粉末的荷電過程 ????

由靜電學(xué)可知，帶電的孤立導(dǎo)體表面電荷的分布與表面曲率半徑有關(guān)，曲率最大處(即表面最尖銳的地方）的電荷密度最大（見圖1），附近空間的電場(chǎng)強(qiáng)度也最大，當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到足以使周圍氣體產(chǎn)生電離時(shí)，導(dǎo)體的尖端就會(huì)放電。如果是負(fù)高壓放電，離開導(dǎo)體的電子將被強(qiáng)電場(chǎng)加速，使之與空氣分子碰撞，使空氣分子電離產(chǎn)生正離子和電子。新生的電子又被加速碰撞，使空氣分子形成一個(gè)“電子雪崩”過程。電子的質(zhì)量很小，當(dāng)它沖出電離區(qū)域后，很快就被比它重得多的氣體分子吸引，氣體分子成為游離狀態(tài)的負(fù)離子。這種負(fù)離子在電場(chǎng)力的作用下奔向正極，在電離層處產(chǎn)生一層暈光，即所謂暈光放電，當(dāng)粉末通過電暈外圍時(shí)，就會(huì)受到奔向正極的負(fù)離子碰撞而充電。

大多數(shù)工業(yè)用粉末涂料是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的高分子絕緣體，只有當(dāng)粉末表面存在適合接受電荷的位置時(shí)，負(fù)離子才能吸附到粉粒表面的這個(gè)部位上。對(duì)于負(fù)離子來說，這個(gè)部位可以是粉末組成中的正電荷雜質(zhì)或組成中的位能坑，也可以是純機(jī)械性的。但不論哪種機(jī)理造成的吸附，對(duì)離子來說在每個(gè)粉粒上的沉積并不容易。粉粒的表面電阻很高，電荷不會(huì)因?qū)щ姸匦路植?，所以表面電荷分布是不均勻的?/p>

粉末的吸附過程?? ??

涂料微粒由于電暈放電在電極附近帶上了負(fù)電荷。當(dāng)粉末微粒剛離開槍口時(shí)，靠壓縮空氣輸送力吹出，當(dāng)接近工件（正極）時(shí)，靠電場(chǎng)力的導(dǎo)引，使涂料牢牢地吸附在工件上。一般只需經(jīng)過幾秒就可使涂層厚度達(dá)到50～100μm。粉層達(dá)到一定厚度的同時(shí)，表面貯存一層很厚的負(fù)電荷屏蔽層，致使后來的負(fù)電粒子被排斥回去，涂層不再增厚。至此完成了涂覆過程。

“反離子流”沖擊產(chǎn)生的“縮孔”?? ? ? ?

在現(xiàn)實(shí)粉末涂裝過程中，經(jīng)常會(huì)在漆膜表面產(chǎn)生“縮孔”，其形狀像火山口的小凹坑；發(fā)生密度時(shí)而稀疏時(shí)而集中；發(fā)生頻次偶爾或連續(xù)。

?很多文獻(xiàn)資料均認(rèn)為，壓縮空氣中的油或在粉末涂料生產(chǎn)和涂裝過程中混進(jìn)了油而產(chǎn)生了“縮孔”。在生產(chǎn)實(shí)踐中，作者發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生“縮孔”的原因很多也很復(fù)雜，傳統(tǒng)的混油理論并不能涵蓋全部，認(rèn)為同靜電高壓電流輸出的穩(wěn)定性以及粉末的電阻率和影響電阻率的因素有關(guān)，這些參數(shù)的變化即可導(dǎo)致“縮孔”產(chǎn)生的頻次和程度。

?在涂裝生產(chǎn)線上，在靜電高壓發(fā)生器之前，通常要加穩(wěn)壓器，防止電壓不穩(wěn)而導(dǎo)致靜電發(fā)生器工作狀態(tài)不穩(wěn)。但無論從理論或?qū)嵺`來看電壓的變化是緩慢的，一般的穩(wěn)壓電源均可滿足生產(chǎn)需要；而恰恰相反，雖然電壓尚可保持不變，而電流卻時(shí)時(shí)在改變。影響因素很多，如工件面積的改變、槍距的改變、噴粉量的改變、局域電網(wǎng)電流的波動(dòng)等。如車間同一電網(wǎng)上既連有固化爐，又連有大型沖床等頻繁通斷電的大功率設(shè)備，由于時(shí)通時(shí)斷進(jìn)而導(dǎo)致電網(wǎng)電流的突變（電壓基本不變），從而影響到靜電高壓發(fā)生器內(nèi)電流的突變，進(jìn)而使噴槍電極針突發(fā)浪涌突躍放電，導(dǎo)致電暈放電，驟然強(qiáng)烈，使電暈區(qū)氣體放電瞬間產(chǎn)生高溫、高頻振蕩生成高速旋轉(zhuǎn)的等離子體“氣團(tuán)球”。此時(shí)，噴槍相當(dāng)于“氣團(tuán)球”的發(fā)射源。這些攜有高能的粒徑大小不等的正離子球體，實(shí)際上相對(duì)于負(fù)離子來說就是“反離子球體”，瞬間在壓縮空氣輸送力和電場(chǎng)力的作用下飛速撞向正在涂裝中的工件（板面）表面而發(fā)生“空爆”形成“彈坑”－即所看到的“縮孔”，幾乎露底。特別是當(dāng)接地不良、粉末電阻率高或噴粉層較厚時(shí)（包括漆膜較厚的返噴件），遭到這種“反離子流”沖擊的幾率更高。

前已述及粉末的荷電及吸附過程。從槍口噴出的氣體和粉末均是帶正負(fù)電荷相等的等離子體，帶負(fù)電的離子被吸附，而帶正電的氣體分子（反離子）則被正極（接地）排斥而被風(fēng)吸走，這樣帶負(fù)電的粉末粒子便源源不斷地吸附到工件上，故平時(shí)帶正電的粒子（反離子）很難到達(dá)正極（工件）上，也就沖擊不了已涂覆粉末的工件；當(dāng)涂層噴涂一定厚度時(shí)，正極被負(fù)電荷層所屏蔽，場(chǎng)強(qiáng)削弱，若此時(shí)一旦電流突變，就會(huì)使靜電高壓輸出強(qiáng)烈的電暈放電，使輸出空氣受到高頻振蕩形成微小正離子氣球團(tuán)（即反離子氣球），于是，便飛速奔向正極（接地）并克服微弱的排斥力而撞擊工件表面，因而形成“縮孔”。

涂層過厚或返噴件易遭反離子流沖擊?? ? ?

當(dāng)涂層過厚時(shí)，粉層內(nèi)含有大量負(fù)離子（正電荷來不及中和），其負(fù)電性極高，并且屏蔽（削弱）了正電性，使原電場(chǎng)強(qiáng)度減弱，從而使粉層吸引正電荷能力增強(qiáng)，而吸引負(fù)電荷能力減弱。假若恰在此時(shí)由于某種因素生成“反離子”氣團(tuán)球，則由于它的表面正電荷密度高，自轉(zhuǎn)和前進(jìn)速度快，無論內(nèi)能還是動(dòng)能均較大，此時(shí)同正極建立起臨時(shí)靜電場(chǎng)，其方向同槍針負(fù)極和工件（正極）所建的電場(chǎng)方向相反。于是，這種“反離子”球由于異性電荷的吸引而迅速撞擊工件的表面（見圖2），從而使“縮孔”產(chǎn)生的幾率增加。即使在正常涂裝生產(chǎn)情況下，該現(xiàn)象亦是經(jīng)常發(fā)生，只不過是較輕，“反離子氣球團(tuán)”甚至沒有到達(dá)工件表面就被原電場(chǎng)（即槍針對(duì)地電場(chǎng)）排斥掉而已。就像流星那樣，在沒有撞擊地球前就在大氣層因燃燒而化掉一樣，只有少數(shù)沒被燒掉落地而撞成隕石坑?！胺措x子氣球團(tuán)”流能否沖擊工件就看原電場(chǎng)和次生電場(chǎng)力量均衡的結(jié)果。如果原電場(chǎng)力很大，“反離子氣球團(tuán)”就不會(huì)到達(dá)（正極（工件）；如因涂層過厚而削弱原電場(chǎng)強(qiáng)度，而增強(qiáng)了感生電場(chǎng)強(qiáng)度，因此而受到“反離子流”沖擊的幾率會(huì)增大。

另外，返噴件的表面已涂覆一層較厚的漆膜，根據(jù)電阻率與所施電壓曲線（見圖3）可知，較高的電阻率有利于荷電，但負(fù)面作用也不易于釋放電荷。根據(jù)可知，減少，可以降低粒子的轉(zhuǎn)移速度和荷電量，使粉末粒子不至于受到強(qiáng)烈排斥而反彈，同時(shí)進(jìn)一步提高了上粉效率；如果E很大，涂層會(huì)建立起“感生電場(chǎng)”，工件還沒涂覆很多粉末而負(fù)電荷密密度區(qū)很高，從而排斥了后來的荷負(fù)電的粉粒而難于吸附，只是粉層很薄。

空氣的相對(duì)濕度?? ? ??

并不是說涂層厚就一定產(chǎn)生“縮孔”。相對(duì)濕度較高的空氣可以降低粉末的電阻率，水分含量過大可消耗部分電荷，使粉層的負(fù)電荷能積不高。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，如果相對(duì)濕度低于40％，產(chǎn)生“縮孔”的幾率比較大。理想的濕度應(yīng)是50％～65％，涂裝效果較好。

接地不良?? ? ? ?

接地不良的實(shí)質(zhì)結(jié)果是回路電阻增大，使工件難以涂覆。涂后正極電荷中和能力變差，易累積電荷而致使產(chǎn)生“縮孔”的幾率增加。

靜電高壓不穩(wěn)?? ? ? ? ?

高壓電纜接頭時(shí)接時(shí)斷，或限流電阻損壞，工件間斷等均可產(chǎn)生“縮孔”。

控制“縮孔”產(chǎn)生的施措?? ??

“反離子流”是粉末涂裝中產(chǎn)生“縮孔”的主要根源之一。以上已經(jīng)闡明了影響“反離子流”沖擊的幾個(gè)主要影響因素。如何防止此類缺陷的產(chǎn)生？作者在生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)了如下經(jīng)驗(yàn)，較為有效。

?(1)穩(wěn)定電源電流，防止電流突變。在靜電發(fā)生器前面加穩(wěn)壓器。在開始噴涂前10min打開靜電高壓發(fā)生器，對(duì)機(jī)內(nèi)元件參數(shù)工作狀態(tài)提前預(yù)穩(wěn)定。

?(2)控制環(huán)境濕度?？s孔易產(chǎn)生于北方干燥的冬春季節(jié)，因此要控制好環(huán)境濕度。較佳的環(huán)境濕度應(yīng)是50％～65％，環(huán)境濕度不宜太小，否則，應(yīng)在噴房周圍灑水增濕。

?(3)盡量降低電壓/電流涂裝。在滿足涂裝質(zhì)量要求的前提下控制在工藝下限。為了減少電流突變，噴涂件要求連續(xù)懸掛，盡量使噴涂面積接近。

?(4)加強(qiáng)接地。必須使高壓回零接地；軌道同高壓回零接地，將此兩回零線同對(duì)外大地公共接線連接在一起，接地電阻不大于5Ω。其他設(shè)備亦應(yīng)同大地相接，以利消散電荷。

結(jié)語 ? ? ? ?

任何理論均來源于實(shí)踐，反過來又進(jìn)一步指導(dǎo)實(shí)踐。本文從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，提出了“反離子流沖擊”理論和“感生電場(chǎng)”理論，以此來解釋為什么靜電噴涂會(huì)產(chǎn)生“縮孔”和反噴件涂層厚、電壓高易產(chǎn)生“縮孔”的機(jī)理，并提出解決措施。這些措施在長(zhǎng)時(shí)間的生產(chǎn)實(shí)踐中得到了驗(yàn)證，是較為有效的和切合實(shí)際的方法。上述只是作者的一些粗淺的理論探索，將在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)的弊病現(xiàn)象上升到更深層次的理論去認(rèn)識(shí)它，供涂裝界的同行們參考。至于這種理論是否正確，還有待于同行們?cè)趯?shí)踐中去驗(yàn)證，對(duì)于正在發(fā)生此類涂裝弊病的企業(yè)會(huì)有益處的。