静电喷涂的原理

高压静电喷涂设备喷涂中高压静电由高压静电发生器提供。喷枪工作原理以电晕放电理论为主。静电喷枪口的高压放电针与高压发生器输出的负高压相连接，空气雾化的粉末涂料从枪口喷出。由于放电针端部产生电晕放电使其周围空间存在大量自由电子。当粉末通过该区域时吸收电子而成为带负电荷的粉末颗粒，它在空气推力和电场力作用下奔向带正电的接地工件并吸附其表面。这种粉末能持久吸附于工件表面而不掉落下来。但用毛刷或压缩空气可将粉末清除。下面我们以电晕充电理论为重点进行讨论。

（1）电晕：静电学理论告诉我们，带电的孤立导体表面电荷的分布是和表面曲率半经有关的，曲率最大的地方（即最尖锐的地方）电荷密度最大，其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，导体的尖端产生放电，如果是负高压放电，那么离开导体的电子将被强电场加速，它与空气分子碰撞，使空气分子电离而产生正离子和电子，新生的电子又被加速碰撞空气分子，从而形成电子雪崩过程。正离子奔向负极性的放电针，接受电子还原成中性分子。这种电离现象仅发生在电极针周围。电子质量很轻，当它冲击电离区域后，很快就被比它重得多的气体分子吸收，气体分子变成了游离状态的负离子，这种负离子在电场力作用下奔向正极，在电离层处产生一层晕光，这就是所谓的电晕放电。当粉末通过电晕外围区域时，会与奔向正极的负离子发生碰撞而充电。

理论上讲，正负电晕都可用于粉末充电。但实践中静电喷涂大多采用负电晕，因为正电晕产生偶发火花击穿的电压比负电晕的电压偏低，它所能得到的电晕电流也相对小一些，因而充电效率要低一些。

（2）粉末的充电：大多数工业用粉末涂料都是结构复杂的高分子绝缘材料。只有当粉粒表面存在能接受电荷的位置时，负离子才能吸附到粉粒表面。对负离子来说，粉末表面的接受点可以是粉末组成中的正电性杂质或位能坑。离子的吸收也可以是纯机械性的。但不论是哪种机理造成的吸附，对离子来说在每个粉粒上的有效沉积并不是容易的，粉粒的高电阻率本身对有效充电就是一种限制。

假定粉粒表面的所有区域都充电。那么离子碰撞粉粒表面的运动在粉粒的电势等于周围环境电势时将立即终止。这是因为图中的电场E是由粉粒表面电荷产生的，它是粉粒和周围环境之间的界面电场。随着累积电荷的增加，E值也将同步增加。当E达到某个值时，离子不能再附着于粉粒表面，这时粉粒积累的表面电荷即为最大表面电荷量。

上面分析的是粉末粒子在负电晕下的充电，如果是正电晕充电，其带电特性和由Pauthenier公式求得的最大表面电荷仍然是有效的。只是粉末粒子在电离区域内的电晕充电方式与负电晕充电有所不同。由于电极上施加了正高压，电子将从中性空气分子被剥离而产生正离子，同时电子很快被电极收集。正离子向接地工件移动，与粉末微粒碰撞充电，使粉末成为带正电的微粒。国内外学者对上述粉末粒子的两种电晕充电机理作了不少研究。但是对于每一个粉粒表面的吸收机理和离子附着机理还尚未十分清楚。

（3）粉末的吸附：带负电荷的粉末在静电场中沿着电力线飞向工件，粉末均匀地吸附于正极的工件表面；B为第二阶段，工件对粉末的吸引力大于工件表面积累的粉末对随后沉积粉末的排斥力，工件表面继续积累粉末；C为第三阶段，随着粉末沉积层的不断加厚，粉层对飞来的粉粒排斥力增大，当工件对粉末的吸引力与粉层对粉末的排斥力相等时，工件将不再吸附飞来的带电粉末。

在运用高压静电喷涂设备喷涂时，吸附在工件表面的粉末经加热后，就使原来“松散”堆积在表面的固体颗粒熔融流平固化成均匀、连续、平整、光滑的涂膜。广泛应用于汽车、摩托车、家电、电气、机械、仪器仪表、暖气片、防盗门、管道、阀门、家具、厨具、建材、货架、灯具、灭火器、粮油机械、加油机等众多领域。