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静电粉末涂装作业的常见问题及解决方法

发布时间:2018-10-23人气:22

1 涂层杂质 常见杂质主要来源于喷粉环境中的颗粒,以及其他各种因素引起的杂质,现概括如下。 1.1 固化炉内杂质。解决方法是用湿布和吸尘器彻底清洁固化炉的内壁,重点是悬挂链和风管缝隙处。如果是黑色大颗粒杂质就需要检查送风管滤网是否有破损处,有则及时更换。 1.2 喷粉室内杂质。主要是灰尘、衣物纤维、设备磨粒和喷粉系统积垢。解决方法是每天开工前使用压缩空气吹扫喷粉系统,用湿布和吸尘器彻底清洁喷粉设备和喷粉室。 1.3 悬挂链杂质。主要是悬挂链挡油板和一次吊具接水盘(材质为热镀锌板)被前处理酸、碱蒸气腐蚀后的产物。解决方法是定期清理这些设施 1.4 粉末杂质。主要是粉末添加剂过多、颜料分散不均、粉末受挤压造成的粉点等。解决方法是提高粉末质量,改进粉末储运方式。 1.5 前处理杂质。主要是磷化渣引起的大颗粒杂质和磷化膜黄锈引起的成片小杂质。解决方法是及时清理磷化槽和喷淋管路内积渣,控制好磷化槽液浓度和比例。 1.6 水质杂质。主要是前处理所使用的水中含砂量、含盐量过大引起的杂质。解决方法是增加水过滤器,使用纯水做为最后两级清洗水。 2 涂层缩孔 2.1 前处理除油不净或者除油后水洗不净造成表面活性剂残留而引起的缩孔。解决方法是控制好预脱脂槽、脱脂槽液的浓度和比例,减少工件带油量以及强化水洗效果。 2.2 水质含油量过大而引起的缩孔。解决方法是增加进水过滤器,防止供水泵漏油。 2.3 压缩空气含水量过大而引起的缩孔。解决方法是及时排放压缩空气冷凝水。 2.4 粉末受潮而引起的缩孔。解决方法是改善粉末储运条件,增加除湿机以保证回收粉末及时使用 2.5 悬挂链上油污被空调风吹落到工件上而引起的缩孔。解决方法是改变空调送风口位置和方向。 2.6 混粉而引起的缩孔。解决方法是换粉时彻底清理喷粉系统 3 涂层色差 3.1 粉末颜料分布不均匀引起的色差。解决的方法是提高粉末质量,保证粉末的L、a、b相差不大而且正负统一。 3.2 固化温度不同引起的色差。解决方法是控制好设定温度和输送链速度,以保持工件固化温度和时间的一致性和稳定性。 3.3 涂层厚薄不均匀引起的色差。解决方法是调整好喷粉工艺参数和保证喷粉设备运行良好以确保涂层厚度均匀一致 4 涂层附着力差 4.1 前处理水洗不彻底造成工件上残留脱脂剂、铬化渣或者水洗槽被碱液污染而引起的附着力差。解决方法是加强水洗,调整好脱脂工艺参数以及防止脱脂液进入磷化后的水洗槽。 4.2 磷化膜发黄、发花或者局部无磷化膜而引起的附着力差。解决方法是调整好磷化槽液浓度和比例,提高磷化温度。 4.3 工件边角水分烘干不净而引起的附着力差。解决方法是提高烘干温度 4.4 固化温度不够而引起的涂层大面积附着力差。解决方法是提高固化温度 4.5 深井水含油量、含盐量过大而引起的附着力差。解决方法是增加进水过滤器,使用纯水做为最后2道清洗水。总之,粉末静电喷涂技术及其应用方法还有很多,在实践中需要灵活运用。 5 粉末涂层桔皮 5.1 粉末涂料桔皮外观的判断方法: (1)目测法 在此测试中,样板置于双管荧光灯下。通过适当放置样板可获得样板的反射光源。定性分析反射光的清晰度就可以从视觉上评估流动和流平性质。在流动性差(桔皮)情况下,两个荧光灯管看起来模糊,不清晰,而高流动性产品则可获得清晰的反射。 (2)“外形测量法” 在此方法中,通过高灵敏探针的偏移来记录表面形状。由此可快速区别由缩孔、针孔或脏污物引起的粗糙、桔皮以及流动不佳引起  5.2 避免桔皮的发生 在新设备制造涂装中,涂层外观变得越来越重要。因此,涂料工业的主要目标之一是根据用户的最终要求使涂料性能达到最佳,这其中也包括表面外观满意。表面状况通过颜色、光泽、雾影度和表面结构等因素影响视觉效果。光泽和映象清晰度常用于控制涂层的外观。然而即使用对光泽度很高的涂膜,其表面的波动度也影响着整个涂膜的外观,同时认为光泽测量也控制不了波动的视觉效果,这种效应也被称为“桔皮”。 桔皮或微波动是尺寸大小在0.1mm~10mm之间的波纹状结构。在高光泽的涂层表面,人们可看到波状、明暗相间的区域。可以区分两种不同等级的波动:长波动,也称为桔皮,这是间隔达2~3距离上能观察到的波动;另一种叫短波动或微波动,这是间距约50cm处观察到的波动。 要指出的是有时为了遮盖底材的表面缺陷或者获得特殊的涂层表面外观,而有目的的设计一定的波动度或波纹结构。 因此,“桔皮”可定义为“高光泽表面的波状结构”,其使漆层表面产生斑纹、未流平的视觉外观。 粉末涂料涂膜的视觉外观(光泽、雾影度、流平桔皮)的控制非常重要,特别是在不同埸合喷涂的部件组装时。 影响粉末涂料中涂膜流动和外观的因素: 在工业涂料中、粉末涂料在制备和成膜过程中的相变化是独特的。由于缺乏溶剂来润湿和提高涂膜流动性,导致粉末涂料比液体涂料更难去除表面缺陷。虽然两者的主要组份类似,但相比于液体涂料、热固性的粉末涂料立足于十分不同的机理。 粉末涂料是无溶剂的均一体系。在制备过程中,颜料和其它组份通过熔融混合被分散和部分包裹于低分子固体树脂中。粉末涂料使用是通过空气把粉末传送到底材上(粉末悬浮于空气中),再通过电荷使之附着于底材上。在预定的温度下加热,使粉末颗粒熔化、聚集在一起(聚结),流动(成膜),接着流平,这期间通过一个有粘性的液态阶段润湿表面),最后化学交联形成高分子量的涂膜,这就是粉末涂料的成膜过程。 粉末涂料的桔皮问题 影响涂膜流动和外观的因素: 成膜过程可分为熔融聚结,形成涂膜,流平三个阶段,在给定温度下,控制熔融聚结速度最重要的因素是树脂的熔点、熔融态粉末颗粒的粘度以及粉末颗粒的大小。为了使流动效果最佳,熔融聚结应当尽可能快地完成,以便有较长时间来完成流平阶段。固化剂的使用缩短了可供流动和流平所需的时间,因而那些极为活性的粉末形成的涂膜常呈现桔皮。 影响涂膜流动和流平的关键因素是树脂的熔融粘度、体系的表面张力和膜厚。转而,熔融粘度尤其取决于固化温度、固化速度和升温速率。 以上提及的种种因素,连同粒径分布和膜厚,通常由所要求的涂膜性能、被涂物件和粉末施工条件等所决定。 粉末喷涂时流动和流平的动力来自体系的表面张力,这一点前面也曾经提到。该作用力同施加到涂膜上的分子间引力相反,其结果导致如熔融粘度越高,则对抗流动和流平的阻力越大。因此,表面张力和分子间引力之间的差值大小决定着涂膜流平的程度。 对于流动性很好的涂料,显然,该体系的表面张力应尽可能高,且熔融粘度尽可能低。这些可通过加入能提高体系表面张力的助剂和使用低分子量低熔点的树脂来实现。 根据以上条件制备的涂料能具有极好的流动性,但是由于其高的表面张力会导致缩孔,同时由于较低的熔融粘度会产生流挂,且边角涂覆性差。实际工作中,体系的表面张力和熔融粘度都控制在特定范围内,这样可得到合格的涂膜表面外观。 表面张力和熔融粘度对涂膜流动的影响见图2.图中可以看到,太低的表面张力或太高的熔融粘度会阻止涂膜流动,导致涂膜流动性差,而表面张力太高时成膜过程中会出现缩孔。熔融粘度太低会使粉末的物理贮存稳定性变差,施工时边角涂覆性差,且施工于立面时产生流挂。 综上所述,很明显,得到的粉末涂料涂膜最后的表面状况、缺陷和不足(如桔皮,流动性差,缩孔,针孔等)是相互密切关联的,同时也被在成膜过程中参与相变的流变力所控制。 粉末颗粒大小分布状况也影响着涂膜的表面外观。颗粒越小,由于其热容较大颗粒的低,因此其熔化时间比大颗粒的短,聚结也较快,形成涂膜的表面外观较好。而大的粉末颗粒熔化时间比小颗粒的长,形成的涂膜就可能会产生桔皮效应。粉末静电施工方法(电晕放电或摩擦放电)也是导致桔皮形成的一个因素。 怎样减小或避免桔皮效应 促进流动和流平能减少或避免桔皮。体系使用较低的熔融粘度、固化过程中延长流平时间以及较高的表面张力可提高流动和流平性。控制表面张力梯度是减少桔皮的重要参数,同时还要控制涂膜表面的表面张力均匀,以获得最小的表面积。 实际工作中常使用流动促进剂或流平剂来改善涂膜外观,以消除桔皮、缩孔、针孔等表面缺陷。性能好的流动促进剂能降低熔融粘度,从而有助于熔融混合和颜料分散,提高底材的润湿性,涂层的流动流平,有助于消除表面缺陷以及便于空气的释放。应考察流动改性剂用量与效果的关系。其用量不足会导致缩孔和桔皮,而用量过多又会导致失光、雾影,并产生对上层重涂附着力的问题。通常,流动改性剂在预混时加入。它们或做成树脂的母料(树脂和该添加剂的比为9/1~8/2),或者以粉末状吸附在无机载体上。粉末涂料中该添加剂的用量为0.5~1.5%(在以基料计算的有效聚合物中),但是在浓度较低时可能效果也不错。流动改性剂中聚丙烯酸酯系树脂应用最广,如聚丙烯酸丁酯(“Acronal4F”)、丙烯酸乙酯-丙烯酸乙基己酯共聚物和丙烯酸丁酯-丙烯酸己酯共聚物等。它们可在浓度很宽的范围内使用。一般聚丙烯酸酯对表面张力影响很小,它们能有助于涂层形成比较恒定的均匀表面。同那些使表面张力降低的添加剂(如硅氧烷等)相比,它们不会降低表面张力,因此可用来加速流平。降低表面张力的添加剂包括表面活性剂、氟化烷基酯以及硅氧烷等。它们对加入量的多少非常敏感。安息香是一种脱气剂,也有降低表面张力的效果,被广泛用于改善粉末涂料涂膜的表面外观。 6 涂层中有气泡 原因:粉末中含有挥发性的物质和水。,工件表面有水,压缩空气中有油或水 方法:加强粉末的保管,防潮,烘干工件的表面水份。对压缩空气进行除油,除水 7 涂层出现针孔,凹膜 原因 涂层过厚,造成静电排斥,喷枪距工件太近,造成打火击穿,工件表面有油脂和水份,粉末含水量大,压缩空气中含有油或水,工件本身有针孔, 8 涂层厚度不均 粉末喷涂速度不均,压缩空气不稳定,供粉装置流化效果不好,输送链的速度不稳。粉末受潮结困而导致的流化效果好。 9 涂层流挂 成因 涂层太厚,升温太快,固化温度太高,烘烤固化前涂层不均匀, 10 涂层光泽不良,变色 粉末耐耐热性能差,固化温度过高或时间过长,喷粉与固化工序时间间隔太长,前处理脱质不净,供粉和喷粉系统,回收系统等清理不净,混入其它品种或颜色的粉末   Powder Spraying Coating Process of High Quality Home Appliances 王海松  王德斌  李治东(青岛美尔塑料粉末有限公司) 摘要:分析总结了家电粉末喷涂中的两个主要缺陷—杂质和缩孔的主要形成原因及解决办法。 1 前言 随着人民生活水平的不断提高,家用电器的种类和花样日新月异,相应对粉末喷涂的质量提出了更高的要求。杂质和缩孔是困扰粉末喷涂质量最严重的问题。根据海尔集团多年来在家电生产和粉末喷涂中的经验,我们总结了解决杂质和缩孔问题的一些卓有成效的办法。 2 缺陷分析 2.1 杂质 (1)粉痘 粉痘的产生主要源于粉末涂料中超微粉含量过高(即10μm以下超细粉的体积分数超过10%),影响了粉末颗粒在静电场中的荷电性能(荷电率和荷质比)和运动性能(大颗粒粉末粒子的运动主要是由电场力决定的,而小颗粒粉末受空气动力和粘性阻力的影响程度较大)。10μm以下的超细粉含量较多时,涂装效率将严重下降。由于超细粉比表面积大,粘结力强,粉末很容易结团,在正常的流化气压下不容易分散开。粉末小团在输送过程中会捕捉一定量的摩擦电荷,并在与粉管壁的摩擦中产生粉团的热量积聚,导致粉体熔融粘附在粉管内壁上(这个现象称之为撞击熔融,容易发生的部位是喷枪的进料管和喷嘴),从而影响出粉的均匀性和稳定性,甚至造成堵枪等问题。另一种情况是,粉末小团块随着其它粉末粒子一起被喷涂到工件表面就会形成颗粒。笔者2005年底在海尔热水器喷涂现场就遇到过此问题。当时热水器使用的涂装设备是诺信的自动喷涂线,喷涂白色的户内粉末。当时因订单量大,连续生产中回收舱内积存了大量的超细粉,回收粉与新粉混合后再喷涂时,热水器外壳上便出现了小粉点,白色粉点固化后在涂膜表面留下暗黄色的小斑点,严重影响生产质量和效率。经过停线对粉房进行彻底清理并换用新粉后,问题得到了解决。图1和表1说明了超细粉与新粉之间的差别。 表1  回收粉和新粉的粒径分布差异 颗粒直径,μm 体积分数,% 新粉 回收粉 1.0 1.66 1.44 2.0 2.61 2.81 5.0 3.86 6.66 10.0 7.13 14.6 25.0 27.4 35.5 50.0 67.2 59.2 75.0 89.1 79.9 90.0 95.6 89.3   图1回收粉和新粉的粒径分布差异 点击此处查看全部新闻图片      实践经验告诉我们,当小于10μm的超细粉体积分数超过10%时,粉末的流化、喷涂性能将极大地下降。所以要定期对喷粉房进行清理。 (2)前处理液含有泥渣、锈渣 对于表面有锈迹、焊渣的金属件,前处理过程一般是,预脱脂—>水清洗—>酸洗—>水清洗—>中和—>表调—>磷化—>水清洗—>烘干,处理结束后工件从槽液中取出,完成除油(或除锈)磷化等目的。很多生产厂家容易忽视的一个问题就在于:长时间生产之后,只知道补充磷化液,却不经常换水。这就使得工件在前处理完之后表面依然残留有一些稀酸液、泥渣、锈渣等。这些杂质在烘干后会粘附在工件表面,从而影响喷涂质量。比较科学的处理办法是在水洗后面加一道流水冲刷工序(即可以是普通的自来水冲洗+人工擦刷,也可以使用高压水冲刷)。此工序的水可以循环利用,但一定是流水,目的在于不让杂质留在工件表面。工件烘干之后再进行人工气吹、擦拭,使之在进入喷粉室之前将工件表面的杂质彻底清理干净。  (3)经过前处理磷化烘干后二次生锈 磷化过程包括化学反应与电化学反应。不同磷化体系、不同基材的磷化反应机理有所不同。虽然科学家在这方面已做过大量研究,但至今仍未完全清楚。当今学者们比较赞同的观点是磷化成膜过程主要由以下4个步骤组成 •酸侵蚀使基体金属表面H+浓度降低    Fe - 2e → Fe2+    2H+ + 2e → H2↑    …………………………………….(1) •使用促进剂(氧化剂)加速界面H+浓度的进一步降低    [氧化剂] + [H] → [还原产物] + H2O    Fe2+ + [氧化剂] → Fe3+ + [还原产物]   ………………(2) 由于促进剂氧化掉第一步反应所产生的氢原子,加快了反应(1)的速度,进一步导致金属表面H+浓度的急剧下降,同时也将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+。 •磷酸根的多级离解 H3PO4 → H2PO4- + H+ → HPO42- + 2H+→ PO43- + 3H+ 金属表面H+的浓度急剧下降导致磷酸根各级离解平衡向右移动,最终离解出PO43-。 •磷酸盐沉淀结晶为磷化膜 当金属表面离解出的PO43-与溶液中(金属界面)的金属离子(如Zn2+、Mn2+、Ca2+、Fe2+)达到浓度积常数Ksp时,就会形成磷酸盐沉淀。磷酸盐沉淀结晶成为磷化膜。 2 Zn2+ + Fe2+ + 2 PO43- + H2O→ZnFe(PO4)2 •4H2O↓……(4) 3 Zn2+  + 2 PO43- + 4H2O → Zn3(PO4)2 • 4H2O↓…………(5) 磷酸盐沉淀与水分子一起形成磷化晶核,晶核继续长大成为磷化晶粒,无数个晶粒紧密堆集形成磷化膜。随着生产的进行,磷化药剂不断消耗,使槽液总酸度降低,酸比变小,成膜速度减慢。此刻需要及时补充磷化液,如果不及时补充磷化液,就可能导致磷化膜过薄或者无法磷化成膜。工件在烘干后产生锈蚀,严重的根本无法进行喷涂。笔者在热水器的喷粉现场还遇到这样一个问题:生产线正在生产热水器圆筒,圆筒喷粉固化后外筒壁上总是能看到在白色涂膜下面有一道暗淡的灰色痕迹,像水流过的痕迹,这种缺陷相当明显。出现问题后我们立即对前处理线进行排查,结果发现在前处理出口处有一处存在滴水现象。滴下的水落在热水器外壳上向下流动形成一道水痕。在进入烘干炉后挂水的部分发生锈蚀,我们称之为二次生锈。二次生锈使涂膜的附着力大大下降并影响美观。若有水残留在工件表面,则工件烘干过程中很容易发生二次锈蚀(磷化膜存在孔隙),所以现在工件在磷化之后进入烘干炉之前,都要加上一道气吹工序,避免工件表面留下水迹引发二次锈蚀。在前处理质量要求较高时,我们需要在磷化之后加上一道钝化工艺来防止二次锈蚀,即运用氧化剂处理工件借此封闭磷化膜孔隙,从而极大地提高工件的耐蚀性。 (4)链条掉渣 有些客户的悬挂链上没有加油器,或添加的不是耐高温的润滑油,链条在运行过程中会发生摩擦,使链条上的锈渣或漆皮之类的杂质掉落到工件表面形成黑色杂质。 (5)粉房封闭性差 粉房封闭性差将导致杂质飘入粉末中,使涂膜产生杂质,影响外观。 (6)粉末本身有杂质 粉末本身在生产过程中由于胶化等原因引入了颗粒性杂质。遇到这种情况应该立即联系厂家换粉。  2.2 缩孔 2.2.1 缩孔的产生 当液滴处于不受力场影响的自由空间时,界面张力的作用将使液滴呈圆球状。但是当液滴与固体平面接触时,其最终形状取决于液滴内部的内聚力和液滴与固体表面之间的粘附力相对大小。当液滴放置在固体平面上时,液滴能自动地在固体表面铺展开来,或以与固体表面成一定接触角的液滴存在,如图2所示。 假定不同界面间的作用力用界面方向的界面张力来表示,则当液滴在固体平面处于平衡位置时,这些界面张力在水平方向上的分力之和应等于零,即    (1)     式中γS/A、γL/A、γS/L 分别为固-气、液-气和固-液之间的界面张力;θ为液/固界面与液体表面的切线所夹(包含液体)的角度,称为接触角(Contact Angle),θ在0~180°之间。接触角是反应物质与液体润湿性关系的重要尺度,θ=90°可作为润湿与不润湿的界限,θ<90°时可润湿,θ>90°时不润湿。缩孔可以近似地理解为涂膜固化过程中,涂料杂质与涂膜之间的接触角θ>90°不润湿,所以两相之间产生了明显的界面,导致缩孔的形成。换言之,如果涂膜中存在杂质,但杂质与涂膜之间的接触角θ<90°,此时两相之间润湿,就不会形成缩孔。所以形成缩孔的两个必要条件是,有低熔(沸)点杂质物质存在;以及杂质与涂膜之间的接触角θ>90°。   图2 液滴的接触角 点击此处查看全部新闻图片 2.2.2  缩孔的形状 曲液面下的液体或气体均受到一个附加压力△P的作用,附加压力的方向总是指向曲率半径中心;由上述分析我们知道缩孔一般呈圆形,原因在于张力方向是从界面处指向几何中心,只有圆形的张力最小。 缩孔的形成归结到一点,就是低表面张力物质的存在引起体系不相容所造成的。缩孔的产生实际上是一种物理过程,当粉末中混有某种挥发性或者低熔(沸)点物质时,在升温固化过程中,这类物质也随粉末熔化,由于两种物质之间存在张力差,张力方向又指向几何中心,所以熔化的物质在液态粉层上收缩成球形。当进一步升温时杂质挥发,粉末交联固化,进而留下一个圆坑(形成缩孔)。 2.2.3产生缩孔的因素 (1)粉末生产过程中进水、油或其它物质 涂膜的表面特征是缩孔均匀分布,表面形态为细小圆坑或者细小针眼。有些粉厂在生产粉末涂料的过程中使用一些受潮的原材料(以树脂为主),或者是比较脏的树脂。由此生产的粉末涂料产品喷涂后就可能产生细小的缩孔 (2)磷化后水洗不净 笔者今年初在武汉冷柜事业部遇到此种问题。柜机外壳喷涂固化后有圆圈状缩孔。缩孔比较浅,不露底,面积较大。经检查发现喷粉线已有半年时间没有清理过前处理槽,最后一道纯水洗的水体表面有大量泡沫。当即令其停线清理,更换新的纯水,缩孔问题得到解决。反思此次涂装事故的关键在于涂装线长时间使运行后发生了串槽问题,在彻底清理检修后生产恢复了正常。 (3)外界污染物进入粉房或固化炉 这是由含硅类脱模剂、防水剂、橡胶粉末等低表面张力物质造成的。低表面张力的污染物严重了影响涂料的表面性能。因此在喷涂过程中尽量避免低表面张力物质混入涂料中,如油污、水汽、硅油等。2006年10月顺德海尔洗衣机厂出现大批量缩孔事故,我们首先排查了磷化工序,将磷化液和纯水重新更换后问题没有解决,然后排查压缩空气干燥系统,增加了空气过滤器,更换硅胶干燥剂,缩孔仍然没有彻底解决,时有时无,没有规律可言。最后我们排查了周围环境,喷粉线北面有一个注塑车间,并发现喷粉室内的排气系统与注塑车间相通,在关闭该排气系统后缩孔消失,说明注塑用脱模剂也会引发涂膜缩孔。 (4)生产过程中混进了其他类型的粉末 大家知道,混合型粉末对纯聚酯粉末有污染,含硅粉末对其他粉末有污染。如果喷涂过程中其它类型的粉末涂料混入正在喷涂的粉末中,就可能造成涂膜缩孔。 3 结语 家电粉末喷涂属高档粉末喷涂,在表面质量上有严格的要求。根据分析,前处理的质量和喷粉环境条件是决定粉末喷涂表面质量的决定因素。所以解决生产中涂膜质量问题应首先分析这两个生产条件是否符合喷涂要求。 粉末涂装产生缩孔的理论研究 2007/10/17/07:49  来源:Specialchem    朱长海(吉林科龙电器股份有限公司,吉林吉林 132105) 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。   图1 金属尖端部位电荷密度较大示意 点击此处查看全部新闻图片 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。 前已述及粉末的荷电及吸附过程。从枪口喷出的气体和粉末均是带正负电荷相等的等离子体,带负电的离子被吸附,而带正电的气体分子(反离子)则被正极(接地)排斥而被风吸走,这样带负电的粉末粒子便源源不断地吸附到工件上,故平时带正电的粒子(反离子)很难到达正极(工件)上,也就冲击不了已涂覆粉末的工件;当涂层喷涂一定厚度时,正极被负电荷层所屏蔽,场强削弱,若此时一旦电流突变,就会使静电高压输出强烈的电晕放电,使输出空气受到高频振荡形成微小正离子气球团(即反离子气球),于是,便飞速奔向正极(接地)并克服微弱的排斥力而撞击工件表面,因而形成“缩孔”。 2.4 引发“反离子流”的其他几个重要因素 除上述电流突变而引发“反离子流”冲击导致缩孔的主要因素外,以下几项仍是“缩孔”产生的重要条件。 2.4.1 涂层过厚或返喷件易遭反离子流冲击 当涂层过厚时,粉层内含有大量负离子(正电荷来不及中和),其负电性极高,并且屏蔽(削弱)了正电性, 使原电场强度减弱,从而使粉层吸引正电荷能力增强,而吸引负电荷能力减弱。假若恰在此时由于某种因素生成“反离子”气团球,则由于它的表面正电荷密度高,自转和前进速度快,无论内能还是动能均较大,此时同正极建立起临时静电场,其方向同枪针负极和工件(正极)所建的电场方向相反。于是,这种“反离子”球由于异性电荷的吸引而迅速撞击工件的表面(见图2),从而使“缩孔”产生的几率增加。即使在正常涂装生产情况下,该现象亦是经常发生,只不过是较轻,“反离子气球团”甚至没有到达工件表面就被原电场(即枪针对地电场)排斥掉而已。就像流星那样,在没有撞击地球前就在大气层因燃烧而化掉一样,只有少数没被烧掉落地而撞成陨石坑。“反离子气球团”流能否冲击工件就看原电场和次生电场力量均衡的结果。如果原电场力 很大,“反离子气球团”就不会到达(正极(工件);如因 涂层过厚而削弱原电场强度,而增强了感生电场强度,因此而受到“反离子流”冲击的几率会增大。   图2 原电场与次生电场建立示意 点击此处查看全部新闻图片 另外,返喷件的表面已涂覆一层较厚的漆膜,根据电阻率与所施电压曲线(见图3)可知,较高的电阻率有利于荷电,但负面作用也不易于释放电荷。根据可知,减少 ,可以降低粒子的转移速度和荷电量,使粉末粒子不至于受到强烈排斥而反弹,同时进一步提高了上粉效率;如果E很大,涂层会建立起“感生电场”,工件还没涂覆很多粉末而负电荷密密度区很高,从而排斥了后来的荷负电的粉粒而难于吸附,只是粉层很薄。   图3 电压与电阻率关系 点击此处查看全部新闻图片 2.4.2 空气的相对湿度 并不是说涂层厚就一定产生“缩孔”。相对湿度较高的空气可以降低粉末的电阻率,水分含量过大可消耗部分电荷,使粉层的负电荷能积不高。根据实际生产经验,如果相对湿度低于40%,产生“缩孔”的几率比较大。理想的湿度应是50%~65%,涂装效果较好。 2.4.3 接地不良 接地不良的实质结果是回路电阻增大,使工件难以涂覆。涂后正极电荷中和能力变差,易累积电荷而致使产生“缩孔”的几率增加。 2.4.4 静电高压不稳 高压电缆接头时接时断,或限流电阻损坏,工件间断等均可产生“缩孔”。 3、控制“缩孔”产生的施措 “反离子流”是粉末涂装中产生“缩孔”的主要根源之一。以上已经阐明了影响“反离子流”冲击的几个主要影响因素。如何防止此类缺陷的产生?作者在生产实践中总结了如下经验,较为有效。 (1) 稳定电源电流,防止电流突变。在静电发生器前面加稳压器。在开始喷涂前10min打开静电高压发生器,对机内元件参数工作状态提前预稳定。 (2) 控制环境湿度。缩孔易产生于北方干燥的冬春季节,因此要控制好环境湿度。较佳的环境湿度应是50%~65%,环境湿度不宜太小,否则,应在喷房周围洒水增湿。 (3) 尽量降低电压/电流涂装。在满足涂装质量要求的前提下控制在工艺下限。为了减少电流突变,喷涂件要求连续悬挂,尽量使喷涂面积接近。 (4) 加强接地。必须使高压回零接地;轨道同高压回零接地,将此两回零线同对外大地公共接线连接在一起,接地电阻不大于5Ω。其他设备亦应同大地相接,以利消散电荷。 4、结语 任何理论均来源于实践,反过来又进一步指导实践。本文从生产实际出发,提出了“反离子流冲击”理论和“感生电场”理论,以此来解释为什么静电喷涂会产生“缩孔”和反喷件涂层厚、电压高易产生“缩孔”的机理,并提出解决措施。这些措施在长时间的生产实践中得到了验证,是较为有效的和切合实际的方法。上述只是作者的一些粗浅的理论探索,将在实践中发现的弊病现象上升到更深层次的理论去认识它,供涂装界的同行们参考。至于这种理论是否正确,还有待于同行们在实践中去验证,对于正在发生此类涂装弊病的企业会有益处的。

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