低电压静电喷涂原理的探讨

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低电压静电喷涂原理的探讨馏(航空工业总公司贵阳电机厂 5 0 0 6 0 9),

本文通过分析计算静电喷涂过程中，主要工艺参数之间的关系，探讨了低电压静电喷涂中气流与静电场强度的关系，因此可以在喷涂工艺中寻求满意的操作技巧。同时， 介绍了 J T粉末静电喷涂设备的特点。 DP型

粉末静电喷涂工作原理这个原理的基本

点，就是高分子粉末吸收自由电子后成为负离子粉末，然后在气流输送下受到电场作用而吸附到呈正极性的工作表面。因此粉末通 过电离区空间所台的游离子电荷 (由电子 )自

数量，是决定粉末静电吸附能力的重要因一

、

前言

素。当电晕电极的电压愈高，则其附近空间

将困“电子雪崩”效应加剧而产生更多的自由电子。为了提高粉末的沉积效率，施工中[2] I OCCA. 1 7 . 5 9 2 5(1 ) .9 9 o 2

“电晕放电”理论是国内外长期沿用的其结果与我们曾测定过的几种乳胶漆的

流平性能相比较“, ,可见使用缔台性增稠剂的有光丙苯乳酸漆的流平性大为改善。这 也证明缔合性增稠剂存在不同的增稠机理。.

【 3]] T 17。4 5 0 P . 9 4 6( 9 ).2 9[4] C . 18 .5 T 9 6 8.5 3 (5】 . E, Gl s《W a e - S l be Poy es》 as tr o a l lm rAC S. 1 8 96

(6)] CT.J 8 .6 4 9 2 9 .2l

四、结论7 9

[ 7)童身毅等，高分子材料科学与工程 .1 9 . . 9 0 2[8) 1 8l e l g 0 lo M ae l l S, 8 t Me t n f Ros、 t ! ra j sad n Eu, 1 8 .3 8 g 9 4 4

￣ HR- 2 -丙苯有光乳胶漆中，加入 AT —

O缔台性增稠剂，进行流变性研究表明，这 6种增稠剂具有很好的增稠能力，在增稠剂 (8的水溶液 )用量为 1 0 (质量 )时， . 体系粘度可达到2 6 1。p经剪切后，乳~ 0c。

[ )] 9 PT, 1 6 8 2.6 96 0 5日

[0 1 )盘身毅等高分子材

料科学与工程，9 0 3 5 19 . .8

l1[ )童身毅等.涂科工业 .19,1 9 1 9 0 .4(2 l 1 ) 0CC A, 18 9 0,B . 13 3 8

胶漆呈现出低的屈服值 ( . d m c ),<2 0 y/ m具有很好的流平性。同时也表明乳胶漆的流变性研究，对于考察涂料的性质和指导涂料配方具有实际意义。 参考文献[1) T、 C Pat n《P i tFl w n g“ r0 a n o a d pi me tDip ri n》 . S c Ed 1 7 s e so e、 99

作者简历童身毅，男，曲岁，现任武汉化工学院

精细化工系副主1壬、副教授。1 6年毕业于 96北京化工学院，1 8年获工学硕士学位。现 91

从事精细化工与高分子材料的教学和科研工作

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涂料技术 (10年第 1 93期

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常选用较高的电压工艺参数，一般推茬选用 6￣ 8 KV。在设备结构上，拄重研究喷枪 0 0

的电极形状、数量，位置与粉末带电能力的关系。

二、低压静电喷涂国外曾报道过一种内带电式静电喷枪。

粉末通过喷枪管时，在电晕放电的作用下使粉末带上 5￣3 KV负电荷，实现低压喷 0的涂。国内也有单位做了这方面的研究工作。 但周效果不理想而未能推广应用。摩擦静电喷枪是低电压喷涂的一个例子。但基于其有效出粉量较小和对粉末涂料有矾显选择性等因素，使其应用范国受到限制。 高电压施工容易使枪口电极对接地工件髓 l

①粉束进入吸粉管时V。。=o

发生放电火花的危险，涂层因反离子流作用产生的弊病，对操作者也会产生静电感应的不适感觉，设备的空间结构、绝缘性能和静电发生器等相应提出更高要求。因此， 能够采用低压 (3￣ 5 KV )电喷涂是有其 0 0静

③粉末在吸粉管和喷枪中运动的距离为 s,并假设各处截面相同，且粉束不受阻 力。

③粉末从喷枪 i运动到工件表面这段距： 1离为 s,粉末在这段距离中会产生扩散 效应。这里先研究沿 0 0—中心线运动的粉末流，即暂不考虑扩散效应。④不考虑重力影响

实甩意 l的。但一般设备采用低电压喷涂义时，其喷涂质量不理想

,{积效率不高。本冗文在于探究其原因，寻找静电喷涂的主要工艺参数之间相互影响关系。

⑤集尘流的速度不影响粉末吸附的运动状态。 现计算当气流推动力 F2 Fl C> 1 =n时 a )粉末到达工件表而速度的变化，求 V: V即/值。 已知 S S—+ S 3F2 a,刚 a2 n l = Fl = a。

三 .影响粉末喷涂的因素粉末自喷枪口飞出后，主要受到气流推

办，静电B力、重力和集尘气流的作用。这 l里不考虑后面二个因素的影响，主要研究气流推力与静电吸力对粉末吸附到工件表面的影响。

s。:古 a t一古 a t{{ ,V l l V J: t, z=。 t, l l/n,

=t v —//

1粉末的动能 .我们先推算喷枪气流椎力与粉末的速度和动能之间的关系 .假设整个喷涂工艺处于理想状态 (如图I )

.V Vl/ . . v n(倍 )。

式中： F气流推力；一t粉束运行时问；一s粉末运行距鹃’一

a加速度；一

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辑技术 (19年第 1 9 3期

V~粉末到达工件表面时速度}n倍数。一

因此。喷淙工艺中采用较高的喷淙气压，就

求粉末颗粒速度变化后的动能变化U/

要求工件对带电粉末有较大的静电暖办，耶静电场使带电粉末获得的电势能必须尢于其动能，才能使粉末受到束缚而被吸到工件表面上。当然，粉末最终能被吸到工件表面

ul U1 /=I(倍 );U 2/=V2 V1 1 式中：u一粉柬到达工件表面时具有的动能。 上面关系式表明，当气流推力增大 I倍 1时，粉末颗粒到达工件表面时动能亦增大Ⅱ倍。

上，还取决于粉末流向、抽风力大小和方向、工件形状和表面状态等多种因素o2粉束的电位能 .现在要弄清楚粉末在静电场中怎样增加其带电量和获得更大的静电势能。 根据“电晕放电一原理，如果电压低于电晕电压值时，空气中将不能产生 电子雪崩效应，形成空间游离电子区域。粉末通 过该空间时不可能获得自由电荷，也将失去

现在考虑粉末离开枪口后，产生扩散效应对粉

末受力的影响 (图 1所示 ) 。

由于气流推力部分消耗于扩散效应，所以沿0。向的推力 F1一轴=k1,, F2 Fl,= k±=r (k和 k都是小于 1的常 Fz t 2 2 kF 2

数 )。a=ka……………… ( 1 )…

S=音 a=古 k t a(t )

静电附的特征。但是，我们做过逮样的实吸验，在工频整流电压为 8 0 0 V电压下，接地工件上虽然吸附的粉柬很少，但粉末仍表现出 微弱的静电吸附特征。这种矛盾现象还表现在绝缘材料也能良好地静电吸附粉束}“ 电晕放电”理论的核心论点之一的自限效应 (S l- mit g efc )实际上不存在， efLi tl fet n 接地的辅助电极，对粉末静电吸附的影响比

t=t, . t//…………….(2 ) .由 ( 1 )、 ( 2 )式求得：V=V k

. V V, ./ = .

了

U。/一n 2k ul k/ 2已知柏努利方程式；p旨d d h常+ u+g-数，用于气体流动状态。适 式中：p压强}一u流速 '~

电晕电极要大得多。这些用“电晕放电”的观点都是难以解释的。

通过大量实验和理论性研究，作者提出了“高分子粉末在静电场中发生电偶极化物理效越 的静电吸附观点。当前静电涂装用的环氧、聚醋粉末都是带有极性基团的高分子介质材料。这些高分子的极性基团在静电场中吸收能量后，发生弹性联系的电偶极

d质量密度，~ h流体水平高度。~排除△ (d h)变化囡素，则可知当气 g

体流速u大时，气流所受静压推力将减少，增 邵其在空阔中的扩散效应将减弱}当u值大到一定值时，还会产生负压的空吸作用。因此，可以说粉末气流速度愈大，其 k愈大。值 当V2 >Vl,k> k,则k2k> 1、时 1 z ,￣ k/ 1 1。/ k< 2 出以上分析，可得出下面结论 V V1/n 2≥/,U bl 2≥n/上式砚啊，粉束在到达工件表而时具有的动能，与￡用唢涂气压近似正比关系。所

化行为。分子结构中的空间电荷位置发生变化，形成正负两个电荷中心。这种电荷，是

种不同千自由电子的束缚电荷。但它们一一

样表现出静电吸的特征 I根据理论分析“,知道这种擞化程度(用极化系数 a示 ),与电晕电压无直接表荚系，而与静电场强度 E戚崭四槲是，见圈2。

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料技术 (19年第 1期 9 3

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如果U=n U时，也要求迭到上述状

态，则E:E./应是多少呢7. U . l=W。: RE c s△ l . I o0l

U.=W。=RE}o 0 1± 2 c s△

.可得 E2El Ⅱ (倍 ) . . /=(圈 2

四、结果与讨论通过上面分析和演算，得知粉末气流的流速慢，用较低的电压就可以得到理想的静 电沉积效率。但是喷涂施工中要求喷出的粉末具有好的雾化状态，并能有效地达到喷

从图 2中 a E曲线得知，当=E=10— O KV/ m时，a达到饱和值。 c值 根据喷涂经验得知，当E=3 KV/ m时， c

工件吸附粉末情况已经良好。因此在静电喷涂施工中，可以认为粉束的带电量同电场强度E成正比关系。即粉末的带电量P -RE。

涂部位，这就需要有一个合适的喷涂气流和气压。所以要想采用低气压、低电压喷涂工

( R为常数 )。 求电荷P在静电场中任一点a电位能 Wt。的 设a b与为很接近的两点，相距△ l故在 ,

艺，必须在静电喷涂设备结构设计中予以考虑保证。要求在粉末良好雾化前提下，量即尽控制粉流的速度。贵州航空工业总公可贵阳电机厂研制的 J T粉末静电喷涂设备， DP型就具有这方面的特点，因而能够完美地运用低

a段上的场强E,以看作恒量 (b为接地 b可点工件表面任一点 ),则 w一w.p0 o△ l - Ec s。

- . .工件接地，W - 0=W RE c s 1 o 0△,见图 3。

气压低电压静电喷涂技术。该设备选用流化

式中l。粉粒荷电量} p一 E电场强度 I一 W一电位能， u一粉粒的动能。 ’ 只有当 W . U时，a处运动的带电粉≥ 点末才无法脱开工件对它吸引作用的束缚。 当a的W =U时，即使粉末处于极点 .

床气压为0 0~0 0 MP输粉气压为0 0~ .2 .5 c .2 O OMp、枪高压 3￣ 4 K即能获得满 .6喷 0 0 V,意的喷涂效果。掌握静电喷涂的气流与静电场强度的关系后，就可以在喷涂工艺中寻找操作技巧。‘

从E=U d系式中知道，要保证某个电场/关强度E值的途径，不仅仅是提高电压这一办法。当采用较低电压时，将喷枪移近工件， 同样可以得到所需的 E值。譬如，电压 U= 3KV时，喷枪电极距工件 1 C 0 0m时，仍可使 E=3 KV/ m。所以我们在采用低气压手工 c喷橡时，为了提高涂教效率，常采用先近距离喷涂。 (上粉速率快 )等工件表面粉层，达到一定厚度时，喷枪拉远距离喷涂。这是为了防止出现反离子流造成涂膜针孔的弊 病。用这种工艺方法喷涂产品，不仅能加快 施工速度，且能保证 '噗表面平整光滑。在 凉喷涂深腔零件时，出于电压低，喷枪仲进零

端运动状态也将被电场能束缚住。

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海上油田采油设施涂装防护朱承德

(海石油开发工程设计套司天津3 0 5 )渤 0 4 2

根据渤海海上油田开发的实践，本文介绍有关海上油田采油设施的涂装防护问题着重讨论了四种主要生产设施涂层系统的选择，表面处理方法涂装施工，涂层检验及安全防护问题

岸2 4 (8Ot)处大 l倍。 4m 0f 2

尽管海上油田采油设施腐蚀是严重的，

但开发海洋石油的多年实践告诉我们，只要认真做好防腐的研究、设计，施工，管理等工作，腐蚀造成的危害是可以避免的。

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二涂装系统海上油田涂装防腐的采油设施主要包括钢结构和海上装置两太娄。钢铁设施除了要

随着我国海上百油工业的迅速发展，海上油田采油设施的腐蚀与防护工作日益引起了人们的关注。据有关文献报道，同是一种 金属材料，其腐蚀速度在海洋环境要比沙漠

进行外表面涂装防腐，有的还要进行内表面涂装防腐。然而，无论哪个帮位的防腐都应根据过些设施所处的环境、介质条件等选择适宜

的涂料和涂层系统

地区大4 o o倍I同处海洋环境，距海岸 o￣5 o 2 .m (8 f )金属的腐蚀速度要比距海 4d ot处

件的内腔时不易对零件产生放电火花，也不会因电场强度过高而产生反离子流破坏涂膜

表面质量。这在我们对农药筒两时管内壁喷涂中得到了证实。 运用这种观点，就有可能对一些深槽小

作者简历周师岳，男，1 G年毕业于西安交通大 99学，现任航空航天部贵阳电机厂研究员级高工。从事粉末静电涂装技术研究多年，曾获部级二等、三等技术进步奖，省级三等技术进步奖。“白内障粘出器”获国家三等发明奖， 1 9年评为贵州省有突出贡献优秀专 90寡。

孔的工件，设计制造适用的静电涂装设备。例如作者在微电机铁芯槽孔内壁静电涂敷粉束技术方面，取得了一些进展。参考文赫( 1)北京国际现代静会议定枭《现代静电技术》 .万目学生出版社 .1 8 . 3 4 0 8 3