陳奕興　朱浩強(qiáng)　朱寧

摘要：當(dāng)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(shí)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(jìn)的。本文分析了粉末目數(shù)對(duì)噴涂質(zhì)量的影響，另外，探討了在噴涂過(guò)程中施加的電壓是否越高而噴涂質(zhì)量越好。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中以及根據(jù)資料證明，只有具有理想的性能又具備嚴(yán)謹(jǐn)?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(chǎng) 噴涂工藝 粉末涂料

1引言

近十年來(lái)，粉末靜電噴涂技術(shù)在我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域里獲得了極為廣泛的應(yīng)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(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，卻發(fā)現(xiàn)一些錯(cuò)誤做法，反映出人們對(duì)此項(xiàng)技術(shù)理論認(rèn)識(shí)上的不足。粉末高壓靜電噴涂技術(shù)，簡(jiǎn)單來(lái)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(chǎng)，使粉末樹(shù)脂涂料帶電并運(yùn)動(dòng)，靠靜電吸附在工件表面，再通過(guò)加熱處理而形成堅(jiān)韌、光滑涂層的一種涂覆技術(shù)靜電噴涂——通過(guò)噴涂設(shè)備的使用，使粉末涂料帶電、運(yùn)動(dòng)并吸附到工件表面形成均勻、全面覆蓋的粉層的過(guò)程。固化處理——在合理的固化條件（包括固化溫度和固化時(shí)間）下，通過(guò)加熱使前工序形成的粉末松散層轉(zhuǎn)變成堅(jiān)韌、光滑涂層的過(guò)程。

2關(guān)于粉末目數(shù)的大小以及施加的電壓對(duì)工件涂層的影響

（1）問(wèn)題一：選用的粉末涂料粒度較小，一般為200目及200目以上，認(rèn)為粉末越細(xì)越好。

在噴涂過(guò)程中，選擇粉末的目數(shù)也會(huì)造成對(duì)工件涂層造成影響，在一定范圍內(nèi)，粉末越細(xì)上粉率增強(qiáng)。但并不是越細(xì)越好，犯這種錯(cuò)誤的人的想法是：粉末越細(xì)，成膜后涂層的平滑性越好。其實(shí)，這種想法是偏面的，實(shí)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(xì)小固體顆粒組成的，經(jīng)加熱熔化流平等過(guò)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(méi)有液體涂料形成的那么好。表面會(huì)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(lái)講，桔皮是不受歡迎的，但現(xiàn)時(shí)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(guò)采取某些措施有效地削減。在同等條件下，選用較細(xì)的粉末是會(huì)使桔皮細(xì)小些，但涂層質(zhì)量并不好，因?yàn)?00目以上的過(guò)細(xì)粉末其帶電能力較差，上粉率很低，無(wú)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(dá)不到提高平滑度的目的。另外，粉末的利用率低，經(jīng)濟(jì)成本必然加大。

那么，為什么較細(xì)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(jī)化合物，是不導(dǎo)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(fù)極）和接地工件（正極）問(wèn)形成的靜電場(chǎng)中，通過(guò)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(chǎng)中必受到電場(chǎng)力的作用，向工件方向運(yùn)動(dòng)，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(chǎng)力的大小決定的，而它所受電場(chǎng)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(chǎng)力；E——電場(chǎng)強(qiáng)度；Q——涂料顆粒的帶電量。

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

按照電力學(xué)理論，電介質(zhì)的帶電量與外電場(chǎng)及其本身的因素有關(guān)，在排除了其本身的化學(xué)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(chǎng)的工作電壓。

這說(shuō)明在不考慮電場(chǎng)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(yán)重“桔皮”。實(shí)際上，近年來(lái)涂料研究的巨大進(jìn)步，己使涂料的流平性能大為改善，操作得當(dāng)?shù)脑挷粫?huì)出現(xiàn)嚴(yán)重“桔皮”。研究和實(shí)踐證明：在一般的防腐、裝飾方面，特別是家用電器方面的應(yīng)用，選擇粉末粒度在180目左右，綜合效果最好。

（2）問(wèn)題二：為增強(qiáng)粉末附著力而一味地采用加高電壓的方法強(qiáng)噴。

電場(chǎng)強(qiáng)度（E）與高壓靜電電壓（U）及兩極問(wèn)的距離（d）相關(guān)，其實(shí)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(jìn)入電場(chǎng)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(dāng)電壓超過(guò)9WV時(shí)，粉末附著量反而隨著電壓增加而減少。

當(dāng)電壓過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致以下幾種情況發(fā)生，都會(huì)使噴涂質(zhì)量下降。

1）法拉第籠效應(yīng)嚴(yán)重，被噴涂物體的外殼對(duì)它的內(nèi)部起到“保護(hù)”作用，使它的內(nèi)部不受外部電場(chǎng)的影響，產(chǎn)生靜電屏蔽，將會(huì)導(dǎo)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(duì)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(shí)，粉層的初始增加率增加，但隨著噴涂時(shí)間增加，電壓對(duì)粉層增加率的影響減小。

根據(jù)電力學(xué)原理分析，加高電壓對(duì)增強(qiáng)粉末附著力并無(wú)效果，反而使噴涂質(zhì)量下降。且電壓過(guò)高會(huì)造成火花放電，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生火災(zāi)。手工操作時(shí)，電壓過(guò)高對(duì)人體會(huì)有效應(yīng)，產(chǎn)生不安全感。所以實(shí)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(guò)對(duì)以上兩種錯(cuò)誤理論上的分析，我們知道了正確的做法，如果能將其在實(shí)踐中正確運(yùn)用。那么噴涂生產(chǎn)一定會(huì)質(zhì)量更好、效率更高、操作更安全、成本更低廉。