Kochetov, G.V., Lastivka, O.V., Samchenko, D.M., & Mehet, V.S. (2023). Corrosion resistance of powder coating with use of ferritization waste. Modern Construction and Architecture, 4, 49-55. doi: 10.31650/2786-6696-2023-4-49-55.
  8. Guettler, N., Knee, P., Ye, Q., & Tiedje, O. (2020). Initial droplet conditions in numerical spray painting by electrostatic rotary bell sprayers: A framework for optimization of injection model coefficients. Journal of Coatings Technology and Research, 17, 1091-1104. doi: 10.1007/s11998-020-00352-1.
  9. Herkins, M., Zhao, L., Zhu, H., & Jeon, H. (2026). CFD modelling of an electrostatic spraying system to optimise pesticide spray efficiency and reduce drift. Biosystems Engineering, 263, article number 104378. doi: 10.1016/j.biosystemseng.2025.104378.
  10. Huang, J., Yang, M., Wan, L., Tang, K., Zhang, H., Chen, J., Noël, J.J., Barker, I., Zhang, H., & Zhu, J. (2023). Ultrafine powder coating: Smooth surface, dense structure and enhanced corrosion resistance. Chemical Engineering Journal, 455, article number 140815. doi: 10.1016/j.cej.2022.140815.
  11. IEC TS 60079-32-1:2013+AMD1:2017 CSV. (2017). Explosive atmospheres – part 32-1: Electrostatic hazards – guidance. Retrieved from https://webstore.iec.ch/en/publication/60166.
  12. ISO 1514:2024. (2024). Paints and varnishes – standard panels for testing. Retrieved from https://www.iso.org/standard/85309.html.
  13. ISO 2360:2017. (2017). Non-conductive coatings on non-magnetic electrically conductive base metals – measurement of coating thickness – amplitude-sensitive eddy-current method. Retrieved from https://www.iso.org/standard/69943.html.
  14. ISO 2409:2020. (2020). Paints and varnishes – cross-cut test. Retrieved from https://www.iso.org/standard/76041.html.
  15. ISO 2808:2019. (2019). Paints and varnishes – determination of film thickness. Retrieved from https://www.iso.org/standard/71583.html.
  16. ISO 2813:2014. (2014). Paints and varnishes – determination of gloss value at 20°, 60° and 85°. Retrieved from https://www.iso.org/standard/56807.html.
  17. ISO 8130-10:2021. (2021). Coating powders: Part 10: Determination of deposition efficiency. Retrieved from https://www.iso.org/standard/80812.html.
  18. ISO 8130-13:2019. (2019). Coating powders: Part 13: Particle size analysis by laser diffraction. Retrieved from https://www.iso.org/standard/68405.html.
  19. Karaoglan, A.D., & Ozden, E. (2021). Electrostatic powder coating process optimisation by implementing design of experiments. Transactions of the IMF, 99(1), 46-52. doi: 10.1080/00202967.2020.1846349.
  20. Kasdi, A., Chouali, S., Bekakria, A., & Dascalescu, L. (2023). Experimental and numerical modeling of DC corona discharge in Wire-Cylinder-Plane configuration. Journal of Electrostatics, 123, article number 103814. doi: 10.1016/j.elstat.2023.103814.
  21. Khan, A.N., Goud, V., Alagirusamy, R., Mahajan, P., & Das, A. (2022). Optimization study on wet electrostatic powder coating process to manufacture UHMWPE/LDPE towpregs. Journal of Industrial Textiles, 51(4), 6686-6704. doi: 10.1177/15280837211070995.
  22. Korzhyk, V., Kopei, V., Stukhliak, P., Berdnikova, O., Kushnarova, O., Kolisnichenko, O., Totosko, O., Stukhliak, D., & Ropyak, L. (2025). Features of the structure of layered epoxy composite coatings formed on a metal-ceramic-coated aluminum base. Materials, 18(15), article number 3620. doi: 10.3390/ma18153620.
  23. Kulothungan, S., Lakshmanan, P., Krishnan, P., Palani, S., & Arumugam, A. (2022). Assessment of factors influencing the transfer efficiency in electrostatic spray coating process. Materials Today: Proceedings, 62(2), 1039-1044. doi: 10.1016/j.matpr.2022.04.283.
  24. Matsushita, Y., Katayama, T., Saito, Y., Matsukawa, Y., Okabe, T., Shirota, M., Inamura, T., Daikoku, M., Fukuno, J., & Aoki, H. (2024). A spray painting simulation using high-speed rotary atomizer – model development and comparison of LES and RANS. Results in Engineering, 21, article number 101697. doi: 10.1016/j.rineng.2023.101697.
  25. Pendar, M.-R., & Páscoa, J.C. (2019). Numerical modeling of electrostatic spray painting transfer processes in rotary bell cup for automotive painting. International Journal of Heat and Fluid Flow, 80, article number 108499. doi: 10.1016/j.ijheatfluidflow.2019.108499.
  26. Saye, R.I., Sethian, J.A., Petrouskie, B., Zatorsky, A., Lu, X., & Rock, R. (2023). Insights from high-fidelity modeling of industrial rotary bell atomization. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 120(4), article number e2216709120. doi: 10.1073/pnas.2216709120.
  27. Scholl, M., Vogel, N., & Lang, S. (2023). Electrostatic powder coating as a novel process for high-voltage insulation applications. Advanced Engineering Materials, 25(19), article number 2300465. doi: 10.1002/adem.202300465.
  28. Sidawi, K., Moroz, P., & Chandra, S. (2021). Bell-cup serrations and their effect on atomization in electrostatic rotating bell atomizers. Experiments in Fluids, 62, article number 180. doi: 10.1007/s00348-021-03266-9.
  29. Siyahhan, B., Boldrini, M., Hauri, S., Reinke, N., & Boiger, G. (2018). Procedure for experimental data assessment for numerical solver validation in the context of model based prediction of powder coating patterns. The International Journal of Multiphysics, 12(4), 373-392.
  30. Šolić, T., Marić, D., Peko, I., & Samardžić, I. (2025). Optimization of coating process parameters by analysis of target powder thickness and regression modeling. Applied Sciences, 15(2), article number 673. doi: 10.3390/app15020673.
  31. Subbotina, V., Sobol, O., Belozerov, V., Subbotin, A., & Smyrnova, Y. (2020). A study of the phase-structural engineering possibilities of coatings on D16 alloy during micro-arc oxidation in electrolytes of different types. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(12(106)), 14-23. doi: 10.15587/1729-4061.2020.209722.
  32. Szala, M., & Kot, E. (2017). Influence of repainting on the mechanical properties, surface topography and microstructure of polyester powder coatings. Advances in Science and Technology Research Journal, 11(2), 159-165. doi: 10.12913/22998624/69680.
  33. Tsapko, Y., Likhnyovskyi, R., Buiskykh, N., Horbachova, O., Mazurchuk, S., Lastivka, O., Tsapko А., Sokolenko, K., & Matviichuk, A. (2023). Determining patterns in the formation of a polymer shell by powder paint on wood surface. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(10(121)), 37-45. doi: 10.15587/1729-4061.2023.273364.
  34. Wang, C., Jian, X., Yang, Q., Sun, K., & Zhang, S. (2025). Theoretical and experimental study on coating uniformity in automatic spray-coating of pipeline weld repairs. Coatings, 15(10), article number 1193. doi: 10.3390/coatings15101193.
  35. Xie, J., Zhu, X., Shao, Y., Zhang, H., Zhang, H., & Zhu, J. (2024). An experimental and theoretical study on effects of particle size distribution on flowability and film properties of organic powder coatings. Progress in Organic Coatings, 195, article number 108668. doi: 10.1016/j.porgcoat.2024.108668.