高压静电喷涂技术在应用中应注意的两种问题

陈奕兴　朱浩强　朱宁

摘要：当前绝大多数粉末涂料采用高压静电喷涂工艺。粉末涂料的静电喷涂的关键实质上包括两大部分：粉末涂料的性能和静电喷涂工艺，这两部分是相互依存和相互促进的。本文分析了粉末目数对喷涂质量的影响，另外，探讨了在喷涂过程中施加的电压是否越高而喷涂质量越好。我们在实验过程中以及根据资料证明，只有具有理想的性能又具备严谨的静电喷涂工艺，才能得到高质量的粉末涂膜。

关键词：高压静电 静电场 喷涂工艺 粉末涂料

1引言

近十年来，粉末静电喷涂技术在我国工业领域里获得了极为广泛的应用，现已成为金属防腐、表面装饰、绝缘处理方面的一种主要涂装方式。但在实际应用当中，却发现一些错误做法，反映出人们对此项技术理论认识上的不足。粉末高压静电喷涂技术，简单来讲，就是利用高压静电发生装置在喷枪与接地工件间形成高压静电场，使粉末树脂涂料带电并运动，靠静电吸附在工件表面，再通过加热处理而形成坚韧、光滑涂层的一种涂覆技术静电喷涂——通过喷涂设备的使用，使粉末涂料带电、运动并吸附到工件表面形成均匀、全面覆盖的粉层的过程。固化处理——在合理的固化条件（包括固化温度和固化时间）下，通过加热使前工序形成的粉末松散层转变成坚韧、光滑涂层的过程。

2关于粉末目数的大小以及施加的电压对工件涂层的影响

（1）问题一：选用的粉末涂料粒度较小，一般为200目及200目以上，认为粉末越细越好。

在喷涂过程中，选择粉末的目数也会造成对工件涂层造成影响，在一定范围内，粉末越细上粉率增强。但并不是越细越好，犯这种错误的人的想法是：粉末越细，成膜后涂层的平滑性越好。其实，这种想法是偏面的，实际效果并非如此。

我们知道，粉末静电喷涂所用涂料是粉末状的。它是由众多的细小固体颗粒组成的，经加热熔化流平等过程形成涂层的。由于是众多固体颗粒熔化形成的，涂层的平滑度就没有液体涂料形成的那么好。表面会有程度不等的凹凸面均匀分布，俗称“桔皮”。

除了需要皱纹涂装、锤纹涂装之外，一般来讲，桔皮是不受欢迎的，但现时在粉末涂装技术中的桔皮又是不可避免的，只是可以通过采取某些措施有效地削减。在同等条件下，选用较细的粉末是会使桔皮细小些，但涂层质量并不好，因为200目以上的过细粉末其带电能力较差，上粉率很低，无法全面均匀地在工件上吸附形成涂层，造成涂层不完整、不均匀、厚度不够等质量缺陷，达不到提高平滑度的目的。另外，粉末的利用率低，经济成本必然加大。

那么，为什么较细的粉末带电能力差，上粉困难呢？

大多数的粉末涂料是电阻率很高的高分子有机化合物，是不导电的绝缘物质，称为电介质。但在与高频高压静电发生装置相连的喷枪（负极）和接地工件（正极）问形成的静电场中，通过电晕放电、空气电离及电介质极化，粉末颗粒就带电了。而一旦带电，它在静电场中必受到电场力的作用，向工件方向运动，最终吸附到工件表面，形成涂层。粉末颗粒在工件上吸附质量的好坏，一方面是由它所受的电场力的大小决定的，而它所受电场力大小与它所带电量有如下关系：

F=Eq（1）

式中F——涂料颗粒所受到的电场力；E——电场强度；Q——涂料颗粒的带电量。

在不考虑电场本身因素E的情况下，电场力F与其带电量q有正比关系，这就是说在电场条件一定的情况下，粉粒带电量越多，其所受的电场力越大，对上粉越有利。

按照电力学理论，电介质的带电量与外电场及其本身的因素有关，在排除了其本身的化学因素的情况下，涂料的带电量与涂料颗粒的半径R，所施加的电压的关系由下式确定：

q=10^-9/9V·R （2）

式中q——涂料顆粒的带电量；R——涂料颗粒的半径；V——静电场的工作电压。

这说明在不考虑电场因素的情况下，粉粒的带电量与其半径大小成正比，粉粒越粗大，其带电量越多，越有利于上粉。但是，又不能只考虑带电性好，而一味选择粗大粉末，造成涂层严重“桔皮”。实际上，近年来涂料研究的巨大进步，己使涂料的流平性能大为改善，操作得当的话不会出现严重“桔皮”。研究和实践证明：在一般的防腐、装饰方面，特别是家用电器方面的应用，选择粉末粒度在180目左右，综合效果最好。

（2）问题二：为增强粉末附着力而一味地采用加高电压的方法强喷。

电场强度（E）与高压静电电压（U）及两极问的距离（d）相关，其实就是工件与枪嘴的距离，因而E随着U的变化而变化，U越大E越大，进入电场的粉末受到电磁力也越大。

在一定范围内，喷涂电压增加，粉末附着力增加。但当电压超过9WV时，粉末附着量反而随着电压增加而减少。

当电压过高，会导致以下几种情况发生，都会使喷涂质量下降。

1）法拉第笼效应严重，被喷涂物体的外壳对它的内部起到“保护”作用，使它的内部不受外部电场的影响，产生静电屏蔽，将会导致凹槽或死角不上粉，从而喷涂效率降低。

2）粉末出枪口速度增大，粉末与粉末之间的摩擦加剧，温度上升，产生色差，漆膜色泽度降低。粉末打在被喷涂物表面的力加大，对表面产生影响，漆膜产生“桔皮”现象，漆膜流平性差。

3）电压增加时，粉层的初始增加率增加，但随着喷涂时间增加，电压对粉层增加率的影响减小。

根据电力学原理分析，加高电压对增强粉末附着力并无效果，反而使喷涂质量下降。且电压过高会造成火花放电，严重时发生火灾。手工操作时，电压过高对人体会有效应，产生不安全感。所以实际生产中的使用电压在50～90kV，手工操作电压最好50kV左右。

3结论

通过对以上两种错误理论上的分析，我们知道了正确的做法，如果能将其在实践中正确运用。那么喷涂生产一定会质量更好、效率更高、操作更安全、成本更低廉。