應(yīng)用物理課件：靜電應(yīng)用技術(shù)

靜電應(yīng)用技術(shù)

7.1靜電植絨7.2靜電紡紗7.3靜電印花7.4靜電除塵器7.5靜電噴涂7.6靜電復(fù)印

7.1靜電植絨

靜電植絨技術(shù)于20世紀(jì)30年代在德國出現(xiàn)，到60年代取得了突破性進(jìn)展。70年代中期曾一度停滯不前，但隨著植絨技術(shù)向衣料應(yīng)用范圍的開拓，植絨工業(yè)又產(chǎn)生了新的突破。目前，德國、意大利、日本和美國等的靜電植絨技術(shù)都居先進(jìn)行列。

目前我國已有100多個(gè)廠家搞靜電植絨生產(chǎn)，其中大、中型工廠也有50多個(gè)。應(yīng)用的設(shè)備有引進(jìn)的植絨機(jī)(如德國馬克——申克公司的轉(zhuǎn)移植絨機(jī)和臺(tái)灣的生產(chǎn)線)和國產(chǎn)的植絨機(jī)，改變了絨毛靠進(jìn)口的局面。

靜電植絨是利用靜電場(chǎng)的作用將短纖維粘植到涂有粘合劑的底布上，使之成為一種既像浮雕，又像刺繡的產(chǎn)品技術(shù)。它與老法立體效應(yīng)織物生產(chǎn)相比，具有生產(chǎn)工藝簡單、速度快、成本低、花色品種多、適應(yīng)性廣等優(yōu)點(diǎn)，植絨產(chǎn)品已展現(xiàn)出無限廣闊的前途及很好的經(jīng)濟(jì)效益。7.1.1植絨原理

靜電植絨基于在一高壓靜電場(chǎng)中，兩個(gè)帶有不同電荷的物體，會(huì)發(fā)生相斥或相吸的原理。根據(jù)絨毛飛躍的方向，植絨加工方法分為下降法、上升法、橫向飛躍法和向上向下飛躍法等。目前采用的加工設(shè)備約有80%都采用下降法。下面以下降法為例，說明其工作原理。

如圖7-1所示，①為上電極，是一金屬板型網(wǎng)框;②為下電極，是一金屬平板托架，其上涂敷有粘合劑的待植絨基布，兩個(gè)電極分別接在高壓靜電發(fā)生器的正、負(fù)輸出端;

③為盛放絨毛的料斗;④為可以旋轉(zhuǎn)的供毛軸。由于供毛軸的旋轉(zhuǎn)，絨毛落到網(wǎng)型負(fù)極上，與負(fù)極接觸而充電，導(dǎo)致部分地按場(chǎng)方向排列。同時(shí)絨毛在電場(chǎng)中發(fā)生極化，與負(fù)極極性相同的電荷，集中在遠(yuǎn)離負(fù)極的一端，而正電荷卻集中在靠近負(fù)極的一端。而當(dāng)絨毛和負(fù)極接觸時(shí)，由于電極的電導(dǎo)率比絨毛的電導(dǎo)率高，會(huì)在絨毛纖維中產(chǎn)生密度為γE的導(dǎo)電電流，絨毛上便產(chǎn)生了凈電荷，使絨毛在電場(chǎng)中具有很大的伸直度和飛翔性，可以較高的速度垂直地向下飛到涂有粘合劑的基布上，這樣就得到了精美的植絨織物。

在靜電植絨過程中，絨毛除了接觸帶電外，進(jìn)入電場(chǎng)后，還要受到極化而帶電。正是由于接觸帶電，保證了絨毛向正極板方向運(yùn)動(dòng)，而又由于極化帶電，保證了絨毛在均勻電場(chǎng)中的轉(zhuǎn)動(dòng)作用，使得絨毛直立于基布而不會(huì)平躺在上面。

圖7-1靜電植絨原理7.1.2設(shè)備加工工序

植絨產(chǎn)品的質(zhì)量取決于原料、工藝和設(shè)備。高壓靜電發(fā)生器是靜電植絨設(shè)備的心臟，保證產(chǎn)生高而穩(wěn)定的靜電壓。若電壓太低，則絨毛豎直性差，粘接牢度下降；若電壓太高，則會(huì)發(fā)生靜電火花造成燒毛事故。目前常應(yīng)用的輸出電壓為0～100kV。植絨用高壓靜電發(fā)生器分為晶體管高壓發(fā)生器和變壓器直接升壓硅堆整流靜電發(fā)生器兩種。

1．晶體管高壓發(fā)生器

晶體管高壓發(fā)生器框圖如圖7-2所示。直流穩(wěn)壓電源將220V的工頻交流電轉(zhuǎn)換為直流電，經(jīng)過變壓器耦合自激振蕩器又將直流電變?yōu)楦哳l電，再通過變壓器升到7～11kV后，由十一級(jí)倍壓整流器倍壓，即可得到60～100kV的直流電壓，再由副級(jí)輸出。這種發(fā)生器輸出功率小但使用安全、體積小、耗電省，適用于小面積的臺(tái)板植絨或印花雜物植絨。圖7-2晶體管高壓發(fā)生器框圖

2．變壓器直接升壓硅堆整流靜電發(fā)生器

變壓器直接升壓硅堆整流靜電發(fā)生器主要由高壓變壓器(輸入220V，輸出100kV)和高壓硅堆組成，如圖7-3所示。適用于大面積連續(xù)全面植絨的生產(chǎn)線。

與靜電發(fā)生器相配套的還有涂膠設(shè)備、干燥和焙烘設(shè)備以及轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械。涂膠有刮膠和滾膠等設(shè)施，涂膠量要易調(diào)節(jié)，膠的厚薄要均勻；烘干通道和焙固爐中，溫度要保持均勻，要保證適宜的停留時(shí)間；轉(zhuǎn)動(dòng)部分運(yùn)轉(zhuǎn)良好，避免運(yùn)轉(zhuǎn)中的停車事故。圖7-3高壓硅堆7.1.3靜電植絨織物的三組分

靜電植絨織物的三組分是絨毛、底布和粘合劑。絨毛和粘合劑是決定植絨織物外觀風(fēng)格及內(nèi)在質(zhì)量的關(guān)鍵。

1．絨毛

絨毛的選擇要依據(jù)對(duì)植絨織物的用途及要求而定。植絨用的絨毛有天然纖維(棉、麻、毛等)。其中以粘膠纖維和錦綸纖維用的最多，尤其錦綸纖維具有強(qiáng)度高、耐摩擦、彈性好和色澤艷麗等優(yōu)點(diǎn)，更受到使用者的歡迎。

2．底布

用做靜電植絨的基材有紙張、木材、金屬、泡塑料、人造皮革、陶瓷、纖維織物等。作為以紡織品為底布的靜電植絨物，其底布主要是純棉卡其布和棉纖混紡。為了適用二次加工的特殊要求，特設(shè)計(jì)了專用底布，以使絨面出現(xiàn)新的外觀。如用人造絲、尼龍?zhí)乩锟平?jīng)編織物、人造絲、維尼龍70∶30的混紡布，緯紗采用棉紗，經(jīng)紗采用氨綸棉包芯紗等。對(duì)于底布有如下要求：

(1)具有高導(dǎo)電性。材料的均勻性可以保持電場(chǎng)中一個(gè)連續(xù)的介電量；底布的多孔性可以使表面保留絨毛的粘合劑比要求的厚度??；與粘合劑的共容性可以保證絨毛的有效粘合。

(2)經(jīng)緯密度不能過稀，以不少于220根紗/10cm為宜，且表面不能凹凸不平，不能有疵點(diǎn)。

(3)伸縮性好。以防止絨面發(fā)皺;色牢度好，焙烘時(shí)不變色；能耐150℃以上的高溫。

(4)紗支不能太細(xì)和太粗。紗支細(xì)，織物輕薄，染整加工時(shí)易折皺造成植絨折痕；紗支粗，織物表面粗糙不平，粘合劑易滲入紗間縫隙影響植絨織品觸感。一般選用20～30支(29～19.4號(hào))紗支為宜。

3．粘合劑

靜電植絨織物對(duì)織物的柔軟性、收縮性、透氣性、耐洗滌性以及色彩、光澤等方面有特殊要求，因此要選擇適宜的粘合劑。粘合劑的技術(shù)問題一度成為植絨生產(chǎn)的難題。

植絨加工用的粘合劑一般為乳液或乳膠，包括聚丙烯酸酯、聚醋酸乙烯酯、三聚氰氨樹脂、丁笨橡膠等，耐水性、耐洗滌性以丙烯酸樹脂膠液粘合劑為佳。使用時(shí)要特別注意其浸潤性和粘度的調(diào)節(jié)，常采用統(tǒng)計(jì)法和優(yōu)選法得到粘合劑的最佳配方。在丙烯酸共聚物中加入表面活性劑可以改善浸潤性，加入甲基纖維素、聚乙烯醇、乙基纖維素可作為增稠劑，還可考慮加入防泡劑、催化劑以及PH值調(diào)整劑等。實(shí)際中要根據(jù)植絨產(chǎn)品的耐磨性和底布類型選擇粘合劑配方，但對(duì)粘合劑的基本要求為高導(dǎo)電性、良好的吸濕性以及小的表面張力。

7.2靜電紡紗

從手工紡紗到機(jī)器紡紗，紡紗技術(shù)的進(jìn)展經(jīng)歷了一個(gè)漫長的過程。自從1828年環(huán)錠精紡機(jī)的出現(xiàn)，在棉紡生產(chǎn)中形成一個(gè)環(huán)錠紡紗工藝體系。環(huán)錠紡紗生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定，產(chǎn)量較高，但由于這種精紡機(jī)使用了鋼領(lǐng)、鋼絲圈及錠子三大部件，存在著鋼絲圈的線速度難以進(jìn)一步提高，加捻與卷繞兩道工序互相牽制等問題，致使環(huán)錠紡紗產(chǎn)量不能大幅度提高，同時(shí)，環(huán)錠紡紗工藝流程長、工序多、機(jī)器復(fù)雜，也難以適應(yīng)紡織工業(yè)向高度自動(dòng)化發(fā)展的要求。近幾十年來，世界各國對(duì)環(huán)錠紡紗存在的缺點(diǎn)進(jìn)行了大量的分析研究，尋找新的紡紗形式，提出了自由端紡紗。這種紡紗是將紡紗原料先變成單纖維，再將單纖維有規(guī)律地凝聚于自由端上，然后加捻成紗，做成筒裝。由于自由端紡紗將加捻與卷繞各自分開進(jìn)行，因此可以達(dá)到高速、高產(chǎn)、簡化工序等目的。自由端紡紗包括機(jī)械方法、氣流方法和靜電方法。

靜電紡紗于1949年5月由美國首先提出，到20世紀(jì)70年代初才有了發(fā)展，前蘇聯(lián)、日本、瑞士、土耳其等國都進(jìn)行了靜電紡紗的研究。我國從1958年開始起步，經(jīng)過了單錠式試紡、多錠樣機(jī)和成臺(tái)機(jī)器的試驗(yàn)階段，目前在技術(shù)水平、中試規(guī)模和試紡品種方面都達(dá)到了相當(dāng)?shù)乃健?/p>

靜電紡紗這種紡紗新工藝建立在用靜電力轉(zhuǎn)移纖維的概念基礎(chǔ)上，即利用靜電場(chǎng)將單纖維伸直、排列、凝聚，用自由端加捻成紗。靜電紡紗具有工藝流程短、產(chǎn)量高、噪聲低、用電省、飛花少、織物耐磨性好等優(yōu)點(diǎn)，但也存在著成紗強(qiáng)度較低、品種局限性大、對(duì)空氣相對(duì)濕度及棉條回潮率要求高以及精梳感差等缺點(diǎn)。

國內(nèi)外對(duì)靜電紡紗的研究，已從對(duì)個(gè)別的工藝、設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)轉(zhuǎn)向?qū)o電紡紗的基礎(chǔ)理論進(jìn)行全面研究，并且著重于靜電場(chǎng)、纖維電性能以及單纖維供應(yīng)和自由端加捻等方面的研究工作。這是因?yàn)殪o電紡紗的許多問題之所以長期得不到解決，主要是在成紗機(jī)理上沒有進(jìn)行系統(tǒng)的分析研究。這種紡紗新工藝能否卓有成效和大規(guī)模應(yīng)用于紡織工業(yè)中，在很大程度上取決于基礎(chǔ)理論的研究進(jìn)展?fàn)顩r。7.2.1靜電紡紗工作過程

在靜電紡紗中，纖維伸直和排列的過程是在高壓靜電場(chǎng)中借靜電力來完成的，加捻和卷繞則由加捻器和卷繞機(jī)構(gòu)各司其職。

如圖7-4是靜電紡紗原理示意圖。

靜電紡紗的工作過程可描述如下：

從棉條筒①中引出棉條②通過喇叭口③，由給棉羅拉④和給棉布⑤喂入→剌輥⑥對(duì)棉條起分梳作用，將棉條分成單纖維，通過輸棉管⑦→由電極⑨和罩殼⑩組成的靜電場(chǎng)⑧對(duì)單纖維伸直、排列、凝聚成須條→加拈器11將須條加拈成紗，經(jīng)張力裝置12自停桿13出來→槽筒15繞成筒子紗14。圖7-4靜電紡紗原理7.2.2纖維在高壓靜電場(chǎng)中的行為

我們不討論單纖維供應(yīng)原理、自由端加捻理論和大容量卷繞問題，而只對(duì)纖維在高壓靜電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，纖維在靜電場(chǎng)中的帶電以及受力情況進(jìn)行分析。

1．纖維在靜電場(chǎng)中的帶電過程

目前，國內(nèi)外對(duì)靜電紡紗基礎(chǔ)理論研究的側(cè)重點(diǎn)是靜電場(chǎng)對(duì)纖維的作用力問題。了解紡紗區(qū)纖維上靜電荷的來源及由此引起的各種靜電力，這對(duì)于研究靜電紡紗的成紗機(jī)理并能動(dòng)地改進(jìn)紡紗工藝和設(shè)備，有著很大的意義。

然而，這是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的問題，由于理論和測(cè)試手段的限制，對(duì)于此問題的研究目前還很不成熟。一般常把纖維作為一種電介質(zhì)，被引入靜電場(chǎng)后，必然會(huì)因極化作用而在纖維兩端出現(xiàn)等量異號(hào)電荷的束縛電荷。然而實(shí)驗(yàn)表明，纖維除因極化帶電外，其上還有很多可供交換的自由電荷或離子電荷，而且后者對(duì)纖維在靜電場(chǎng)中轉(zhuǎn)移所起的作用可能比前者還要大一些。

纖維上靜電荷的來源大概有以下幾種情況：

(1)電暈放電所引起的帶電。根據(jù)有關(guān)理論可計(jì)算出靜電紡紗區(qū)約有3×105V/m的場(chǎng)強(qiáng)。于是在電極的尖端或加捻器的附近發(fā)生電暈放電，導(dǎo)致纖維和被電離的空氣間發(fā)生離子交換，使每根纖維都獲得一些靜電荷。

(2)纖維和帶電金屬機(jī)件接觸而引起的帶電。紡紗機(jī)上的某些部件常由于某種原因而帶電，因而纖維在進(jìn)入靜電場(chǎng)之后就同某些金屬帶電表面接觸獲得一定的電荷。

(3)極化而引起的的帶電。紡紗纖維經(jīng)增濕處理后雖然其電阻會(huì)大大降低，但仍在1010Ω左右，而且介電常數(shù)也會(huì)隨著含水量的提高而增大，所以纖維又可視為電介質(zhì)，在紡紗區(qū)高壓靜電場(chǎng)中發(fā)生極化而產(chǎn)生束縛電荷。

(4)因摩擦而引起的帶電。紡紗纖維在梳理及輸送過程中，由于纖維間、纖維與氣流間以及纖維與機(jī)件間的摩擦而引起纖維的帶電。這種帶電過程還沒有引起人們的充分注意，而且摩擦是一種十分復(fù)雜的過程，纖維和機(jī)件的形態(tài)也很不規(guī)則，所以利用接觸起電理論來計(jì)算摩擦起電是很困難的。摩擦帶電量常用經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為

式中:q為摩擦帶電量;v為兩個(gè)摩擦體的接觸面間的相對(duì)速度；W為摩擦所做的功。

(5)纖維上電解質(zhì)的電解引起帶電。紡紗纖維，尤其是棉纖維都含有一定數(shù)量的鹽分，且含有一定的水分，由于水溶性電解質(zhì)在水中被電解，因此纖維上會(huì)出現(xiàn)離子電荷而帶電。(7-1)

2．靜電場(chǎng)對(duì)纖維的作用力

靜電場(chǎng)對(duì)纖維的作用力共有如下6類：

(1)纖維由于電暈放電帶電后受到的庫侖力；

(2)紡紗纖維和帶電導(dǎo)體接觸帶電受到的庫侖力；

(3)作用于纖維上的極化力；

(4)帶電纖維在靠近加捻器表面時(shí)受到的鏡像力；

(5)帶電纖維間的斥力；

(6)纖維受到的機(jī)械力。

3．纖維在靜電場(chǎng)中的行為

纖維在靜電場(chǎng)中的行為有以下4種：

(1)靜電場(chǎng)對(duì)纖維的伸直作用；

(2)靜電場(chǎng)對(duì)纖維的定向排列作用；

(3)靜電場(chǎng)對(duì)纖維的聚集作用；

(4)靜電場(chǎng)對(duì)纖維的除雜作用。

7.3靜電印花

隨著紡織科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新穎的印花方法相繼出現(xiàn)。光導(dǎo)體——靜電印花就是嶄露頭角的一種新方法。

靜電印花是基于靜電復(fù)印的成像原理。將硒、硒合金、氧化鋅、硫化鎘、二氧化鈦等作為光導(dǎo)體涂在紙張或薄金屬上，制成光敏板如圖7-5所示，其中紙基起平板作用，鋁箔做導(dǎo)電底基，起接地、防濕作用，聚乙烯薄膜中間層起粘接ZnO及鋁箔作用。用電暈放電法，使光敏板表面帶上負(fù)電荷。再將需印染的圖樣畫出底稿，用鏡頭直接投影到置于暗室中的且表面帶有負(fù)電荷的光敏板上。因?yàn)楣鈱?dǎo)體在明區(qū)電阻減小呈導(dǎo)體，在暗區(qū)呈絕緣體，故光敏板上明區(qū)的電荷經(jīng)接地線流走，暗區(qū)的電荷仍能保留。這樣，光敏板上有的區(qū)域有靜電荷，有的區(qū)域無靜電荷，形成所謂“靜電潛影”，再經(jīng)過顯影使其成像，然后用電暈等方法，使得印花的滌綸織物表面帶上負(fù)電荷后置于光敏板上。由于電荷間的吸引，就可將成像的分散染料轉(zhuǎn)印到織物上，經(jīng)過必要的整理后，就可得到精美的印花織物。

目前靜電印花可印制滌綸織物上的“霧狀”花紋，其方法簡便、生產(chǎn)效率高、不耗水、不污染，是一種前景誘人的印花方法，具有很大潛力。但需要減少底灰，提高清晰度，繼續(xù)擴(kuò)大纖維及染料的應(yīng)用范圍。圖7-5

7.4靜電除塵器

靜電除塵器(簡稱電除塵器)是美國工程師E．G．科特雷爾在1906年研制成功的，是一種利用電場(chǎng)力使氣溶膠粒子從氣體中分離出來的除塵裝置。目前靜電除塵器已廣泛應(yīng)用于冶金、化工、火力發(fā)電、紡織工業(yè)等行業(yè)。由于靜電除塵器中的電場(chǎng)力是由直流高壓(通常為30kV以上)作用在靜電場(chǎng)中形成的，所以這種除塵機(jī)理稱為高壓靜電除塵或靜電除塵。7.4.1靜電除塵器的工作原理

靜電除塵器實(shí)質(zhì)上是由兩個(gè)極性相反的電極組成的，如圖7-6所示。其中一個(gè)是表面曲率很大的線狀電極(通常是負(fù)極)，稱為電暈極或放電極，另一個(gè)是板狀電極(通常是正極)，稱為集塵極。工作時(shí)需在電暈極和集塵極之間施加直流高電壓使電暈極發(fā)生電暈放電，在電暈極附近形成電暈區(qū)。電暈放電使電暈區(qū)內(nèi)生成大量的自由電子和正離子，以及由自由電子附著而帶負(fù)電的氣體分子——負(fù)離子。正離子在電場(chǎng)力的作用下向電暈極運(yùn)動(dòng)，自由電子和負(fù)離子在電場(chǎng)力的作用下向集塵極移動(dòng)，充滿到兩極間的絕大部分空間。當(dāng)污染氣體通過這一電場(chǎng)空間時(shí)，充滿空間的自由電子和負(fù)離子將與污染氣體中的氣溶膠粒子碰撞并附著在氣溶膠粒子上使之帶電，形成帶負(fù)電的粒子。由于在靜電場(chǎng)中作用在荷電粒子上的電場(chǎng)力比重力大得多(對(duì)于直徑為1μm的粒子，電場(chǎng)力比重力約大10000倍，對(duì)于直徑為10μm的粒子，電場(chǎng)力比重力約大1000倍)，因此在電場(chǎng)力的作用下，這些帶負(fù)電的粒子將被驅(qū)往集塵極，放出所帶電荷而沉積在集塵極上。但是由于出現(xiàn)在電暈區(qū)內(nèi)的正離子向電暈極運(yùn)動(dòng)的路徑極短，只能與少數(shù)氣溶膠粒子相遇而使之荷電，所以沉積在電暈極上的粉塵顆粒是不多的。當(dāng)沉積在集塵極(或電暈極)上的粉塵達(dá)到一定厚度時(shí)，應(yīng)由清灰裝置及時(shí)清理，使粉塵落入灰斗后排出。圖7-6靜電除塵器的工作原理綜上所述，靜電除塵器的除塵過程可概括為以下四個(gè)階段：①氣體的電離；②粉塵的荷電；③荷電粉塵的沉集；④清灰。為了充分發(fā)揮靜電除塵器的除塵作用，提高其性能，擴(kuò)大應(yīng)用范圍，必須對(duì)電暈的形成方式、氣溶膠粒子的荷電過程、荷電粒子在靜電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)以及粉塵在集塵極上的沉集規(guī)律等基本理論作深入的研究。近幾十年中，隨著對(duì)靜電除塵器的理論研究和技術(shù)開發(fā)，靜電除塵得到了不斷改進(jìn)且日趨完善，目前已發(fā)展成為可以捕集細(xì)微粉塵的高效除塵器。7.4.2靜電除塵器的類型

1．按集塵極的形式劃分

靜電除塵器按集塵極形式劃分可分為管式和板式兩種。管式靜電除塵器的集塵極為一圓形金屬管，管的直徑為1.5～3m，長度為2～5m。電暈極由一根電線(也稱極線)構(gòu)成，其上部通過絕緣子懸掛在頂部，下端靠重錘固定位置。圖7-7為管式靜電除塵器的示意圖。含塵氣體由靠近底部的地方進(jìn)入圓筒內(nèi)，凈化后由頂部排出。工程實(shí)際應(yīng)用時(shí)通常采用多組并聯(lián)的結(jié)構(gòu)。板式靜電除塵器的集塵極為兩個(gè)相距2.5～3m的平行板，電暈極由多根極線構(gòu)成，懸掛在平行板的中間。圖7-8為板式靜電除塵器的示意圖。含塵氣體在兩個(gè)平行板間流動(dòng)而凈化。圖7-7管式靜電除塵器示意圖圖7-8板式靜電除塵器示意圖

2．按氣體流動(dòng)的方向劃分

靜電除塵器按氣體流動(dòng)的方向劃分可分為立式和臥式兩種。在立式靜電除塵器中，氣體自下而上沿垂直方向流動(dòng)。管式靜電除塵器都是立式的，板式靜電除塵器也有采用立式的。立式靜電除塵器的高度較大。在臥式靜電除塵器中，氣體沿水平方向流動(dòng)。圖7-8所示的板式靜電除塵器是臥式的。在工業(yè)廢氣除塵中，臥式的板式除塵器是應(yīng)用最廣泛的一種。

3．按沉集粉塵的清灰方式劃分

靜電除塵器按沉集粉塵的清灰方式劃分可分為濕式和干式兩種。干式靜電除塵器是用機(jī)械振打的方法清灰的，也是最常見的一種形式。清灰所回收的是干粉塵，便于處理和利用。但振打清灰會(huì)引起沉集粉塵的再飛揚(yáng)，導(dǎo)致除塵效率降低。濕式靜電除塵器用噴水或溢流水等方式使集塵極表面形成一層水膜，將沉集在極扳上的粉塵沖走。圖7-9為溢流型濕式靜電除塵器的示意圖。濕式清灰可以避免二次揚(yáng)塵，達(dá)到很高的除塵效率，而且因無振打裝置，運(yùn)行也較穩(wěn)定，但存在著腐蝕、污泥和污水的處理問題，一般只在氣體含塵濃度較低而要求除塵效率又較高時(shí)，在煙氣溫度過高時(shí)或在易爆氣體凈化中采用。圖7-9溢流型濕式靜電除塵器示意圖

4．按粉塵荷電段和分離段的空間布置不同劃分

靜電除塵器按粉塵荷電段和分離段的空間布置不同劃分可分為單區(qū)(也稱一段式)和雙區(qū)(也稱二段式)兩種。在單區(qū)靜電除塵器中，粉塵的荷電過程及其從氣體中分離出來的過程，是在同一空間區(qū)域內(nèi)進(jìn)行的，這也是目前工業(yè)廢氣除塵中應(yīng)用最廣的一類。圖7-7、圖7-8和圖7-9所示均為單區(qū)靜電除塵器。在雙區(qū)靜電除塵器中，粉塵的荷電過程及其從氣體中分離出來的過程分別在電暈荷電區(qū)和集塵區(qū)進(jìn)行，圖7-10為雙區(qū)靜電除塵器示意圖。電暈荷電區(qū)的電場(chǎng)是由線極和板極構(gòu)成的不均勻電場(chǎng)，集塵區(qū)的電場(chǎng)是由兩平行板構(gòu)成的均勻電場(chǎng)。粉塵首先在電暈荷電部分帶電，而后進(jìn)入集塵部分被捕集下來。雙區(qū)靜電除塵器多數(shù)使用正電暈，主要用于空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的進(jìn)氣凈化方面，近年來已開始用于工業(yè)廢氣凈化方面。它也能適用于高電阻率粉塵的除塵，并具有體形小、耗鋼少、耗電少等特點(diǎn)。圖7-10雙區(qū)靜電除塵器示意圖

5．按電極距離大小的不同劃分

靜電除塵器按電極距離大小的不同劃分可分為常規(guī)靜電除塵器和寬間距靜電除塵器兩種。常規(guī)干式平板型靜電除塵器的同極間距一般為250～300mm，運(yùn)行電壓約為50～60kV。同極間距超過300mm的稱為寬間距靜電除塵器，寬間距靜電除塵器的同極間距約為400～1000mm，相應(yīng)的運(yùn)行電壓也增加到75～200kV。寬間距靜電除塵器在提高除塵效率、降低除塵成本方面有很大優(yōu)勢(shì)，是目前靜電除塵器發(fā)展的一個(gè)新趨勢(shì)。

6．按靜電除塵器入口的氣溫劃分

一般靜電除塵器的入口氣溫為常溫至200℃。入口溫度高于350℃的稱為高溫靜電除塵器。近20年來，靜電除塵器在結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)重大改進(jìn)，技術(shù)上有很大進(jìn)步，靜電收集理論的研究也十分活躍，在很大程度上豐富了對(duì)靜電收集機(jī)理的認(rèn)識(shí)。近年來又出現(xiàn)了靜電增強(qiáng)過濾設(shè)備，豐富了靜電收集的內(nèi)容。靜電收集原理也可用于測(cè)量氣溶膠粒子的荷電、遷移率、粒徑大小及其分布。

7.5靜電噴涂

靜電噴涂是依靠直流高壓電形成的靜電場(chǎng)作用，使帶有電荷的涂料微粒在電場(chǎng)力的作用下沉積在零件表面，以形成均勻的涂膜。因而，靜電噴涂是一種能顯著提高涂膜質(zhì)量的工藝方法，可使零件表面獲得高裝飾性的涂膜。

靜電噴涂工藝具有生產(chǎn)效率高、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)、涂料利用率高、環(huán)境污染小以及能顯著改善操作工人勞動(dòng)條件等一系列優(yōu)點(diǎn)，已在機(jī)電和輕工等產(chǎn)品生產(chǎn)中廣泛采用。靜電噴涂是依據(jù)靜電場(chǎng)對(duì)電荷的作用原理而實(shí)現(xiàn)的。通常靜電噴槍的槍頭部分接負(fù)極，零件接正極，這樣槍頭與零件之間就形成了靜電場(chǎng)。當(dāng)電壓足夠高時(shí)，槍頭附近區(qū)域內(nèi)的空氣產(chǎn)生強(qiáng)烈電暈放電，形成了氣體電離區(qū)域。涂料經(jīng)噴槍噴嘴霧化后噴出，被霧化的涂料微粒通過噴頭邊緣或噴嘴處的極針接觸帶電，當(dāng)經(jīng)過氣體電離區(qū)域時(shí)再次帶電。這些帶電的涂料微粒在電場(chǎng)力的作用下向異極性的零件表面運(yùn)動(dòng)，被附著并沉積在零件表面上，形成了均勻的涂膜。靜電噴涂的原理如圖7-11所示。圖7-11靜電噴涂原理圖

1．靜電場(chǎng)的形成與作用

靜電噴涂中靜電場(chǎng)是通過高頻高壓靜電發(fā)生裝置形成的，該裝置的負(fù)極接噴槍槍頭，正極接到零件上，并接地。這樣噴槍頭部與零件之間形成了一個(gè)強(qiáng)大的靜電場(chǎng)。靜電場(chǎng)中每一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度除有大小外還有一定的方向。為更好地理解靜電場(chǎng)這個(gè)概念，利用靜電學(xué)中引入電力線的概念。電力線上每點(diǎn)的切線方向與該點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的方向是一致的。因此，該方向也表示出作用于放在該點(diǎn)上的正電荷所受電場(chǎng)力的方向，并用電力線的疏密程度表示電場(chǎng)強(qiáng)度的大小。電力線越密表示電場(chǎng)強(qiáng)度越大。涂料微粒在靜電噴涂過程中的運(yùn)動(dòng)是受電場(chǎng)力的作用而產(chǎn)生的。根據(jù)涂料微粒所受電場(chǎng)力與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系可知，電場(chǎng)強(qiáng)度越大，涂料微粒所受到的電場(chǎng)力越大，越有利于靜電噴涂。電場(chǎng)強(qiáng)度與噴槍和零件間的距離成反比，當(dāng)距離越小時(shí)電場(chǎng)強(qiáng)度越大。因此，在進(jìn)行靜電噴涂作業(yè)時(shí)，噴槍與零件的設(shè)置應(yīng)該盡量靠近。但在實(shí)際生產(chǎn)中，由于零件的大小、幾何形狀、靜電發(fā)生裝置的性能等多種因素的影響，距離一般取200～500mm。同理，所施加的電壓越高越好，但是，也受到零件的大小、幾何形狀等因素的影響，特別是手工靜電噴涂時(shí)，電壓過高并不安全，可能會(huì)造成火花放電，發(fā)生火災(zāi)。另外，由于涂料微粒的帶電性能及高頻高壓靜電發(fā)生裝置技術(shù)指標(biāo)的限制，在實(shí)際生產(chǎn)中常用60～120kV的電壓。

2．電暈放電在靜電噴涂中的作用

在靜電噴涂時(shí)，噴槍頭部和零件之間形成一個(gè)高壓靜電場(chǎng)。靜電噴槍的頭部帶銳邊，或帶極針，此處的電荷密度很大。當(dāng)施加在噴槍頭部的靜電壓升高到一定程度時(shí)，噴槍頭部銳邊和極針與零件之間所形成的電場(chǎng)進(jìn)一步加強(qiáng)，使噴槍頭部銳邊和極針的電子逸出，并飛向零件。由于電場(chǎng)強(qiáng)度大，逸出的電子動(dòng)能很大，當(dāng)它以高速撞擊空氣分子時(shí)，使空氣分子電離，與此同時(shí)放出電子，這些電子被電場(chǎng)加速，再去撞擊其它空氣分子，使其電離，這樣就發(fā)生了連鎖式電離反應(yīng)，直至噴槍頭部附近的空氣被擊穿，形成空氣電離區(qū)，產(chǎn)生自激放電。伴隨自激放電的同時(shí)空氣激烈地離子化和發(fā)熱，使噴槍頭部銳邊或極針部形成一個(gè)暗紅色的暈團(tuán)，在黑暗中很容易看到，這種現(xiàn)象稱電暈放電。電暈放電是自激放電過程中的一種現(xiàn)象。電暈放電只發(fā)生在噴槍頭部銳邊或極針附近的空間，而不是將噴槍到零件之間的空氣全部擊穿，如果是那樣就會(huì)產(chǎn)生火花放電。因此，電暈放電用于空氣局部擊穿狀態(tài)，控制噴槍與零件之間處于電暈放電狀態(tài)對(duì)于靜電噴涂相當(dāng)重要。當(dāng)靜電壓過高或噴槍與零件間距過小時(shí)，噴槍頭部與零件之間的空氣全部被擊穿，此時(shí)將發(fā)生火花放電引起噴涂設(shè)備起火燃爆。即使危害最小時(shí)也會(huì)燒壞涂膜。而當(dāng)靜電壓過低時(shí)，不會(huì)發(fā)生電暈放電，不能激發(fā)出大量電子，不能在噴槍與零件之間形成電離區(qū)，這樣涂料微粒不能很好地帶電，將影響靜電噴涂的效果。因此，在靜電噴涂中對(duì)高頻高壓發(fā)生器有一定的技術(shù)性能要求。在使用中要控制好電源電壓，使噴槍頭部附近的空氣發(fā)生穩(wěn)定的電暈放電。產(chǎn)生電暈放電的電壓要根據(jù)噴槍到零件間的距離、空氣的溫度和濕度、噴涂室內(nèi)的風(fēng)速、氣流的分布、涂料對(duì)電暈放電的影響、噴槍中的極針結(jié)構(gòu)及銳邊的銳利程度等主要因素來確定。

在為噴槍配備靜電電源(一般常用高頻高壓靜電發(fā)生器)時(shí)，最好選用輸出高壓時(shí)能連續(xù)可調(diào)的電源，這樣為選擇最佳工作電壓提供了方便。在電氣控制回路中最好帶有反饋系統(tǒng)，使電源的輸出靜電壓能自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而保證噴槍到零件之間的空間有恒定的電場(chǎng)強(qiáng)度，確保噴槍與零件之間處于電暈放電狀態(tài)，既防止產(chǎn)生火花放電(一般稱打火)，同時(shí)也使涂料微粒充分帶電，提高涂料的涂覆效率。

在進(jìn)行靜電噴涂時(shí)，噴槍絕大多數(shù)接在電源負(fù)極上，這是因?yàn)殡娮淤|(zhì)量很小，容易從金屬表面逸出，容易被靜電場(chǎng)加速。噴槍接在負(fù)極上產(chǎn)生電暈放電所需電壓低，這樣對(duì)實(shí)現(xiàn)電暈放電有利。

3．涂料微粒的帶電及影響因素

涂料微粒的帶電過程是通過兩個(gè)階段完成的。第一階段是涂料微粒與帶高壓靜電的噴槍頭部電極(有銳邊結(jié)構(gòu)或極針)接觸實(shí)現(xiàn)的，第二階段以噴槍電極使其附近空氣電離形成電離區(qū)，當(dāng)涂料微粒穿過時(shí)而實(shí)現(xiàn)的。

7.6靜電復(fù)印

7.6.1靜電復(fù)印機(jī)的工作原理

1．靜電潛影的形成

(1)前曝光同時(shí)前消電。感光體(鼓)是復(fù)印機(jī)的主要成像部件。在經(jīng)過前一個(gè)復(fù)印過程后，會(huì)有一部分電荷殘留在感光體上。所以在充電之前應(yīng)用電暈消電，同時(shí)用熒光燈(或其它燈種)照射鼓表面，實(shí)行前曝光，如圖7-12所示。這樣，一方面消除鼓表面的殘余電荷，另一方面降低感光體內(nèi)部的電阻，在充電時(shí)能夠均勻地注入電荷，以防復(fù)印中圖像黑度不均和黑實(shí)心像中間出現(xiàn)白點(diǎn)。圖7-12前曝光同時(shí)前消電

(2)充電。按下“復(fù)印按鈕”后，已經(jīng)被清潔和消電的感光體，在旋轉(zhuǎn)經(jīng)過“充電電極”時(shí)，感光膜層便被充上一定極性和數(shù)量的電荷。如Se、CdS充正電荷，ZnO充負(fù)電荷。這種使感光體上帶電而能夠感光的過程，就稱為充電。充電的作用類似銀鹽膠片感光膜層的涂膜過程，如圖7-13所示。

(3)曝光同時(shí)清電。當(dāng)原稿被原稿曝光燈照射，并通過光學(xué)系統(tǒng)把光像照射到感光體時(shí)，在感光體的膜層表面便形成了與原稿相對(duì)應(yīng)的電位反差，而產(chǎn)生靜電潛像，如圖7-14所示。在曝光同時(shí)必須清電，以消除受光照部分的電荷，增加反差，消除或降低灰度，如圖7-15所示。圖7-13充電圖7-14曝光圖7-15清電

(4)全面曝光。全面曝光主要對(duì)于三層結(jié)構(gòu)的感光體。用熒光燈全面、均勻地照射鼓表面，以使導(dǎo)電底基上的電荷中和，提高表面電位，即提高了靜電潛影的質(zhì)量，如圖7-16所示。

靜電潛影是通過上面四個(gè)步驟形成的，其目的是在鼓表面留下和原稿黑色部分相對(duì)應(yīng)的正電荷。在鼓上由這些正電荷構(gòu)成圖像，因?yàn)槿说难劬Σ荒芸吹剑苑Q為“靜電潛像”，其潛像形成的電位如圖7-17所示。圖7-16全面曝光圖7-17靜電潛像的形成

2．墨粉像的形成

利用帶電粉末(油墨)使靜電潛像成為可見的墨粉(油墨)圖像，運(yùn)用顯影偏壓，可以調(diào)整墨粉(油墨)顯影的濃度，以使字跡和圖像的密度達(dá)到飽和程度。顯影過程如圖7-18所示。

3．復(fù)印品的制成

這個(gè)過程的目的是將感光體上已經(jīng)形成的墨粉負(fù)像，經(jīng)過供紙、轉(zhuǎn)印、分離、定影、排紙等工序，成為長期可用的復(fù)印品。

(1)轉(zhuǎn)印、分離。間接法普通紙靜電復(fù)印機(jī)，通過轉(zhuǎn)印裝置把感光體(鼓)上膜層表面的墨粉圖像轉(zhuǎn)移到各種載體上，如紙、薄膜及其它介質(zhì)上，如圖7-19所示。圖7-18顯影圖7-19轉(zhuǎn)印復(fù)印用紙?jiān)谶M(jìn)行轉(zhuǎn)印時(shí)，由于靜電的作用，會(huì)緊緊貼在感光體上。為此需要采取分離的辦法，將紙從感光體(鼓)上分離下來。

(2)定影(固化)、排紙。轉(zhuǎn)印了墨粉圖像的復(fù)印紙經(jīng)分離之后，進(jìn)入定影裝置。用加熱或加壓等方法，將墨粉圖像固定，然后經(jīng)排紙出口處送到收紙盤中。其中，經(jīng)過對(duì)紙張的消電，使排出的紙張，不至于跳動(dòng)或粘結(jié)在一起不易疊齊。至此，完成了使圖像復(fù)印到紙上的全部過程，如圖7-20所示。圖7-20定影

4．再復(fù)印準(zhǔn)備

這一步驟的目的，是為了把感光體上的殘余墨粉清除掉，以使下一次復(fù)印時(shí)，能得到清晰的復(fù)印品。因?yàn)樵谵D(zhuǎn)印時(shí)，不能把鼓上粉末全部轉(zhuǎn)印到復(fù)印紙上，約有20%～30%的墨粉殘留在鼓表面。所以對(duì)鼓表面的清潔是為下一個(gè)復(fù)印作準(zhǔn)備工作，清潔過程如圖7-21所示。

以上是一般機(jī)型的工作流程。除此之外，各種機(jī)型中還設(shè)有供、輸紙裝置、分離裝置、收紙盤及對(duì)感光體和紙進(jìn)行消電的裝置。圖7-21清潔鼓7.6.2靜電復(fù)印機(jī)的分類

1．按靜電成像的方法劃分

1)感光材料

靜電復(fù)印機(jī)中所使用的感光(光導(dǎo))材料，大體有以下幾種:

(1)硒(Se)靜電復(fù)印機(jī)。使用此種光導(dǎo)材料的復(fù)印機(jī)有：國產(chǎn)長江—600型、600Ⅱ型、海鷗Se—5型、海鷗Se—16型及其它國產(chǎn)靜電復(fù)印機(jī)；日本的理光DT、FT各系列的靜電復(fù)印機(jī)；日本的小西六U—Bix3300MR型；英國的基士得耶2005型、2006型、2007RE型及2008RB型等。

(2)硒合金(Se—Te)、硒復(fù)合層靜電復(fù)印機(jī)。使用這種感光材料的復(fù)印機(jī)有：英國的施樂9200型；日本EG101型、EG201型等。

(3)氧化鋅(ZnO)靜電復(fù)印機(jī)。使用這種材料的復(fù)印機(jī)有日本小西六U—Bix750型、1500、2000RⅢ；國產(chǎn)彩蝶—42型、鯤鵬BF—1型等。

(4)硫化鎘(CdS)靜電復(fù)印機(jī)。