粉末涂料涂裝過程中產(chǎn)生縮孔的理論研究

1、1、引言粉末涂料自20世紀(jì)70年代末被廣泛推廣應(yīng)用以來，在我國已有3O余年生產(chǎn)和施工的歷史。在粉末施工過程中出現(xiàn)了許多問題，縮孔”是粉末涂料涂裝過程中常見的漆膜弊病之一。究竟是怎樣產(chǎn)生 縮孔”的？應(yīng)如何避免？現(xiàn)在普遍認(rèn)為是工件或壓縮空氣中有油而導(dǎo)致 的 縮孔”，作者認(rèn)為有很深的理論問題亟待探索。在涂裝生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，無論壓縮空氣還 是工件前處理的質(zhì)量均能夠滿足涂裝要求，但仍出現(xiàn)縮孔，按照傳統(tǒng)理論對(duì)前處理及壓縮空氣的除油設(shè)備進(jìn)行徹底檢查和整改，起色不大。另外一種說法是粉末生產(chǎn)過程中混進(jìn)了油， 但通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)并非如此。作者產(chǎn)生了質(zhì)疑，進(jìn)而進(jìn)行了理論探討，提出了反離子流沖擊理論和感生電場(chǎng)”理論，對(duì)縮

2、孔”產(chǎn)生的原因作了詳盡的解釋，列出了產(chǎn)生縮孔”的各種影響因素，并提出了解決措施。使縮孔”這一缺陷得到了最大程度的控制，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。2、產(chǎn)生縮孔”原因的探討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

3、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?新分布，所以表面電荷分布是不均勻的。金屬尖端部位電荷密度較大示意 點(diǎn)擊此處查

4、看全部新聞圖片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50100dm。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。皮離子流”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)

5、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

6、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”一即所看到的縮孔”，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

7、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”。引發(fā) 反離子流”的其他幾個(gè)重要因素除上述電流突變而引發(fā) 反離子流”沖擊導(dǎo)致縮孔的主要因素外，以下幾項(xiàng)仍是縮孔”產(chǎn)生的

8、重要條件。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

9、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。反離子氣球團(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。1It電場(chǎng)原電場(chǎng)與次生電場(chǎng)建立示意 點(diǎn)擊此處查看全部新聞圖片另外，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

10、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。1000080.70 - fiO -10* 10* 10” 剛 WB申，陽奉/n , m電壓與電阻率關(guān)系點(diǎn)擊此處查看全部新聞圖片空氣的相對(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

11、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”。3、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。縮孔易產(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5QO其他設(shè)備亦應(yīng)同大地相接，以利消散電荷。4、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