青岛静电喷涂技术及其应用探讨

在工业不断发展和人们物质文化生活水平不断改善的同时，人们对涂装品在外观上的要求也越来越高，既要求美观大方又要求实惠可靠，静电喷涂技术就是近年来在国内外快速发展起来的新型技术，已经被广泛应用到各个工业领域中。它不仅能节省涂料，降低对环境的污染程度，而且可以使喷涂工艺机械化、连续化、减少废品率，获得优异的涂膜性能，大大提高劳动生产率，改善劳动条件，从而获得可观的社会经济效益。

　　1静电喷涂基本理论

　　1.1普通的涂装工艺

　　一般来说，被涂物在涂装之前须经过前处理，使其除油、除锈、生成磷化膜，这样能够达到更好的防锈目的，与喷涂介质更好地黏着(见图1)。由于被涂物的规格、形状差异较大，如果仅采用一般的涂装技术进行涂覆，喷涂介质的实际利用率一般只在30%左右，其余的70%都浪费了，因此，这不仅增加了产品的成本，而且也污染了环境。

　　图 1 普通涂装工艺流程

　　1.2静电喷涂基本原理

　　静电喷涂是以被涂物为阳极，一般情况下接地;涂料雾化结构为阴极，接电源负高压，这样在两极就形成了高压静电场。由于在阴极产生电晕放电，可使喷出的涂料介质带电，并进一步雾化。按照“同性相斥，异性相吸”的原理，已带电的涂料介质受电场力(F=qE)的作用，沿电力线定向地流向带正电的被涂物表面，沉积成一层均匀、附着牢固的薄膜。静电喷涂也可采用正极性电晕放电，但负极性电晕放电的临界电压较正极性电晕放电低，又较为稳定、安全且不易产生火花。因此，在通常情况下将被涂物作为正极接地。

　　1.3静电喷涂及喷头分类

　　静电喷涂从喷涂方式上可以分为空气或液压雾化静电喷涂、离心式静电喷涂等;按照喷嘴的不同特点可以分为直射式喷嘴静电喷涂、Y型喷嘴静电喷涂、靶式喷嘴静电喷涂等;按照涂料性质的不同可以分为固体粉末静电喷涂和液体雾化静电喷涂。粉末静电喷涂广泛应用于板材表面的涂装中，在液体的静电喷涂中可以按照不同液体自身的特点将静电涂油、静电涂漆等技术运用在工业生产之中。本文主要讨论粉末静电喷涂和液体静电喷涂的不同特点和应用情况。另外，根据喷涂的不同用途，静电喷涂的喷头又可以分为多种，如SELaw研制的嵌入式静电感应喷头，英国的转盘式静电喷头，日本的微型锥孔旋转喷头、弥雾喷头，我国的风动转笼式喷头、静电击碎式液滴喷头、气流撞击式液力喷头及双流体静电喷头等。

　　2粉末静电喷涂及其特点

　　2.1粉末静电喷涂的过程

　　粉末静电喷涂是通过喷枪或喷杯的电极针向被涂工件方向释放高压静电(一般为60—100kV)，高压静电使喷杯或喷枪喷出的粉末和压缩空气的混合物以及周围空气电离，由于高压负极产生电晕放电，在其附近产生了密集的负电荷，使粉末带上负电荷进入了电场强度很高的静电场。粉末在电场力和压缩空气压力的双重推动下到达被涂物表面，形成厚薄均匀的粉层，再加热熔融固化为涂膜。

　　2.2粉末静电喷涂的特点

　　一般来说，凡在200℃不发生变形、能使荷电的粉末微粒吸附在被涂物表面，其表面涂装都可以采用粉末静电喷涂。因此，粉末静电喷涂技术可广泛应用于仪器仪表、家用电器、机电设备、汽车船舶、轻工器材、家具机械及建材等金属零件的表面防护和装饰性涂装中。从目前采用的喷涂技术来看，粉末静电喷涂在工业涂料中有其独特的优势。

　　(1)粉末涂料是固体涂料，没有溶剂，不易挥发，大大减少了由溶剂引起的污染问题，有利于环保和操作工人的身体健康。

　　(2)在喷涂过程中，多余的喷粉可以利用回收系统集中收集，达到回收再利用的目的，因此其粉末的利用率相当高，使企业的生产成本降低，获得较好的经济效益。

　　(3)整个涂装过程只需经过前处理、喷涂、固化等工序，简化了传统的多工序喷涂手段，使喷涂作业线工作效率高，无论是手工还是自动操作都比较方便。

　　(4)粉末静电喷涂后，经过烘烤就可以得到性能优异的涂膜表面。该涂膜坚固耐用，能够耐酸、耐碱，同时具有耐磨擦性、抗冲击性、机械强度高等特点。

　　但是由于粉末静电喷涂正处在发展时期，所以不可避免地存在一些缺点，譬如经过喷涂以后的涂层存在杂质多、缩孔、色差大、附着力差等，这些都是今后应该着重去解决的问题。

　　3液体静电喷涂及其应用

　　3.1液体静电喷涂基本理论知识

　　静电在均匀、细化雾滴及提高雾滴在目标物的沉积量、均匀性、吸附性等方面有明显的效果。液体的静电喷涂是指在喷嘴和对应的接地电极之间加上高电压时，喷嘴尖端流出的液体因受表面张力、静电力、电荷之间的排斥力以及重力等作用力使液滴表面不稳定，进而分裂后破碎，最终将雾化后的液滴均匀地涂覆在被涂物上。在液体静电喷涂的研究中，其基本喷涂原理和粉末喷涂并无太大差别，只是高压静电场中液滴雾化程度的好坏直接决定了液体的喷涂效果。

　　虽然在静电场作用下液体雾化机理比较复杂，但是这对于液体的静电喷涂研究有十分重要的意义。通常情况下可以认为，液体的表面张力和黏滞阻力是雾化过程中存在的两种主要阻力。研究发现，液体荷电导致其表面张力降低和内外压力差增加有利于液体雾化，雾滴荷电量达到瑞利极限时，表面电荷间的排斥作用使雾滴继续分裂。液体的静电喷涂技术正是利用静电对液体作用来提高雾化效果、生产效率和降低生产成本的。

　　用于静电喷涂的液体雾化后的雾滴比较均匀，通过高压静电场可以有效地降低雾滴尺寸，提高雾滴谱的均匀性、沉积效率等。同时，用于液体喷涂的涂层质量好、工作可靠、设备利用率高、维修费用少、对环境污染少，从而可获得良好的经济效益。液体静电喷涂技术正是基于此种目的才广泛地应用于工业中，可以用来静电喷油、静电喷漆等。在此，作者仅以本校生产的静电涂油机为例说明液体喷涂技术的应用情况。

　　3.2液体静电喷涂应用

　　静电涂油机是液体静电喷涂应用的成功范例，它是集机电及高压静电技术于一体的高科技产品。它依靠高压静电的作用，将液体防锈油均匀地喷涂在金属板(带)材表面上，可广泛用于钢及有色金属板(带)材生产线以及其他需要高质量涂油的工艺过程中。静电涂油机工作时液滴喷涂雾化的基本原理(见图2)为：当涂油刀梁接通高压直流电源负极后，刀梁与钢板之间就建立了高压静电场。由于涂油刀梁的刃口比较尖锐，曲率半径极小，因此在刀梁尖端处产生电晕放电现象，空气分子在此情况下被电离成为正负离子，这些正、负离子会沿着电力线快速运动，正离子飞向喷油刀梁而被中和，负离子则被电场加速而向钢板(带正电)飞去，途中会与油滴相撞而使油滴荷电。随着油滴表面负电荷的逐渐增加，电荷间的静电斥力将随之增大，当电荷之间的静电斥力超过液滴的表面张力时，液滴将会破碎，宏观上即为雾化现象，最终将雾化后的液滴均匀地喷涂在钢带(钢板)上。

　　图 2 静电涂油机液体喷涂原理

　　4静电喷涂技术发展前景及研究方向

　　静电喷涂技术已经有5O多年的发展历史，现在随着其技术在各行各业的广泛应用，已经开发出由计算机控制的能复杂运转的自动喷涂装置、机器人携带用的静电喷涂装置等。而且随着在静电喷涂中对静电雾化技术的不断探索，利用静电雾化技术，先后研究了静电喷墨技术、液体燃料的静电雾化技术、电推进技术、荷电水雾除尘技术、静电农药喷洒技术、电喷雾电离质谱技术、悬浮体溶液的静电调制技术、静电微粒化技术、荷电水雾消雷技术、水雾灭火技术等。研究液体或粉末状固体的试验原理和雾化机理也就成为静电喷涂技术研究的重点，所以在研究静电喷涂技术的同时，今后应将研究的重点具体集中在以下几个方面。

　　(1)研究合适的喷涂介质和喷涂器械。针对不同的喷涂对象选择合适的固体或液体喷涂介质，而针对不同的喷涂介质又要研究出不同的喷头或喷嘴形状，其结构将影响喷嘴附近的电场强度和喷涂介质的荷电量，从而影响雾化效果和整个喷涂的质量，所以良好的喷涂介质和喷涂器械是保证优越的喷涂技术的前提条件。

　　(2)继续完善静电喷涂中雾化机理的研究，这是整个静电喷涂技术的核心所在。通过建立合适的数学模型，分析静电场对喷涂粉末或液滴厚度、表面张力和黏附强度的影响，回归出数学公式，从理论上找出影响喷涂介质静电雾化的主要因素。

　　(3)加强静电喷涂中试验原理和试验现象的研究，采取先进的试验手段和试验方法，对喷涂微粒的厚度、均匀性、沉积效率等主要雾化指标进行测量，为喷涂技术提供微测试技术，这样可更好地以试验论证理论的正确性。

　　(4)不断完善静电喷涂技术的工艺流程，使得喷涂作业线简单、高效。同时确定最佳的喷涂效果参数，譬如电压、喷涂距离、喷涂介质的流量或压力等，这样从宏观上对研究静电喷涂技术大有裨益。

　　5结论

　　总之，随着科学技术的不断发展，静电喷涂技术在各个方面的应用越来越广泛。就其喷涂介质来讲，不论是粉末静电喷涂还是液体静电喷涂，其基本原理是一致的。在研究静电喷涂技术的同时一定要注意通过试验的方法研究具体情况下的静电喷涂情况，理论联系实践，得出不同介质喷涂的最佳效果。在研究静电喷涂技术的同时要将喷涂技术同静电除尘、静电雾化燃烧等技术结合起来，互相借鉴，互相补充。随着研究的不断深入和技术的不断完善和进步，相信在不久的将来，静电喷涂技术一定会变成更加成熟的实用技术，满足社会的需要。