静电喷涂技术及其应用探讨

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。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。

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。