【摘要】介紹并探討在靜電噴涂中影響死角上粉率的各種因素，提出了調(diào)整粉末配方和噴涂工藝的具體工藝措施，有效地提高了粉末在靜電噴涂中死角的上粉率，為減弱粉末涂裝過程中的法拉第籠效應(yīng)屏蔽提供一種可能性。
粉末涂料具有較高的生產(chǎn)效率優(yōu)異的涂膜性能，良好的生態(tài)環(huán)保性和突出的經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)，受到市場(chǎng)的廣泛青睞.
在生產(chǎn)中，設(shè)備廠家通過對(duì)靜電設(shè)備噴槍的改良和設(shè)備技改提高死角上粉率。工件死角上粉率看似非常簡(jiǎn)單的問題，即讓經(jīng)過靜電噴槍的粉末附著在復(fù)雜折彎工件的凹面處，然而做到這一點(diǎn)非常困難。實(shí)際生產(chǎn)中工件形狀更為復(fù)雜，需要采用多把噴槍進(jìn)行噴涂。因此粉末在噴涂過程中，必需克服各種不利因素，減弱法拉第籠屏蔽效應(yīng)，使凹槽區(qū)域得到有效涂裝即提高死角上粉率。本文著重研究高壓靜電噴槍在電暈放電噴涂過程中如何改善工件折彎凹槽內(nèi)部金屬死角上粉情況。
影響粉末死角上粉率的因素有很多，其中的兩個(gè)主要理論因素，分別是粉末的帶電效應(yīng)和法拉第籠屏蔽效應(yīng)。
1.1粉末帶電效應(yīng)
粉末的帶電效應(yīng)決定粉末自身所帶的電荷q0，影響粉末粒子在接地表面的工件上的沉積率。噴涂粉末受電場(chǎng)力作用，粒子到達(dá)工件表面后，帶電顆粒緩慢消散電荷，表面逐步形成次生電場(chǎng)，粉末在電場(chǎng)作用下，沉積在工件表面，當(dāng)粉末達(dá)到一定厚度，電場(chǎng)逐漸減弱，粉末上粉率變差。所以工件表面涂層厚度受顆粒平均電荷和涂膜厚度的影響。由此可推斷粉末的帶電效應(yīng)是影響死角上粉的重要因素。
在一定時(shí)間內(nèi)，粉末沉積顆粒所帶平均電荷是表面電阻系數(shù)的函數(shù)?？梢姺勰┑纳戏鄢练e率與粉末的電阻率有較強(qiáng)的內(nèi)在聯(lián)系，在試驗(yàn)中降低電阻率，有利于粉末帶電，提高死角上粉率。
1.2法拉第籠效應(yīng)
粉末噴涂到工件表面，普通電暈噴槍釋放的強(qiáng)電場(chǎng)具有十分突出的優(yōu)勢(shì)，整個(gè)表面上粉率好，但當(dāng)工件表面帶有深凹坑或溝槽時(shí)，往往會(huì)碰到法拉第籠效應(yīng)，見圖1，噴涂的粉末粒子會(huì)集中在電力線阻位較低處(即這些凹陷部位的邊緣處)，因?yàn)檫吘壧巿?chǎng)強(qiáng)增加，直接導(dǎo)致粉末粒子朝邊緣處運(yùn)動(dòng)，這些地方的粉未沉積明顯，粉末很難到達(dá)凹槽內(nèi)，這就是我們平常所說的法拉第籠效應(yīng)。
理論上講，當(dāng)邊緣處涂上厚厚的粉末層，其他粉粒便不能再在該處沉積時(shí)，唯一的去處就只能是進(jìn)入深凹的底部。真實(shí)情況并非如此，實(shí)踐例子證明，粉末無法到達(dá)工件凹槽底部，因?yàn)槠湟?，由于粉粒被電?chǎng)強(qiáng)力地推向法拉第籠的邊緣，因而只有很少的粉粒有機(jī)會(huì)進(jìn)人凹陷部位。其二，由電暈放電產(chǎn)生的自由粒子會(huì)沿電力線走向工件的邊緣處，使已有的涂層迅速被多余的電荷所飽和，以致反向離子化十分強(qiáng)烈，形成凹槽真空，內(nèi)部不帶電，無法沉積粉末粒子，所以死角上粉難。
2、試驗(yàn)方法
原有評(píng)判粉末死角上粉率好壞與否在工業(yè)生產(chǎn)中，粉末企業(yè)只是根據(jù)客戶反饋信息，說上粉率好還是不好，然后進(jìn)行配方調(diào)整。粉末廠家自身沒有一個(gè)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，這對(duì)我們配方的改善是不利的。本項(xiàng)目擬設(shè)立一個(gè)專門的實(shí)驗(yàn)程序，對(duì)粉末死角上粉率進(jìn)行體系評(píng)價(jià)。
死角上粉率測(cè)定：
實(shí)驗(yàn)器材：實(shí)驗(yàn)室高壓靜電噴槍；鋁板；夾子：電子天平；實(shí)驗(yàn)粉末涂料。
試驗(yàn)方法：使用一個(gè)專門設(shè)計(jì)的鋁板，進(jìn)行死角上粉率的測(cè)試試驗(yàn)，鋁板中央凹槽深3cm，寬3cm，如圖2所示。
噴涂前用夾子將3條鋁片（寬3cm，長(zhǎng)和鋁板相同）分別固定在相應(yīng)部位，兩條位于槽外，一條位于槽底壁上，然后在固定風(fēng)量，電壓下根據(jù)試驗(yàn)噴涂定量粉末。3條鋁片在噴涂前、后分別稱質(zhì)量、以測(cè)定粉末沉積量。通過槽內(nèi)底壁粉末沉積量minternal與槽外兩條鋁片上粉末量平均值mouter進(jìn)行比較，就能測(cè)出死角上粉率：
3、解決粉末死角上粉率的措施
電性的，主要包括樹脂，填料和助劑的調(diào)配，這三方面是影響粉末在噴涂上粉率的重要因素。
實(shí)驗(yàn)室聚酯粉末涂料試驗(yàn)配方篩選及涂膜性能分析見表1、表2。
3.1材料
粉末涂料主要由環(huán)氧，聚酯樹脂等高分子化合物組成，這些化合物有較高的介電常數(shù)，因而在電場(chǎng)中受到的電場(chǎng)力作用強(qiáng)，如果在配方中只用純樹脂，上粉率好。但由于價(jià)格成本高一般不采用此種方式，粉末廠家為自身市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要，降低材料成本添加填料控制合適的顏基比，其中添加粒徑細(xì)的填料，在試驗(yàn)中，如超細(xì)硫酸鋇，可提高死角上粉率。
3.2帶電助劑
現(xiàn)在粉末廠家基本是通過在粉末配方中外加帶電助劑來實(shí)現(xiàn)粉末死角上粉率的提高。主要分為兩種，增電劑和抗靜電劑。增電劑主要成份為帶電基團(tuán)的有機(jī)胺鹽，提高噴涂時(shí)粉末粒子的帶電量，并將工件表面的電荷及時(shí)泄漏掉，提高死角上粉率，從而克服了靜電屏蔽效應(yīng)。
抗靜電劑不同于一般的胺類帶電劑，使粉末具有很好的摩擦帶電性能。它自身的帶電官能團(tuán)在粉末噴涂中能捕捉電離場(chǎng)中負(fù)離子帶上負(fù)電電荷，減弱凹槽死角等部位法拉第籠效應(yīng)電力線作用，這時(shí)帶有較多電荷的粉末粒子就能靠自身的力量到達(dá)工件表面，改善死角上粉。
根據(jù)試驗(yàn)配方5對(duì)帶電助劑進(jìn)行優(yōu)選，結(jié)果顯示，添加0.1%-0.6%的有機(jī)銨鹽助劑，能有效地降低粉末電阻率，增加粉末帶電效應(yīng)，提高粉末死角上粉率。
3.3粉末后混助劑的研究
粉末經(jīng)ACM主、副磨的轉(zhuǎn)速，和冷風(fēng)系統(tǒng)，得到的粉末粒徑正態(tài)分布集中、峰值合適。但粒徑本身很細(xì)，自身的流動(dòng)性很弱，不利于粉末帶電性，影響粉末的死角上粉率。提高粉末顆粒帶電性，需要在擠出和粉碎過程中加人氣相二氧化硅或氧化鋁。例如加入一定量的氣相二氧化硅和氧化鋁c，能夠有效提高粉末帶電性，并增加粉末流動(dòng)性。
添加氣相金屬氧化物，如配方7，在噴涂中最能有效地克服法拉第籠效應(yīng)，密度更小的膠體二氧化硅附著在粉末顆粒表面，增強(qiáng)原有粉末粒子的帶電性，有利于穿透法拉第籠效應(yīng)區(qū)域，死角上粉率更好。
氣相二氧化硅是蓬松高純度無定形白色粉末，按極性分為親水性和疏水性兩類。根據(jù)實(shí)踐生產(chǎn)選用疏水性的氣相二氧化硅，可改善粉末的帶正電荷性，提高死角上粉率，效果顯著。疏水性氣相二氧化硅應(yīng)用效果最好的是贏創(chuàng)的AEROSIL972，在試驗(yàn)過程中干混添加0.1%一1.0%，即可達(dá)到較好的死角上粉率效果。
此外，干混助劑氣相二氧化硅有助于提高粉末的貯存穩(wěn)定性、降低吸潮性、增加邊角覆蓋效果。在粉末涂料中添加合適粒徑的氧化鋁C同樣也能提高粉末死角上粉率，效果也比較明顯。
4、提高粉末死角上粉率的工藝研究
4.1粉末電阻率與死角上粉率關(guān)系
噴涂粉末顆粒的電阻率，決定了沉積在工件表而顆粒的電荷消散速率。表面電阻系數(shù)高的顆粒在死角處能夠較長(zhǎng)時(shí)間保留他們的原始電荷，而表面電阻系數(shù)較低的顆粒很快就消散了他們的表面電荷。當(dāng)表面電荷高時(shí)，電效應(yīng)強(qiáng)烈，法拉第籠效應(yīng)表現(xiàn)強(qiáng)烈，粉末在噴涂中不易到達(dá)死角。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)將表面電阻率為1.5×106Ω·m的粉末噴涂在實(shí)驗(yàn)基材上時(shí)，死角出現(xiàn)裸露金屬。當(dāng)經(jīng)過改進(jìn)實(shí)驗(yàn)配方，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)粉末電阻率<2x104Ω.m時(shí)，粉末易噴涂到工件上，并且死角上粉率好，但如果電阻率太低（如＜6x102Ω.m）。死角上粉率雖好，但容易出現(xiàn)邊角積粉，涂層固化會(huì)出現(xiàn)較厚的波紋橘皮，影響涂層美觀。為了得到適宜的涂層，附著力和死角上粉率，粒子表面的電阻率應(yīng)該保持在103~104Ω.m范圍內(nèi)。
4.2電壓與工件噴涂距離關(guān)系
粉體在噴涂時(shí)電壓要適當(dāng)，將粉體噴涂出槍口并且呈松散狀態(tài)，有利于粉末帶電。粉末涂料噴涂電壓一般保持在50-90kV，不同電壓下，上粉率都隨噴涂距離的增加而下降.在實(shí)驗(yàn)室噴涂折彎工件過程中，試驗(yàn)初期，死角上粉率一直不好，認(rèn)為推近噴槍與工件的距離，可以減少法拉第籠效應(yīng)提高死角上粉率，然而這是一種錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)。
噴槍與工件距離越近，到達(dá)工件表面的電流就越強(qiáng).當(dāng)噴槍靠近工件表面試圖將粉末推入法拉第籠效應(yīng)區(qū)域時(shí)，隨著距離增進(jìn)，空間電流增大，工件表面單位面積內(nèi)的自由離子密度大大增加，反電離作用提前發(fā)生，反而無助于工件死角上粉率。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室經(jīng)驗(yàn)，調(diào)節(jié)合適的電壓60-70kV，根據(jù)工件折彎度的不同，適當(dāng)調(diào)節(jié)噴槍與工件的距離，并且保持在10-15cm之間，可促進(jìn)粉末向法拉第籠效應(yīng)區(qū)域滲透，使粉末沉積在死角處，提高死角上粉率。
4.3粒徑與死角上粉率關(guān)系
粉末涂料的材料大部分都是高絕緣性能材料，一定粒徑粉末粒子一旦帶上電就很難消失，且粉末的電陽率也較大?，F(xiàn)在普通粉末廠家一般都控制粒徑在35一45微米，這一粒徑范圍的粉末在電場(chǎng)中的上粉率較好。理論研究表明，粉末粒子的帶電量與粉末粒徑的平方成反比.粒徑較粗的粒子帶電強(qiáng)度大，更容易透過法拉第屏蔽效應(yīng)區(qū)域，沉積在工件表面死角上粉率好。粉末粒徑偏細(xì)，帶電量小，在電場(chǎng)中要克服粉末重力，空氣動(dòng)力等不利因素影響，死角上粉困難。
本項(xiàng)目試驗(yàn)結(jié)果顯示，能較好克服法拉第效應(yīng)促進(jìn)死角上粉的粉末粒徑宜控制在25-35微米范圍之內(nèi)。細(xì)粒徑(≤10微米)控制在8%以下，超細(xì)粉一般不帶電，噴涂過程中主要受空氣氣流的影響。粗粒徑(≥70微米)控制在3%以下，能夠有效地避免凹槽邊沿的厚涂問題，克服粉末在未達(dá)到工件表面掉落或者粒徑較細(xì)的粉末被吸走等不利因素，實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果表明死角上粉率檢驗(yàn)值能達(dá)到R≥0.7以上。
5、結(jié)語
探討粉末死角上粉率時(shí)，有多種因素共同作用，要將內(nèi)在和外在因素加以區(qū)分。外在因素包括被涂工件彎角大小與形狀，客戶噴粉系統(tǒng)，噴粉施工人員等，這些因素也影響死角上粉率，是不可忽略的因素。
本文討論的是粉末配方凋整和噴涂工藝中的可操作因素，屬于內(nèi)在因素。隨著粉末研發(fā)和生產(chǎn)技術(shù)的不斷改進(jìn)，可以有效地避免死角上粉率差問題，但不能完全解決上述問題，只有對(duì)以上可變因素進(jìn)行適宜調(diào)整，綜合實(shí)現(xiàn)粉末噴涂死角上粉率預(yù)期目標(biāo)。
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