静电涂装的原理与分类

BMA004

静电涂装的原理与分类
一、 前言：
     在美国于1955年开始采用圆盘型自动静电涂装系统用于枪托、马桶座垫、椅子、床的零件等木制品涂装。在日本也于1966年开始使用升降机式圆盘型用于木制电视机共鸣箱的聚酯树脂涂料涂装。然后普及用于餐椅的酸硬化醇酸树脂(AMI-NOALKYD RESIN)涂料涂装、网球拍的真漆(腊卡)涂装等量产品涂装用圆盘型涂装机，现在估计约有200家工厂采用静电涂装系统，而成为量产木制品涂装的主流。由于静电涂装能大幅度节用涂料，可大大地减低制品成，在1945年则实用于金属制品的涂装，于1951年开发钟型，1953年则开发圆盘型涂装机，而在下记工业领域内普及静电涂装系统。即家用电气用品、汽车及其零件、机车及其零件、脚踏车及其零件、钢制家具、事务用器、农业用机器、建材(金属门窗框及门扉)、护轨、高压瓦斯容器、仪表壳等。除了如此静电涂装被采用多方面金属制品外，也适用于丙烯睛一丁二烯一苯乙烯树脂(ABS树脂)等各种树脂零件。可说静电涂装视为代表性工业涂装的一种方法。更且最近数年来开发普及超高速回转的圆盘型及钟型涂装机，由于这些机器具有高能力，所以也被采用于超高级耳漆涂装。
二、 静电涂装的原理与静电涂装机的分类。
(一)静电涂装的原理
    静电涂装乃是以接地被涂物为正电极，涂料雾化装装置为负电极，并将涂料雾化装置带高负电压，在二极间制成静电界，使雾化涂料粒子带负电，使涂料有效地被吸着于相反电极的被物面上的方法谓之静电涂装。那么为什么将被涂物作为正极而涂料雾化装置作成负极呢?乃因此相反时，其转移为火花放电较难而安全的缘故。为了实施静电涂装，被涂物的接地乃是重要必须条件，那被涂物必须为电气的良导体。木材通常被认为电气不良导体，但其含水率为8%以上时，则可实行静电涂装，而经验上也被确认。此乃因于通常的静电涂装，在正负二极间所流的电流值为20~50微安培(MICRO-AMPERE)，非常小，所以虽然是如木材般，电阻值较大的物体也可以实施静电涂装。惟在日本，冬季干燥期，木材含水率会降低至8%以下，因此涂料附着量显著地降低。如此场合，则使用水蒸气室通过木材，提高木材表面的含水率也为有效方法。
(二) 静电涂装机的分类
     1. 依涂料雾化方式分类
     从前则分类为静电雾化方式与机械的雾化方式之二种。所谓静电雾乃是如前述圆盘型，涂料带高压电而供给至圆盘中心，然后圆盘回转所产生离心力在圆盘表面扩展形成薄膜，而在圆盘缘边从液丝变成漆雾的方式谓之。另一机械的雾化则涂料的方式。不过因最近发明小径超高速圆盘或钟，所以依涂料的雾化方式的分类稍变复杂，笔者试图如下分类。则
    (1) 静电雾化方式 (低速回转雾化头型、刀刃式雾化头型)。
    (2) 离心力雾化方式(超高速回转雾化头型)。
    (3) 压气雾化方式。
    (4) 无气雾化方式。
    (5) 液压雾化一辅助气并用方式(无气一压气雾化方式)。
    2. 依涂料带电方式分类
     将涂料漆雾粒子赋与负电电荷一事，在静电涂装程序中，是一个重要一环。包含新机种，从这一面试了分类则如下：
     (1) 接触带电方式
     (2) 离子带电方式
注：上述接触带电方式的代表性机种则有回转雾化头型，而静电雾化方式、离心力雾化方式则属于此类方式。其它尚有喷漆枪型涂装机，在枪内部的涂料通路赋予高电压，然后予以机械的雾化者。离子带电方式则对枪尖端具有短针状电极的涂装机而言。将微粒化涂料所需的机械能与涂料开关”开 (ON)”，同时从高电压发生装置施加高电压于涂装机。如图2-(1)所示喷漆尖端电极的近傍，因有针状电极，所以电界极不均，而空气被强烈的离子化。然而在针状电极尖端附近，空气的绝缘局部已被破坏，而发生非常安定的辉光电晕(GLOW CORONA)持续放电。通常这电晕放电在少为黑暗室内则可以肉眼看得到，而是紫蓝色的放光光点。这部分为非常强烈离子化圈域，但实际有效的离子化圈域更大。如图2-(2)所示涂料粒子带负电，而向如图2-(3)所示电界方向飞翔而附着于被着物。压气雾化、无气雾化及无气一压气雾化方式则属于此方式。
3. 依静电涂装机的雾化头与高电压发生装置的关系位置而分类。
   迄至最近，一般高电压发生装置设置于涂装间外侧，距雾化头5公尺或10公尺位置为其常识，但最近则开发雾化头内脏于升电压机构或整流机构内的装置。而前者称为电力供给遥控型(POWER SUPPLY REMOTE TYPE)。后者则称为装内(PACK-IN)型。然而遥控型的电力供给则从大型湿式(内部使用绝缘油)逐渐转移小型干包(DRY-PACK)型(吏用成型树脂)。装内型则有变压型、高电压发生型(COCKCROFT)或谓之格栅(CASCADE)型、电气动力(EGD)型及涡轮发电型等。
  4. 其它分类
  有的分为自动式与手动式，或因并用机器人或自动升降机，而称为机器人用，升降机式等。这些分类方式被认为使用区分上的分类。
    静电涂装的功能
     有关静电涂装的优点，就成本管理、质量管理及生产管理(工程管理、交货期管理)的三个立场予以分析。
     (一) 从成本管理的立场而言：由于采用静电涂装，使用压气喷漆枪时，大幅度减少多余漆雾(OVER-SPRAY)或反跳(BLOW BACK)，显著节省涂料。举例(日本)说明，在木制碗碟柜的门框，实施聚酯树脂涂料涂装时，一年减少400000美元的涂料费。此乃由压气喷漆枪涂装改采用小径超高速回转型的升降机式圆盘涂装方式所得到的成果。涂料的减少可帮助涂装间内的清洁。所以虽然是间接功效，也可以减少为了维护、清扫所需的费用及时间。
      (二) 就质量管理上的立场而言：在静电涂装的喷雾漆形内，因被微粒化的涂料粒子带负电，所以互相排斥。此排斥作用带来漆形内粒子的分布更趋于均匀的效果，而产生减轻涂布不均的效果。因超高速回转型涂装机，其涂料粒子微粒化度高，粒径分布幅度亦小。所以可显著提高涂膜厚度的均一性。
     (三) 就生产管理上立场而言：减少由静电引力所产生的反跳或绕圈(LAP AROUND) 效果 (指因静电引力的作用多余漆雾附着于被涂物背面的现象而言)不仅是减少涂料秏用量，且可缩短涂装时间。尤其是使用雾化能力较大自动涂装机，其涂装速度则快。又能稳定生产且易于管理。(能涂材端、材边等面也是其大功能)
四、 静电涂装与安全
      (一) 目前估计在日本约有10000处以上的工厂实施静电涂装。其中20年以上常用静电涂装的工厂亦为数不少，且无伤害、无火灾。另一方面每年有数件火灾在某些工厂发生，据查其原因，多基于因长时间的使用而习惯，而疏忽基本的管理或处理而发生。木制家具工厂，其周围可燃物甚多。不仅需整齐整理、整顿被涂物、涂料、溶剂，并依照起动时的规定基准管理静电涂装机或喷漆间内外为要。他日伴随技术的进步，静电涂装机的安全性也会提高乃是事实。例如在涂装机与被涂物之间所流的电流大小产生异常时能高速检出，能快速遮断高电压及各种连锁(INTERLOCK)装置、自动安全装置等技术之开发。这些技术则弥补被认为管理上或处理上或操作上的不安全事项部分。
(二) 静电涂装时所发生火灾的原因则因涂装机种类、涂料性质、被涂物形状、运输方法或工厂环境等而异，而有多种原因。惟在手动式涂装机，因作业员或洗净用溶剂缸为绝缘状态，所以在电带而接地物接近时发生放电而所产生火灾者最多。又自动涂装机则因涂料皮管的绝缘被破坏而所产生火灾者最多。
安全对策
1. 静电涂装的事故的大部分则起因于应接地的未予接地，并形成绝缘状态，而带电者。在涂装间内的导电性物体须明确区分是高电压电位或是接地电位，除了应施加高电压者或部位以外，必须确实予以接地，这是第一原则。又定期确认应为接地电位为要，由此可防止大半的火灾事故。单纯地想，因涂装机有施加高电压，所以认为涂装机最危险，但最新涂装机均施予高度安全对策，所以因涂装机而发生事故者极少。
涂装时所有的一般有机溶剂的蒸汽浓度在爆炸限界时，能着火溶剂蒸汽的最小着火能量约为0.2mJ(2/10000焦耳)。他方人体的静电容量则为100pF左右。所以若人体成为2KV左右的电位，则具有0.2mJ的能量。若作业员未接地时，形成危险状态，由此可知，在静电界内保持人体未形成绝缘状态乃何等重要。
  下述依接地方式的安全对策：
  (1) 作业员须穿通电性鞋子(皮底鞋则有通电性)。
  (2) 充分清扫鞋底。
  (3) 涂装间内的导电性物体须确实予以接地。
  (4) 洗净用溶剂槽为固定式并确实予以接地。
  (5) 使用静电手提喷漆枪的作业员，必须以赤手操作喷漆枪。
  (6) 吊挂被涂物的吊架充分清扫，常保持被涂物为接地电位。(注意吊架的接点)
  (7) 涂装间内地面须经常保持为导电状态。
2. 使用及操作基本上止让发生形成火灾灾种的放电。被认为有带电的涂装机或涂料槽等，充分换气后实施接地，并使残留电荷逃逸后使用，则为补充涂料或洗净涂装间内时必须遵守事项。
下述使用及操作上要点。
(1) 涂装终了时(一时中断涂装时亦相同)，高电压必须关。洗净操作前确认有关高电压?
(2) 在使用导电性涂料(腊卡、醇酸树脂涂料多具有导电性)，并涂料供给系统从接地予以绝缘时，实施涂料补给于涂料槽，则首先实施涂料槽接地[此时必须开换气风扇，并在巨溶剂蒸气部分(例如涂料槽的外底部)予以接地。
(3) 若使用溶剂洗净绝缘材料的部分时，俟确认溶剂干燥后施加高电压。
(4) 定期清扫涂装机的涂料尘污染。
(5) 不得使用如会滞留溶剂蒸汽的涂装机污染防止被覆。
(6) 确实转紧或转妥高电压电缆或涂料皮管的松弛或脱落。
(7) 其它则熟謮使用说明书并彻底遵守。
3. 涂装机系统及附在设备
防止放电方法则在高电压施加中设联锁装置，以防止不必要的导电性物体及作业员进入于静宿界内。
涂装机系统及附带设备上的要点：
(1) 设操作上必要的足够锁装置。
(2) 需要顺序动作者，则使其不能规定顺序以外的操作。
(3) 设输送机、出入口门扉、给气排气、消防装置与涂机的适当联锁装置。
(4) 设安全栅栏或防止作业员进入装置。
(5) 使用较长吊架，减轻输送机与吊架的接触点。
(6) 采用自动洗净系统(自动涂装机)。
    (7) 为了万一，设自动消防装置。
    4. 静电涂装机的安全系统
       静电涂装机的安全系统可分为二大类。一为针状电极装设于喷漆枪尖端型式的涂装机，则以绝缘物制造涂装机本体，缩小针状电极的静电容量，将高电阻插入于电极傍并接续于高电压发生器。针状电极易于放电，随着接近接地物，其已施加高电压则迅速下降，其关系如下图3所示。若系电阻值高的涂料，则为安全性非常高的涂装机。图3则表示此类型的距离一电压、电流变化的例子。另一种则为静电雾化或离心力雾化方式涂装机，其电极容量极大，所以具有大着火能量。因此以原来状态使用甚危险，故装设所谓防止火花装置(SPARK GUARD)或过电流检查器等安全装置为其预防对策。即在产生火花放电之前，所通过高电压超出所设定的检查电流值，则自重遮断，而其安全度比前者(针状电极设于喷枪尖端的涂装机)较低些并被要求高性能化。然而检验电流值变di/dt及以超高速的高压遮断器使涂装机的残留电荷接地。并已开发如此非常安全系统，所以已到达能放心使用静电涂装机的境界。
影响空气静电喷涂效果的工艺条件
（1）喷枪相对位置：在多支喷枪同时操作的场所，使用时应注意其相对位置，应使喷出漆流互不干扰，避免同性电荷的漆雾相斥，尤其是对于喷中小型零件的场所。
（2）喷漆室风速：静电喷涂时喷漆室风速、排风量小于一般空气喷涂。风速为0.5-0.7m/s较宜。
（3）涂料的电阻：涂料的电性能直接影响静电雾化性及静电效果。电阻值过高带电困难，静电效果差；过小则易漏电，危害喷枪且不利于安全。各种规格不同的静电喷枪均有其特定的电阻值范围，可结合现场试验及喷枪供应商建议而确定。
（4）涂料的粘度：静电喷涂用涂料施工粘度一般较空气喷涂略低，以利于提高雾化效果，使漆雾易于沿电力线方向环抱沉积。
（5）空气压力：在相同的管道输漆系统条件下，空气静电喷枪所需压力低于普通空气喷枪。过高空气压力一方面会影响涡轮发电机的正常工作，另一方面也影响了静电效果。
（6）输漆压力：与普通空气喷枪相比，静电喷枪喷涂所需漆压也略低。
空气静电喷枪喷涂工艺的初步探讨
静电喷涂工艺已越来越广泛的用于机械行业，尤其是汽车制造行业。它以其极高的涂料利用率、高效的涂装生产率、优异的涂装质量和废漆、废漆雾的大幅度的减少及对环抱危害的降低愈加倍受人们的青睐。按静电雾化器的外形和安装方式的不同，静电喷涂设备可分为固定式和手工移动式两大类。对于一条新涂装生产线的设计及部分一定规模的旧生产线改造，往往以前者居多，但对于原设计规模较小、涂装作业场地较拥挤的旧生产线，手提式静电喷枪则以其灵活、轻便、不占作业场地和对外形复杂工件及凹陷部分的均匀涂装独占优势。本文以空气静电喷枪在生产线上的批量试用情况对该工艺进行初步的探讨。
1、喷涂工具及使用
    喷涂工具为GRACO产PRO3500型空气静电喷枪，它是由枪柄、枪管、扳机、=空气帽组件、各管路、气路系统等部件组成。该种喷枪已在我国诸家汽车、摩托车制造厂批量使用，具有一定的实用性和代表性，其静电原理为由压缩空气带动内藏式涡轮发电机经不断放大整流而成6.5X104V高压直流电，使漆液粒子带电并进一步雾化而进行静电涂装。空气静电喷枪与普通空气喷枪外部结构的区别除了喷嘴部位的电极针外，还装有一个用于排除涡轮发电机多余废气并冷却发电机的排气管。此外，它的空气管可导电，用于喷枪系统可*接地。在使用时必须注意的是，作为安全保证程序，在进行检查、维修、安装、清洗及中断喷涂作业时，必须进行卸压，即关闭静电开关，切断空气和涂料供应，扣动扳机，向可*接地物释放残余的涂料和空气。此外，空气静电喷枪的维护保养也十分重要，清洗溶剂必须为非导电性溶剂，导电性溶剂会造成喷枪失灵；也不允许将喷枪浸泡在溶剂中，否则易造成短路和静电效果下降。
2、安全规范和安全检查
    静电喷涂最需要特别注意的问题是安全，为此，国家专门颁布了相关安全标准。对于PRO3500型及其他同类空气静电喷枪，每次使用前还需要采取以下安全措施及安全检查。
（1）喷枪系统安全：必须系统安全接地，枪身对地电阻小于1-2兆欧。
（2）人体安全：操作者及所有进入作业区的人员必须穿导电鞋，操作者不允许戴绝缘手套，人体对地电阻小于1-2兆欧。
（3）工件状态：地链小车或导轨可*接地，与工件呈点或线接触，工件对地电阻小于2兆欧，否则直接影响静电效果，甚至是漆舞回抱于操作者。
（4）作业区安全：作业区内所有可燃液体必须放在安全接地的容器中，所有导电体应接地。
（5）操作保证：所有操作者必须经过培训，可以安全使用静电喷涂系统，且掌握卸压技术。
3、工艺条件及操作
  与普通空气喷涂相比，以下工艺条件直接影响涂装效果：
（1）喷枪相对位置：在多支喷枪同时操作的场所，使用时应注意其相对位置，应使喷出漆流互不干扰，避免同性电荷的漆雾相斥，尤其是对于喷中小型零件的场所。
（2）喷漆室风速：静电喷涂时喷漆室风速、排风量小于一般空气喷涂。一方面静电喷涂本身漆雾、溶剂挥发量小，不需要过高排风量，另一方面，风速过大，直接影响漆雾在电场中的吸附力而影响静电效果。对于一般空气静电喷枪，建议风速为0.5-0.7m/s。
（3）涂料的电阻：涂料的电性能直接影响静电雾化性及静电效果。电阻值过高带电困难，静电效果差；过小则易漏电，危害喷枪且不利于安全。各种规格不同的静电喷枪均有其特定的电阻值范围，可结合现场试验及喷枪供应商建议而确定。
（4）涂料的粘度：静电喷涂用涂料施工粘度一般较空气喷涂略低，以利于提高雾化效果，使漆雾易于沿电力线方向环抱沉积。
（5）空气压力：在相同的管道输漆系统条件下，空气静电喷枪所需压力低于普通空气喷枪。过高空气压力一方面会影响涡轮发电机的正常工作，另一方面也影响了静电效果。
（6）输漆压力：与普通空气喷枪相比，静电喷枪喷涂所需漆压也略低。
4、涂装效果
  与普通空气喷涂相比，空气静电喷枪喷涂具有以下优点：
（1）厚度提高且均匀：在操作方法基本相同的条件下，由于静电吸附作用，空气静电喷涂涂膜厚度略高于空气喷涂（约3-5þum），且由于环抱效果，对工件转角、凹陷等部位易于上漆，涂膜更加均匀，不易于造成漏喷。
（2）良好的流平性，由于湿膜平整、均匀，在适当的粘度、温湿度等条件下，漆膜易于流平，桔皮明显减轻，漆膜更加平整
（3）鲜映性：由于桔皮等外观缺陷的减少，直接提高了漆膜的鲜映性。
（4）光泽：光泽略有改善（约1%），对于内表面、转角等难上漆部位，光泽提高更加明显。

sorlin

本人准备去现场看看
谢谢提供这些资料

jfz68886

这些资料好像是翻译的的吧？不过很详细，学习了