高壓靜電噴涂技術(shù)在應用中應注意的兩種問題

陳奕興　朱浩強　朱寧

摘要：當前絕大多數(shù)粉末涂料采用高壓靜電噴涂工藝。粉末涂料的靜電噴涂的關(guān)鍵實質(zhì)上包括兩大部分：粉末涂料的性能和靜電噴涂工藝，這兩部分是相互依存和相互促進的。本文分析了粉末目數(shù)對噴涂質(zhì)量的影響，另外，探討了在噴涂過程中施加的電壓是否越高而噴涂質(zhì)量越好。我們在實驗過程中以及根據(jù)資料證明，只有具有理想的性能又具備嚴謹?shù)撵o電噴涂工藝，才能得到高質(zhì)量的粉末涂膜。

關(guān)鍵詞：高壓靜電 靜電場 噴涂工藝 粉末涂料

1引言

近十年來，粉末靜電噴涂技術(shù)在我國工業(yè)領(lǐng)域里獲得了極為廣泛的應用，現(xiàn)已成為金屬防腐、表面裝飾、絕緣處理方面的一種主要涂裝方式。但在實際應用當中，卻發(fā)現(xiàn)一些錯誤做法，反映出人們對此項技術(shù)理論認識上的不足。粉末高壓靜電噴涂技術(shù)，簡單來講，就是利用高壓靜電發(fā)生裝置在噴槍與接地工件間形成高壓靜電場，使粉末樹脂涂料帶電并運動，靠靜電吸附在工件表面，再通過加熱處理而形成堅韌、光滑涂層的一種涂覆技術(shù)靜電噴涂——通過噴涂設(shè)備的使用，使粉末涂料帶電、運動并吸附到工件表面形成均勻、全面覆蓋的粉層的過程。固化處理——在合理的固化條件（包括固化溫度和固化時間）下，通過加熱使前工序形成的粉末松散層轉(zhuǎn)變成堅韌、光滑涂層的過程。

2關(guān)于粉末目數(shù)的大小以及施加的電壓對工件涂層的影響

（1）問題一：選用的粉末涂料粒度較小，一般為200目及200目以上，認為粉末越細越好。

在噴涂過程中，選擇粉末的目數(shù)也會造成對工件涂層造成影響，在一定范圍內(nèi)，粉末越細上粉率增強。但并不是越細越好，犯這種錯誤的人的想法是：粉末越細，成膜后涂層的平滑性越好。其實，這種想法是偏面的，實際效果并非如此。

我們知道，粉末靜電噴涂所用涂料是粉末狀的。它是由眾多的細小固體顆粒組成的，經(jīng)加熱熔化流平等過程形成涂層的。由于是眾多固體顆粒熔化形成的，涂層的平滑度就沒有液體涂料形成的那么好。表面會有程度不等的凹凸面均勻分布，俗稱“桔皮”。

除了需要皺紋涂裝、錘紋涂裝之外，一般來講，桔皮是不受歡迎的，但現(xiàn)時在粉末涂裝技術(shù)中的桔皮又是不可避免的，只是可以通過采取某些措施有效地削減。在同等條件下，選用較細的粉末是會使桔皮細小些，但涂層質(zhì)量并不好，因為200目以上的過細粉末其帶電能力較差，上粉率很低，無法全面均勻地在工件上吸附形成涂層，造成涂層不完整、不均勻、厚度不夠等質(zhì)量缺陷，達不到提高平滑度的目的。另外，粉末的利用率低，經(jīng)濟成本必然加大。

那么，為什么較細的粉末帶電能力差，上粉困難呢？

大多數(shù)的粉末涂料是電阻率很高的高分子有機化合物，是不導電的絕緣物質(zhì)，稱為電介質(zhì)。但在與高頻高壓靜電發(fā)生裝置相連的噴槍（負極）和接地工件（正極）問形成的靜電場中，通過電暈放電、空氣電離及電介質(zhì)極化，粉末顆粒就帶電了。而一旦帶電，它在靜電場中必受到電場力的作用，向工件方向運動，最終吸附到工件表面，形成涂層。粉末顆粒在工件上吸附質(zhì)量的好壞，一方面是由它所受的電場力的大小決定的，而它所受電場力大小與它所帶電量有如下關(guān)系：

F=Eq（1）

式中F——涂料顆粒所受到的電場力；E——電場強度；Q——涂料顆粒的帶電量。

在不考慮電場本身因素E的情況下，電場力F與其帶電量q有正比關(guān)系，這就是說在電場條件一定的情況下，粉粒帶電量越多，其所受的電場力越大，對上粉越有利。

按照電力學理論，電介質(zhì)的帶電量與外電場及其本身的因素有關(guān)，在排除了其本身的化學因素的情況下，涂料的帶電量與涂料顆粒的半徑R，所施加的電壓的關(guān)系由下式確定：

q=10^-9/9V·R （2）

式中q——涂料顆粒的帶電量；R——涂料顆粒的半徑；V——靜電場的工作電壓。

這說明在不考慮電場因素的情況下，粉粒的帶電量與其半徑大小成正比，粉粒越粗大，其帶電量越多，越有利于上粉。但是，又不能只考慮帶電性好，而一味選擇粗大粉末，造成涂層嚴重“桔皮”。實際上，近年來涂料研究的巨大進步，己使涂料的流平性能大為改善，操作得當?shù)脑挷粫霈F(xiàn)嚴重“桔皮”。研究和實踐證明：在一般的防腐、裝飾方面，特別是家用電器方面的應用，選擇粉末粒度在180目左右，綜合效果最好。

（2）問題二：為增強粉末附著力而一味地采用加高電壓的方法強噴。

電場強度（E）與高壓靜電電壓（U）及兩極問的距離（d）相關(guān)，其實就是工件與槍嘴的距離，因而E隨著U的變化而變化，U越大E越大，進入電場的粉末受到電磁力也越大。

在一定范圍內(nèi)，噴涂電壓增加，粉末附著力增加。但當電壓超過9WV時，粉末附著量反而隨著電壓增加而減少。

當電壓過高，會導致以下幾種情況發(fā)生，都會使噴涂質(zhì)量下降。

1）法拉第籠效應嚴重，被噴涂物體的外殼對它的內(nèi)部起到“保護”作用，使它的內(nèi)部不受外部電場的影響，產(chǎn)生靜電屏蔽，將會導致凹槽或死角不上粉，從而噴涂效率降低。

2）粉末出槍口速度增大，粉末與粉末之間的摩擦加劇，溫度上升，產(chǎn)生色差，漆膜色澤度降低。粉末打在被噴涂物表面的力加大，對表面產(chǎn)生影響，漆膜產(chǎn)生“桔皮”現(xiàn)象，漆膜流平性差。

3）電壓增加時，粉層的初始增加率增加，但隨著噴涂時間增加，電壓對粉層增加率的影響減小。

根據(jù)電力學原理分析，加高電壓對增強粉末附著力并無效果，反而使噴涂質(zhì)量下降。且電壓過高會造成火花放電，嚴重時發(fā)生火災。手工操作時，電壓過高對人體會有效應，產(chǎn)生不安全感。所以實際生產(chǎn)中的使用電壓在50～90kV，手工操作電壓最好50kV左右。

3結(jié)論

通過對以上兩種錯誤理論上的分析，我們知道了正確的做法，如果能將其在實踐中正確運用。那么噴涂生產(chǎn)一定會質(zhì)量更好、效率更高、操作更安全、成本更低廉。