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    粉末涂裝產生縮孔的理論研究

    來源:本站 發布時間:3月 2020 瀏覽人次:1098

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    粉末的荷電過程 ????

    由靜電學可知,帶電的孤立導體表面電荷的分布與表面曲率半徑有關,曲率最大處(即表面最尖銳的地方)的電荷密度最大(見圖1),附近空間的電場強度也最大,當電場強度達到足以使周圍氣體產生電離時,導體的尖端就會放電。如果是負高壓放電,離開導體的電子將被強電場加速,使之與空氣分子碰撞,使空氣分子電離產生正離子和電子。新生的電子又被加速碰撞,使空氣分子形成一個“電子雪崩”過程。電子的質量很小,當它沖出電離區域后,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的負離子。這種負離子在電場力的作用下奔向正極,在電離層處產生一層暈光,即所謂暈光放電,當粉末通過電暈外圍時,就會受到奔向正極的負離子碰撞而充電。

    大多數工業用粉末涂料是結構復雜的高分子絕緣體,只有當粉末表面存在適合接受電荷的位置時,負離子才能吸附到粉粒表面的這個部位上。對于負離子來說,這個部位可以是粉末組成中的正電荷雜質或組成中的位能坑,也可以是純機械性的。但不論哪種機理造成的吸附,對離子來說在每個粉粒上的沉積并不容易。粉粒的表面電阻很高,電荷不會因導電而重新分布,所以表面電荷分布是不均勻的。



    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電荷。當粉末微粒剛離開槍口時,靠壓縮空氣輸送力吹出,當接近工件(正極)時,靠電場力的導引,使涂料牢牢地吸附在工件上。一般只需經過幾秒就可使涂層厚度達到50~100μm。粉層達到一定厚度的同時,表面貯存一層很厚的負電荷屏蔽層,致使后來的負電粒子被排斥回去,涂層不再增厚。至此完成了涂覆過程。



    “反離子流”沖擊產生的“縮孔”?? ? ? ?

    在現實粉末涂裝過程中,經常會在漆膜表面產生“縮孔”,其形狀像火山口的小凹坑;發生密度時而稀疏時而集中;發生頻次偶爾或連續。

    ?很多文獻資料均認為,壓縮空氣中的油或在粉末涂料生產和涂裝過程中混進了油而產生了“縮孔”。在生產實踐中,作者發現產生“縮孔”的原因很多也很復雜,傳統的混油理論并不能涵蓋全部,認為同靜電高壓電流輸出的穩定性以及粉末的電阻率和影響電阻率的因素有關,這些參數的變化即可導致“縮孔”產生的頻次和程度。

    ?在涂裝生產線上,在靜電高壓發生器之前,通常要加穩壓器,防止電壓不穩而導致靜電發生器工作狀態不穩。但無論從理論或實踐來看電壓的變化是緩慢的,一般的穩壓電源均可滿足生產需要;而恰恰相反,雖然電壓尚可保持不變,而電流卻時時在改變。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、局域電網電流的波動等。如車間同一電網上既連有固化爐,又連有大型沖床等頻繁通斷電的大功率設備,由于時通時斷進而導致電網電流的突變(電壓基本不變),從而影響到靜電高壓發生器內電流的突變,進而使噴槍電極針突發浪涌突躍放電,導致電暈放電,驟然強烈,使電暈區氣體放電瞬間產生高溫、高頻振蕩生成高速旋轉的等離子體“氣團球”。此時,噴槍相當于“氣團球”的發射源。這些攜有高能的粒徑大小不等的正離子球體,實際上相對于負離子來說就是“反離子球體”,瞬間在壓縮空氣輸送力和電場力的作用下飛速撞向正在涂裝中的工件(板面)表面而發生“空爆”形成“彈坑”-即所看到的“縮孔”,幾乎露底。特別是當接地不良、粉末電阻率高或噴粉層較厚時(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電荷相等的等離子體,帶負電的離子被吸附,而帶正電的氣體分子(反離子)則被正極(接地)排斥而被風吸走,這樣帶負電的粉末粒子便源源不斷地吸附到工件上,故平時帶正電的粒子(反離子)很難到達正極(工件)上,也就沖擊不了已涂覆粉末的工件;當涂層噴涂一定厚度時,正極被負電荷層所屏蔽,場強削弱,若此時一旦電流突變,就會使靜電高壓輸出強烈的電暈放電,使輸出空氣受到高頻振蕩形成微小正離子氣球團(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?? ? ?

    當涂層過厚時,粉層內含有大量負離子(正電荷來不及中和),其負電性極高,并且屏蔽(削弱)了正電性,使原電場強度減弱,從而使粉層吸引正電荷能力增強,而吸引負電荷能力減弱。假若恰在此時由于某種因素生成“反離子”氣團球,則由于它的表面正電荷密度高,自轉和前進速度快,無論內能還是動能均較大,此時同正極建立起臨時靜電場,其方向同槍針負極和工件(正極)所建的電場方向相反。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”產生的幾率增加。即使在正常涂裝生產情況下,該現象亦是經常發生,只不過是較輕,“反離子氣球團”甚至沒有到達工件表面就被原電場(即槍針對地電場)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,只有少數沒被燒掉落地而撞成隕石坑?!胺措x子氣球團”流能否沖擊工件就看原電場和次生電場力量均衡的結果。如果原電場力很大,“反離子氣球團”就不會到達(正極(工件);如因涂層過厚而削弱原電場強度,而增強了感生電場強度,因此而受到“反離子流”沖擊的幾率會增大。

    另外,返噴件的表面已涂覆一層較厚的漆膜,根據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,但負面作用也不易于釋放電荷。根據可知,減少,可以降低粒子的轉移速度和荷電量,使粉末粒子不至于受到強烈排斥而反彈,同時進一步提高了上粉效率;如果E很大,涂層會建立起“感生電場”,工件還沒涂覆很多粉末而負電荷密密度區很高,從而排斥了后來的荷負電的粉粒而難于吸附,只是粉層很薄。


    空氣的相對濕度?? ? ??

    并不是說涂層厚就一定產生“縮孔”。相對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,使粉層的負電荷能積不高。根據實際生產經驗,如果相對濕度低于40%,產生“縮孔”的幾率比較大。理想的濕度應是50%~65%,涂裝效果較好。


    接地不良?? ? ? ?

    接地不良的實質結果是回路電阻增大,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生“縮孔”的幾率增加。


    靜電高壓不穩?? ? ? ? ?

    高壓電纜接頭時接時斷,或限流電阻損壞,工件間斷等均可產生“縮孔”。


    控制“縮孔”產生的施措?? ??

    “反離子流”是粉末涂裝中產生“縮孔”的主要根源之一。以上已經闡明了影響“反離子流”沖擊的幾個主要影響因素。如何防止此類缺陷的產生?作者在生產實踐中總結了如下經驗,較為有效。

    ?(1)穩定電源電流,防止電流突變。在靜電發生器前面加穩壓器。在開始噴涂前10min打開靜電高壓發生器,對機內元件參數工作狀態提前預穩定。

    ?(2)控制環境濕度??s孔易產生于北方干燥的冬春季節,因此要控制好環境濕度。較佳的環境濕度應是50%~65%,環境濕度不宜太小,否則,應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,噴涂件要求連續懸掛,盡量使噴涂面積接近。

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


    結語 ? ? ? ?

    任何理論均來源于實踐,反過來又進一步指導實踐。本文從生產實際出發,提出了“反離子流沖擊”理論和“感生電場”理論,以此來解釋為什么靜電噴涂會產生“縮孔”和反噴件涂層厚、電壓高易產生“縮孔”的機理,并提出解決措施。這些措施在長時間的生產實踐中得到了驗證,是較為有效的和切合實際的方法。上述只是作者的一些粗淺的理論探索,將在實踐中發現的弊病現象上升到更深層次的理論去認識它,供涂裝界的同行們參考。至于這種理論是否正確,還有待于同行們在實踐中去驗證,對于正在發生此類涂裝弊病的企業會有益處的。


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