粉末涂料涂装过程中产生缩孔的理论研究

摘要：介绍了“缩孔”产生的原因及其影响因素，提出“反离子流冲击”理论和“感生电场”理论。

关键词：缩孔；反离子流；电流突变；感生电场

    1、引言

    粉末涂料自20世纪70年代末被广泛推广应用以来，在我国已有3O余年生产和施工的历史。在粉末施工过程中出现了许多问题，“缩孔”是粉末涂料涂装过程中常见的漆膜弊病之一。究竟是怎样产生“缩孔”的？应如何避免？现在普遍认为是工件或压缩空气中有油而导致的“缩孔”，作者认为有很深的理论问题亟待探索。在涂装生产过程中发现，无论压缩空气还是工件前处理的质量均能够满足涂装要求，但仍出现缩孔，按照传统理论对前处理及压缩空气的除油设备进行彻底检查和整改，起色不大。另外一种说法是粉末生产过程中混进了油，但通过试验发现并非如此。作者产生了质疑，进而进行了理论探讨，提出了“反离子流冲击”理论和“感生电场”理论，对“缩孔”产生的原因作了详尽的解释，列出了产生“缩孔”的各种影响因素，并提出了解决措施。使“缩孔”这一缺陷得到了最大程度的控制，并取得了良好的经济效益。

    2、产生“缩孔”原因的探讨

    2.1 粉末的荷电过程

    由静电学可知，带电的孤立导体表面电荷的分布与表面曲率半径有关，曲率最大处(即表面最尖锐的地方）的电荷密度最大（见图1），附近空间的电场强度也最大，当电场强度达到足以使周围气体产生电离时，导体的尖端就会放电。如果是负高压放电，离开导体的电子将被强电场加速，使之与空气分子碰撞，使空气分子电离产生正离子和电子。新生的电子又被加速碰撞，使空气分子形成一个“电子雪崩”过程。电子的质量很小，当它冲出电离区域后，很快就被比它重得多的气体分子吸引，气体分子成为游离状态的负离子。这种负离子在电场力的作用下奔向正极，在电离层处产生一层晕光，即所谓晕光放电，当粉末通过电晕外围时，就会受到奔向正极的负离子碰撞而充电。

    大多数工业用粉末涂料是结构复杂的高分子绝缘体，只有当粉末表面存在适合接受电荷的位置时，负离子才能吸附到粉粒表面的这个部位上。对于负离子来说，这个部位可以是粉末组成中的正电荷杂质或组成中的位能坑，也可以是纯机械性的。但不论哪种机理造成的吸附，对离子来说在每个粉粒上的沉积并不容易。粉粒的表面电阻很高，电荷不会因导电而重新分布，所以表面电荷分布是不均匀的。

金属尖端部位电荷密度较大示意

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    2.2 粉末的吸附过程

    涂料微粒由于电晕放电在电极附近带上了负电荷。当粉末微粒刚离开枪口时，靠压缩空气输送力吹出，当接近工件（正极）时，靠电场力的导引，使涂料牢牢地吸附在工件上。一般只需经过几秒就可使涂层厚度达到50～100μm。粉层达到一定厚度的同时，表面贮存一层很厚的负电荷屏蔽层，致使后来的负电粒子被排斥回去，涂层不再增厚。至此完成了涂覆过程。

    2.3“反离子流”冲击产生的“缩孔”

    在现实粉末涂装过程中，经常会在漆膜表面产生“缩孔”，其形状像火山口的小凹坑；发生密度时而稀疏时而集中；发生频次偶尔或连续。

    很多文献资料均认为，压缩空气中的油或在粉末涂料生产和涂装过程中混进了油而产生了“缩孔”。在生产实践中，作者发现产生“缩孔”的原因很多也很复杂，传统的混油理论并不能涵盖全部，认为同静电高压电流输出的稳定性以及粉末的电阻率和影响电阻率的因素有关，这些参数的变化即可导致“缩孔”产生的频次和程度。

    在涂装生产线上，在静电高压发生器之前，通常要加稳压器，防止电压不稳而导致静电发生器工作状态不稳。但无论从理论或实践来看电压的变化是缓慢的，一般的稳压电源均可满足生产需要；而恰恰相反，虽然电压尚可保持不变，而电流却时时在改变。影响因素很多，如工件面积的改变、枪距的改变、喷粉量的改变、局域电网电流的波动等。如车间同一电网上既连有固化炉，又连有大型冲床等频繁通断电的大功率设备，由于时通时断进而导致电网电流的突变（电压基本不变），从而影响到静电高压发生器内电流的突变，进而使喷枪电极针突发浪涌突跃放电，导致电晕放电，骤然强烈，使电晕区气体放电瞬间产生高温、高频振荡生成高速旋转的等离子体“气团球”。此时，喷枪相当于“气团球”的发射源。这些携有高能的粒径大小不等的正离子球体，实际上相对于负离子来说就是“反离子球体”，瞬间在压缩空气输送力和电场力的作用下飞速撞向正在涂装中的工件（板面）表面而发生“空爆”形成“弹坑”－即所看到的“缩孔”，几乎露底。特别是当接地不良、粉末电阻率高或喷粉层较厚时（包括漆膜较厚的返喷件），遭到这种“反离子流”冲击的几率更高。