“พลศาสตร์ของละอองสี: การวิเคราะห์พฤติกรรมการแตกตัวของฟิล์มในระบบเครื่องพ่นสีรุ่นใหม่”

 

กระบวนการพ่นสีแบบอุตสาหกรรมได้พัฒนาขึ้นอย่างต่อเนื่องทั้งในด้านประสิทธิภาพ ความสม่ำเสมอของฟิล์มสี และความสามารถในการควบคุมละอองสีให้มีความละเอียดสูงที่สุดเท่าที่เทคโนโลยีจะเอื้ออำนวย ปัจจุบันเครื่องพ่นสีรุ่นใหม่ ไม่ว่าจะเป็นระบบ Airless, Air-Assisted Airless, หรือ HVLP (High Volume Low Pressure) ต่างได้รับการออกแบบให้สามารถสร้างละอองสีที่มีขนาดเล็กลง กระจายตัวสม่ำเสมอขึ้น และลดการสูญเสียสีอันเกิดจาก Overspray อย่างมีนัยสำคัญ ความก้าวหน้าเหล่านี้ไม่เพียงส่งผลต่อคุณภาพพื้นผิวที่ได้รับการเคลือบ แต่ยังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการใช้พลังงานและลดต้นทุนวัตถุดิบอย่างชัดเจนหัวใจสำคัญที่ขับเคลื่อนเทคโนโลยีดังกล่าว คือ “พลศาสตร์ของละอองสี” หรือ Spray Droplet Dynamics ซึ่งเกี่ยวข้องกับพฤติกรรมการแตกตัวของฟิล์มสี การกระจายตัวของหยดสี และปฏิสัมพันธ์ของหยดสีเมื่อสัมผัสกับสภาพแวดล้อม เช่น ความเร็วของลม ความหนืดของสี แรงดัน และโครงสร้างหัวฉีด การทำความเข้าใจพลศาสตร์ของละอองสีเหล่านี้ไม่เพียงช่วยให้ผู้ผลิตเครื่องพ่นสีสามารถออกแบบเครื่องจักรที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น แต่ยังช่วยให้ผู้ใช้งานเลือกวิธีการพ่นสีที่เหมาะสมกับแต่ละงานได้อย่างมีหลักการและแม่นยำยิ่งขึ้น

1. พื้นฐานพลศาสตร์ของการแตกตัวเป็นละออง (Atomization Dynamics)

การแตกตัวของฟิล์มสีให้กลายเป็นละออง คือกระบวนการที่สารของเหลวถูกแยกออกเป็นหยดเล็ก ๆ ด้วยแรงภายนอก เช่น แรงดัน แรงเฉือน หรือแรงปะทะกับกระแสอากาศ ปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อกระบวนการนี้ได้แก่

1.ความหนืด (Viscosity)

2.แรงตึงผิว (Surface Tension)

3.ความหนาแน่นของสี (Density)

4.ความเร็วสัมพัทธ์ระหว่างกระแสของเหลวและอากาศ (Relative Velocity)

5.รูปทรงและขนาดของหัวฉีด (Nozzle Geometry)

เมื่อความเร็วของของเหลวที่ไหลผ่านหัวฉีดสูงขึ้น ฟิล์มของเหลวด้านหน้าเกิดความไม่เสถียรเชิงพลศาสตร์ของไหล (Hydrodynamic Instability) จนนำไปสู่การแตกตัวเป็นลักษณะ “หยดน้ำ” หรือ Ligaments ก่อนที่จะแตกละเอียดเป็นละอองที่มีขนาดระดับไมครอน กระบวนการนี้ถูกอธิบายผ่านทฤษฎี Kelvin–Helmholtz Instability และ Rayleigh–Taylor Instability ที่อธิบายการแตกตัวแบบหลายระยะจนได้ละอองขนาดสุดท้าย

2. พฤติกรรมการแตกตัวของฟิล์มในระบบหัวฉีดรุ่นใหม่

เครื่องพ่นสีรุ่นใหม่มีการปรับปรุงรูปทรงหัวฉีดและกลไกการเพิ่มแรงเฉือนให้กับฟิล์มสี ทำให้เกิด การแตกตัวหลายระดับ (Multi-stage atomization) โดยทั่วไปแบ่งออกเป็น 3 ระยะ:

2.1 ระยะการยืดตัวของฟิล์ม (Film Stretching Stage)

หลังจากของเหลวถูกบีบผ่านหัวฉีด รูปทรงของของเหลวจะกลายเป็นแผ่นฟิล์มบางหรือแถบยาว แรงเฉือนจากอากาศที่ไหลปะทะสร้างความปั่นป่วน (Turbulence) ทำให้ฟิล์มเริ่มเกิดคลื่นและการบิดตัว

2.2 ระยะการแตกตัวเป็นเส้นใยหรือไลเกเมนต์ (Ligament Formation Stage)

เมื่อความไม่เสถียรเพิ่มขึ้น ฟิล์มจะฉีกตัวเป็นเส้นใยของเหลวหรือไลเกเมนต์ (Liquid Ligaments) ซึ่งยังไม่เป็นหยดสมบูรณ์ การคงอยู่ของเส้นใยเหล่านี้ขึ้นกับ:

• ความหนืดของสี
• ความเร็วสัมพัทธ์ของอากาศ
• โครงสร้างหัวฉีด

2.3 ระยะการแตกเป็นละอองสมบูรณ์ (Primary & Secondary Breakup)

ไลเกเมนต์จะแตกตัวเป็นหยดหลัก (Primary Droplets) ซึ่งอาจมีขนาดแตกต่างกันตามแรงที่กระทำ จากนั้นกระแสอากาศจะช่วยให้เกิดการแตกตัวซ้ำ (Secondary Breakup) จนได้ละอองที่มีขนาดเฉลี่ย (Mean Droplet Diameter) ต่ำกว่ารุ่นเก่าอย่างมีนัยสำคัญ บางระบบสามารถสร้างละอองขนาดต่ำกว่า 20 ไมครอน ซึ่งส่งผลให้ฟิล์มชั้นบนมีความสม่ำเสมอและแน่นขึ้น

3. อิทธิพลของปัจจัยทางฟิสิกส์ต่อพฤติกรรมละอองสี

3.1 ความหนืด (Viscosity)

ความหนืดสูงจะลดความสามารถในการแตกตัวของฟิล์ม ทำให้หยดสีมีขนาดใหญ่ขึ้น เครื่องพ่นสีรุ่นใหม่ใช้เทคโนโลยีหัวฉีดแบบ High Shear และปั๊มแรงดันสูงเพื่อลดข้อจำกัดนี้

3.2 แรงตึงผิว (Surface Tension)

แรงตึงผิวสูงทำให้หยดสีไม่แตกตัวง่ายและมีแนวโน้มรวมตัวเป็นหยดใหญ่ เทคนิคทั่วไปที่ใช้แก้ไขคือการเติมสารลดแรงตึงผิว รวมถึงการเพิ่ม turbulences ภายในหัวฉีด

3.3 ความดันฉีด (Injection Pressure)

แรงดันสูงทำให้กระแสอากาศปะทะกับฟิล์มรุนแรงขึ้น ส่งผลให้เกิดละอองขนาดเล็กกว่า
ระบบ Airless รุ่นความดันสูงพิเศษสามารถทำงานที่ 3000–5000 psi ทำให้เกิดละอองละเอียดโดยไม่ต้องอาศัยลม

3.4 ความเร็วอากาศ (Airflow Velocity)

ในระบบ HVLP แม้ใช้ความดันลมต่ำ แต่ใช้ปริมาณลมสูงเพื่อสร้างแรงเฉือนต่อฟิล์มสี ความเร็วลมมีผลต่อ Secondary Breakup ช่วยให้ละอองมีขนาดสม่ำเสมอ

4. การวิเคราะห์การกระจายตัวของละออง (Droplet Distribution Analysis)

เครื่องพ่นสี รุ่นใหม่ถูกออกแบบมาให้มีค่า Volume Median Diameter (VMD) ต่ำลง และDroplet Size Distribution ที่แคบลง ซึ่งหมายถึงขนาดละอองส่วนใหญ่อยู่ในช่วงใกล้เคียงกัน ส่งผลให้:

• ฟิล์มสีมีความหนาเท่ากันทั้งพื้นที่
• ลดปัญหาเป็นรอยด่างหรือหยดหนาเกินไป
• เพิ่มความสามารถในการยึดเกาะ (Adhesion)
• ลดอัตราการสิ้นเปลืองสี

ระบบหัวฉีดบางชนิดใช้โครงสร้างแบบ Viton-Tipped, Twin Orifice หรือ Internal Mixing เพื่อควบคุมรูปแบบการแตกตัวของฟิล์มในระดับไมโคร

5. ปฏิสัมพันธ์ของละอองสีระหว่างการเคลื่อนที่ผ่านอากาศ

เมื่อหยดสีถูกสร้างขึ้นแล้ว ละอองไม่ได้คงอยู่เฉย ๆ แต่มีการเคลื่อนที่และปะทะกับอากาศอย่างต่อเนื่อง พฤติกรรมเหล่านี้รวมถึง:

5.1 การรวมตัว (Coalescence)

ละอองขนาดเล็กอาจรวมตัวกันเป็นหยดใหญ่เมื่ออยู่ในระยะใกล้กัน ปัจจัยที่ส่งผล ได้แก่

• ความเข้มของความปั่นป่วน
• อัตราการชนกันของละออง
• แรงตึงผิว

5.2 การระเหย (Evaporation)

ละอองสีที่มีขนาดเล็กจะระเหยเร็วกว่าหยดขนาดใหญ่ ซึ่งส่งผลต่อ:

• ความเร็วการเยิ้ม (Run-off)
• เวลาการแห้ง (Drying Time)
• การซึมเข้าสู่พื้นผิว (Penetration)

5.3 การเบี่ยงเบนด้วยทางลม (Drift & Overspray)

ละอองขนาดเล็กมากอาจเบี่ยงเบนออกจากทิศทางที่ต้องการได้ง่าย ทำให้เกิดการสูญเสียสี การออกแบบหัวฉีดรุ่นใหม่ลดปัญหานี้ด้วยการปรับรูปทรงลิ่มของลวดลม (Aircap) และวิศวกรรมการไหลเวียนภายในหัวฉีด

6. การเกาะตัวบนพื้นผิว (Deposition Mechanisms)

เมื่อหยดสีเคลื่อนที่ถึงพื้นผิว กลไกการตกกระทบมีความสำคัญต่อคุณภาพงานสุดท้าย สามารถแบ่งได้เป็น 3 ช่วง:

6.1 การปะทะพื้นผิว (Impact & Spreading)

หยดสีเมื่อกระทบพื้นผิวจะกระจายออกเป็นรูปทรงแบน เกิดเป็นวงหรือฟิล์มต่อเนื่อง ขึ้นกับ:

• ความเร็วการพ่น
• ความหนืด
• ความสามารถในการเปียกพื้นผิว (Wettability)

6.2 การผสมรวมเป็นฟิล์ม (Coalescence & Film Formation)

หยดสีหลายหยดรวมตัวกันบนพื้นผิวเพื่อสร้างเป็นชั้นฟิล์มเดียว กลไกนี้มีความสำคัญต่อการป้องกันปัญหาผิวส้ม (Orange Peel)

6.3 การแห้งและการแข็งตัว (Drying & Curing)

ปัจจัยการแห้งเกี่ยวข้องกับการระเหยของตัวทำละลาย การเชื่อมโยงโมเลกุลของเรซิน และสภาวะแวดล้อม เช่น อุณหภูมิและความชื้น

7. เทคโนโลยีหัวฉีดและเครื่องพ่นสีรุ่นใหม่

7.1 หัวฉีดแบบแรงดันสูงอัลตร้าไฟน์ (Ultra-fine High-Pressure Nozzle)

ออกแบบเพื่อให้ได้ละอองระดับต่ำกว่า 20–30 ไมครอน เหมาะสำหรับงานสีรถยนต์และงานที่ต้องการผิวสวย

7.2 ระบบ HVLP รุ่นควบคุมความดันอัจฉริยะ (Smart Regulated HVLP)

มีเซนเซอร์ตรวจจับความดันอัตโนมัติ ทำให้ลด overspray ได้สูงสุดถึง 40%

7.3 ระบบ Air-Assisted ที่ใช้เทอร์ไบน์ความเร็วสูง (Turbine-Assisted Atomization)

ใช้ลมปริมาณต่ำแต่มีแรงเฉือนสูง ลดการสูญเสียสีและปรับมุมพ่นได้แม่นยำ

7.4 ระบบ Electrostatic Spray

เพิ่มประสิทธิภาพการดึงละอองสีสู่พื้นผิวด้วยแรงไฟฟ้า ลดสูญเสียสูงสุดถึง 70% เมื่อเทียบกับระบบเก่า

8. การประยุกต์ใช้ความเข้าใจพลศาสตร์ของละอองสีในภาคอุตสาหกรรม

8.1 อุตสาหกรรมยานยนต์

ต้องการฟิล์มสีที่เรียบและละเอียดเพื่อความสวยงามและการปกป้องขั้นสูง การใช้ละอองขนาดเล็กช่วยลดข้อบกพร่องพื้นผิว

8.2 อุตสาหกรรมเฟอร์นิเจอร์และไม้

ละอองที่ละเอียดช่วยให้การเคลือบเงามีความแวววาวและเรียบอย่างมืออาชีพ

8.3 งานก่อสร้างและพื้นผิวปูน

ระบบ Airless ความดันสูงช่วยให้สามารถเคลือบพื้นผิวกว้างได้เร็วและหนาในครั้งเดียว

8.4 อุตสาหกรรมอาหารและเคลือบผิวเฉพาะทาง

เช่น การเคลือบผิวเม็ดอาหารสัตว์ การพ่นชั้นเคลือบฟิล์มในเม็ดยา ซึ่งใช้หลักการเดียวกับพลศาสตร์ละอองสี

9. แนวโน้มเทคโนโลยีการพ่นสีในอนาคต

9.1 ระบบ AI ที่ปรับละอองตามสภาวะทันที (Real-time Adaptive Atomization)

เครื่องพ่นจะตรวจสอบ:

ความหนืด

อุณหภูมิ

ระดับการกระจายตัวของละออง

แล้วปรับแรงดันหรือการไหลลมแบบอัตโนมัติ

9.2 การพ่นฟิล์มระดับนาโน (Nano-scale Atomization)

ใช้หัวฉีดแบบ Piezoelectric ช่วยสร้างละอองระดับ 1–5 ไมครอน ให้ฟิล์มเรียบสมบูรณ์แบบในงานไฮเทค เช่น อิเล็กทรอนิกส์

9.3 หัวฉีดวัสดุใหม่แบบ Self-cleaning Nozzle

ลดการอุดตัน การเปลี่ยนรูปหัวฉีด และลดเวลาหยุดงาน

สรุป

พลศาสตร์ของละอองสีเป็นศาสตร์สำคัญที่อยู่เบื้องหลังความก้าวหน้าของเทคโนโลยีเครื่องพ่นสีสมัยใหม่ การทำความเข้าใจการแตกตัวของฟิล์มสี การกระจายตัวของหยด การปฏิสัมพันธ์ระหว่างหยดและอากาศ ตลอดจนกลไกการเกาะบนพื้นผิว ช่วยให้ทั้งผู้ผลิตและผู้ใช้งานสามารถเพิ่มคุณภาพงานพ่นสี ลดการสูญเสียวัสดุ และเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมของกระบวนการเคลือบผิว

เครื่องพ่นสีรุ่นใหม่ได้นำหลักการเหล่านี้มาใช้อย่างลึกซึ้งผ่านการออกแบบหัวฉีด การควบคุมแรงดัน การกำหนดรูปแบบการไหลของอากาศ และการใช้เทคโนโลยีควบคุมอัตโนมัติ ส่งผลให้สามารถผลิตละอองสีที่มีความละเอียดสม่ำเสมอมากขึ้น พร้อมรองรับความต้องการของอุตสาหกรรมยุคใหม่ที่ต้องการคุณภาพระดับสูงและต้นทุนที่ลดลงอย่างต่อเนื่อง

----------------------------------------------------------------------------

รีวิวและรายละเอียดเพิ่มเติม Facebook
: หางาน รายได้ดี by PST
https://www.facebook.com/profile.php?id=100054608373504

: พี แมชโปร จำหน่ายรถปั๊มคอนกรีตเครื่องพ่นปูนฉาบพร้อมศูนย์ซ่อมที่มีมาตรฐาน
https://www.facebook.com/PSTgroup.pmp

: พี เอส ที ทรานสปอร์ต - บริการปั๊มคอนกรีตและเครื่องพ่นปูนฉาบ
https://www.facebook.com/PSTTransportandservice

: เครื่องพ่นปูนฉาบ by PST
https://www.facebook.com/PST.PlasteringMaching

: ช่างสีมืออาชีพ by PST
https://www.facebook.com/PSTCoolPaint

: รถปั๊มคอนกรีต Everdigm by PST
https://www.facebook.com/PST.EverdigmPump

: รถปั๊มคอนกรีตมือสอง by PST
https://www.facebook.com/PSTUsedPump