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静电喷涂——给复杂环境中的航空部件穿上一层防护衣


随着现代航空工业的高速发展,保持航空器持续在规定的适航管理条列下,尽可能的恢复、保持甚至延长飞机的使用寿命,保证飞行安全,最大限度提高利用率是每一个业界不竭的动力!俗话说“打铁还得靠本身硬”,需要具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点的高性能材料在航空产业链中备受关注。考虑到飞机的空中应用环境极为复杂,为避免机身的各种合金、复合材料和电子设备被潮湿空气腐蚀、风化等,降低了飞行气动性能,防腐蚀应用成为工业生产维护的焦点。


我们生活中的家具较为普遍的就是在设备表面涂上一层非金属保护层,如油漆、涂料、树脂等。一般采用粉刷或喷涂方法进行操作,但均存在效率低、浪费油漆和严重影响人体健康等缺点。针对这些劣势所在,自20世纪60年代发展起来的静电喷涂成为一种新型的涂装方法,并在生产实践中成为应用最广泛的技术之一。

   

静电涂装的基本组成包括静电发生器、喷具、塑料软管、油漆罐(压力罐)、被喷工件等组成。


高频高压静电发生器供给喷漆用的高电压低电流,通过喷枪的极针或喷杯产生强大的电场;油漆罐盛装油漆,并通过压缩空气将油漆输送到喷枪;塑料软管特点是轻便、耐油漆,用于输送压缩空气和油漆;喷枪喷漆时油漆雾化并将高频高压静电发生器输送来的高压电通过喷枪的极针或旋杯,在喷枪与被喷工件之间形成电场。


静电喷涂是根据电泳的物理现象。以接地工件作为阳极,涂料雾化器作为阴极并接上负高压(60—100KV),两极之间会产生高压静电场,并在阴极上产生电晕放电。当涂料以一定的方式雾化喷出后,高速进入强电场中使得涂料粒子带上负电,并定向地流向带正电荷的工件表面,被中和沉积成一层均匀附着牢固的薄膜的过程。


环包效应是静电喷涂中不仅喷涂物直接面对一面,而且其他几个面都有这样一种喷涂效应,当经过目标表面的涂料粒子被静电力吸引到物体时便产生了环包效应。


静电喷涂从喷涂方式上可以分为空气/液压雾化式喷涂和旋杯/离心雾化式喷涂两种;按照喷嘴的不同特点可以分为直射式喷嘴静电喷涂、Y型喷嘴静电喷涂、靶式喷嘴静电喷涂等;按照涂料性质的不同可以分为固体粉末静电喷涂和液体雾化静电喷涂。粉末静电喷涂广泛应用于板材表面的涂装中,可以按照不同液体自身的特点将静电涂油、静电涂漆等技术运用在工业生产之中。在这里我们主要讨论空气雾化式喷涂和旋杯雾化式喷涂。


空气雾化式喷枪和普通压缩空气喷枪外观上相似,整个喷枪除手柄、喷漆嘴和极针为金属外,其它全部为尼龙制品,负高压就接通在喷漆嘴和极针上,油漆在压缩空气的作用下,呈雾化状态,由喷漆嘴喷出,直至喷漆嘴口及极针处,电场的油漆雾化粒子又受到不均匀强电场的分裂作用,而进一步的雾化并带电,成为离子漆粒群。在电场力压缩空气喷射力同时作用下,向导极性工件表面吸附中和,形成空气雾化式静电喷涂。

       

离心式静电喷涂是利用一个具有锐利边缘高速旋转的金属杯,并在旋杯轴上接通负高压静电,在旋杯的内壁,,油漆由于旋转受离心力的作用,向四周扩散而抹成均匀的薄膜状态,并向旋杯口流甩,流甩至旋杯口的油漆,又受到强电场力的分裂作用,进一步雾化为油漆微粒子。同时,油漆微粒也获得了电荷,成为负电荷漆粒,在电场力的作用下漆粒子群迅速向导极性工件吸附中和,于是油漆便均匀地牢固吸附在工件表面上,这样就形成了离心静电喷涂。


我们知道空气喷涂是利用压缩空气的气流,流过喷枪喷嘴孔形成负压,负压使漆料从吸管吸入,经喷嘴喷出,形成漆雾,漆雾喷身到被涂饰零部件表面上形成均匀的漆膜。虽然是油漆涂装采用得比较广泛的一种涂饰工艺。但静电喷涂与之相比,显得略甚一筹:

   

1、用时短、省人力。由于静电喷涂通过特有的低压雾化方式向雾施加高压静电以令其带电,产生静电作用,由于带电的涂料粒子几乎全部附着,因此可以大幅度提高涂着效率。  


2、降低成本、节约资源。静电喷涂提高了喷涂效率,减少飞溅的涂料,也节约了涂料成本。


3、质量可靠、环保卫生。通过对喷枪的配置和喷涂参数的调节,可以获得均匀、平整、光滑、丰满的涂层,提高涂层的防护和装饰效果;空气喷涂漆雾飞溅严重,作业环境很差。而静电喷涂产生的漆雾飞溅很少,不仅减低涂料消耗和废弃物排放,并且在喷漆室中进行,劳动条件改善许多。


4、不适于非导体工件,并对涂料的电性能要求高。静电喷涂对塑料、木材、橡胶、玻璃等非导体工件时,需要经过特殊处理使之导电后,才能进行静电喷涂,否则不适用。


5、存在高压火花放电危险。静电喷涂是在高压下进行作业,当工件晃动或因操作不当造成极间距离过近时,会引起高压火花打火,严重时发生火灾危险。


6、存在尖端效应。由于静电场会对抗凹部分产生屏蔽,形成涂层较薄,一般要用手工补喷来弥补缺陷。


喷涂工序作为静电喷涂工艺的核心工序,喷涂的选用将直接影响喷涂的成品表面质量,究其根本影响静电喷涂效果的因素有:

 

1、涂料的导电率。使用的涂料的电阻率需要控制在一个稳定的范围内,比如7至20兆欧范围内的电阻通常是最适合静电喷涂工艺的。当电阻低于下限时静电有效率会降低,推荐使用高导电静电枪进行喷涂;电阻高于上限时,静电有效率也会降低,通常是采取加入或更换导电性更好的溶剂使电阻降到一定范围。


2、被喷涂物的导电性和接地情况 。在实际生产中会由于金属工件挂件上易附着涂料,越积越厚造成挂件与工件连接点处导电不良产生接地效果不好的现象,间接影响喷涂效果。

3、周围空气湿度。空气潮湿、温度过高或者压缩空气中水分过多都会使涂料潮湿或结块,出粉量不均匀,造成涂层厚度不均,表面产生麻点、起皮、针孔、气泡、疙瘩等现象,这也是目前很多机械行业质量问题的所在。


4、被喷物的形状大小。通常对于大面积的工件作业来说,静电喷涂是比较合适的选择,施工人员可以选择多台静电枪同时喷涂。当遇到有凸凹小结构时,静电场会产生屏蔽,还得需要手工来操作。


5、喷嘴的选择。喷嘴是静电喷涂设备当中一个重要的组成部分,喷嘴的选用依据;喷嘴类型、喷雾角度、流量、压力、覆盖范围、冲击力、粘度、温度、材质、安装形式等。对于不同的工件喷涂工作,在选择喷嘴类型的时候,需要综合考虑各因素,才能得到优质的预处理效果。


6、涂料粒子的雾化程度。由于喷漆工艺的多变性、复杂性,要求在调漆阶段必须将油漆调整到适宜喷涂的最佳状态。在调油漆时一般使用两种或两种以上的油漆搭配使用,以达到施工性能和价格的平衡。选用的组合溶剂必需能够相容于要使用的油漆,其次要通过溶剂配比达到施工所需的油漆粘度、电阻、溶剂蒸发速率等。


7、喷涂电压的选择。喷涂电压要根据型材的形状及装饰面要求适当作调整,在确保足够涂布率的前提下,避免电压过高,以免出现喷涂不均匀现象。如果施工时气压稍低,油漆的雾化效果会较差,油漆在喷涂过程中会沉降跌落较多,从而油漆的利用率会降低,造成浪费;相反如果太高,雾化严重,会有过多油漆飞到环境中。

8、喷涂操作人员的技能。喷涂关键环节要求操作人员按照操作流程来进行作业, 喷粉过程应及时检查粉房出口处型材表面的喷粉效果,如有露底、吐粉、桔皮、电击痕等,应立即吹掉粉末,重新调整喷涂工艺再喷涂。换颜色时一定将管道、喷枪、粉房内部清理干净,并检查粉泵、枪嘴、导电环、电极针等零部件磨损情况以便及时更换。


喷漆过程更应严格谨慎,油漆使用前要先过滤,以保证无杂质,新油漆及自调颜色油漆必须先试喷,颜色确认合格才可批量生产。装饰面槽位、角位必须用手喷枪补漆,以不露底为准。喷漆时随时检查表面情况,稍有异常应立即调整。


由于接地是静电安全的关键因素,也就意味着静电喷涂设备采用内置式样安全静电发生器,尽量选择无外接电缆;通过导电的空气软管接地。操作员需要远离带电物体;将喷涂区域内的所有导电物体接地;设备用完后关闭电源并选择放电;不随意将设备放入溶剂中清洗,并有必要经常检查设备接地情况等。

静电喷涂技术已经有50多年的发展历史,随着其技术在各行各业的广泛应用,已经开发出由计算机控制的能复杂运转的自动喷涂装置、机器人携带的静电喷涂装置等。随着在静电喷涂中对静电雾化技术的不断探索,先后研究了静电喷墨技术、静电农药喷洒技术、电喷雾电离质谱技术、悬浮体溶液的静电调制技术等。研究液体或粉末状固体的试验原理和雾化机理也成为静电喷涂技术的研究重点,我们还可将研究进行辅助完善:  


1、研究合适的喷涂介质和喷涂器械。针对不同的喷涂对象选择合适的固体或液体喷涂介质,而针对不同的喷涂介质又要研究出不同的喷头或喷嘴形状,所以良好的喷涂介质和喷涂器械是保证优越的喷涂技术的前提条件。    


2、加强静电喷涂中试验原理和现象的研究。采取先进的试验手段和试验方法,对喷涂微粒的厚度、均匀性、沉积效率等主要雾化指标进行测量,为喷涂技术提供微测试技术。


3、完善静电喷涂技术的工艺流程,使得喷涂作业线简单、高效,同时确定最佳的喷涂效果参数,如电压、喷涂距离、喷涂介质的流量等,这样从宏观上对研究静电喷涂技术大有裨益。


静电喷涂技术的应用我们生活中比比皆是。就喷涂介质来讲,不论是粉末静电喷涂还是液体静电喷涂,其基本原理是一致的。在研究静电喷涂技术的时候,要理论联系实践,得出不同介质喷涂的最佳效果。同时要将喷涂技术同静电除尘、静电雾化燃烧等技术结合起来,互相借鉴,互相补充。

   

随着研究的不断深入和技术的不断完善和进步,相信在不久的将来,静电喷涂技术一定会变成更加成熟的实用技术,满足社会的需要。不仅对我国现代化建设发展意义深远,而且还可大量节约国家能源,保护资源,减少污染,减少灾害隐患,提高社会,经济和环境效益的有效途径。新的防腐蚀技术不断涌现,也加速了我国腐蚀科学知识的普及。


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