粉末静电喷涂技术及设备的发展与应用
本文总结了粉末静电喷涂的原理特点和发展过程，重点分析了静电喷涂设备在不同领域的应用功效以及相应的技术特点。
1 粉末静电喷涂的工作原理与特点
1.1粉末静电喷涂的工作原理
粉末静电喷枪是实现喷涂作业的重要工具，通过使用喷枪将粉末涂料喷涂到工件表面。具体的工作原理是：静电粉末喷枪与高压静电发生器相连，当喷枪电极接通高压静电后，赋予喷枪端部较高电压，由喷枪端部针状电极的电晕放电，使空气发生电离。同时粉末涂料由供粉系统中的空气动力将其输送至喷枪喷出，雾化的粉末在电晕放电区捕获负电荷成为带电微粒，使粉末涂料颗粒带上负电荷。待涂工件接地，喷出的粉末涂料与工件之间产生高压静电场。在气流和电场的作用下粉末涂料按照受力的方向飞至待涂工件，受库伦静电引力的作用吸附在工件表面，当工件上的粉末积聚到一定厚度时，发生静电相斥，粉末便不再堆积。然后再经过加热熔融、流平固化形成均匀、光滑、平整的涂层，来满足喷涂要求[3-5]。
1.2粉末静电喷涂的特点
粉末涂料是一种粉末状无溶剂的涂料，是由特制树脂、颜填料、固化剂及其他助剂以一定的比例混合，再通过热挤塑和粉碎过筛等工艺制备而成，总的分为热固型和热塑型2类[6]。该涂料几乎不含挥发性有机物VOC，利用率高，固废物少，回收率高，是一种当之无愧的绿色环保型涂料；粉末静电喷涂的优势也很明显，具体表现如下[7]：
1）高效节能性：一次喷涂即可达到所需要的涂膜厚度，厚度均匀且容易控制，相较于传统的涂装工艺生产率可提高30%~40%，能耗降低约30%，减少涂装次数，节省工件堆放等待的场地。
2）灵活适应性：大多数粉末涂料都可以采用静电粉末喷涂法进行喷涂，不受工件形状大小的限制；也可以同溶剂型涂料或电泳沉积涂料进行混合型涂装使用。
3）涂膜优越性：粉末涂料树脂的相对分子质量比溶剂型涂料树脂大，这样使得涂膜的物理机械性能和耐化学介质性等性能比溶剂型涂料的好，具体表现为其耐酸、碱、盐腐蚀性要好，附着力高。
4）成品率较高：在未固化前，若工件有需要改善和局部漏喷的地方，可进行二次重喷，直到达到加工要求，成品率远远高于传统的油漆工艺。
5）再利用率高：过喷的粉末可通过设备中的粉末回收系统进行收集并分离，再与新粉混合使用，回收利用率可达98%以上。
6）操作简单化：粉末喷涂工艺简单，只需预处理、粉末喷涂、固化等工序便可完成，简化了传统的多工序喷涂手段，且操作简单方便。
7）使用方便性：粉末涂料在常温下，贮存稳定，不需要像溶剂型涂料那样，随季节调节黏度，也不需要喷涂后放置一段时间，使溶剂挥发后再进行烘干。只需加热烘烤熔融固化，即可形成平整光亮的永久性涂膜，达到装饰和防腐蚀的目的。
2 粉末静电喷涂应用的发展历程及研发现状
2.1国内外研发史
粉末涂料最早要追溯到1938年，欧洲尝试研究用金属火焰喷镀的方法，将聚乙烯作成塑料粉末用于金属制件的涂装。四十年代中期又研究了用塑料粉末涂饰物体表面[8]。1952年西德Knapsk Grieshein公司的盖梅尔研究成功流化床涂装工艺，首先实现了涂料的干法涂装，使热塑性粉末的施工工艺实现了工业化，但因其工艺局限性大，在之后的十年中并没有得到更大的发展。1963年法国的Sames公司[9]研究成功了粉末静电喷涂技术和相应的喷涂设备，并于1968年在欧洲正式用于工业生产。自此，粉末涂料才真正进入了粉末涂装时代。尤其是到了1966年，美国颁布了《66》法规，开始对具有挥发性质且污染空气的涂料溶剂予以限制，而粉末涂料凭借其零挥发、无污染的优势迅速崛起[10]。粉末静电喷涂技术广泛地应用于大批量的工件生产，随之建立起粉末静电喷涂生产流水线和研发出相对完整的成套设备，世界上各工业强国也都相继引入开发[11]。
相比于世界各工业强国，我国的粉末涂料发展起步较晚。1965年广州电器科研所成功研制了绝缘型环氧粉末涂料，并由常州绝缘材料厂生产，在电机转子和变压器铁芯中得到了初步试用。1968上海无线电二十四厂用粉末静电喷涂技术涂装仪器设备的外壳获得成功，由此正式拉开了我国粉末静电喷涂技术发展的序幕。我国的“七五”计划将静电粉末喷涂工艺作为重点研发推广的新技术之一[12]。某省机械研究所通过借鉴国外八十年代先进的粉末内循环静电涂装设备，采用国产化元、配件研制生产的ZJ系列粉末静电涂装设备，基本上达到八十年代国外粉末静电涂装设备的水平[13]。1982年，成都电器厂自主生产的JF-SC-Ⅱ型粉末静电喷涂设备成套性较好，性能稳定[14]。1985年，北京静电设备厂和北京农机科学研究院共同研制的SJFP-2型手提式静电粉末喷涂设备在北京通过部级鉴定，当时在国内达到领先水平[15]。1990年，浙江大学无线电厂研发生产的全自动密封循环回收静电粉末喷涂设备被列入国家重点新产品项目，设备的自动化程度高，适用于环氧、聚脂、尼龙和聚乙烯[16]。
目前，国外已经出现了大量工艺先进、自动化程度高的大型生产线。随着关键技术的突破和国民经济的快速发展，我国一跃成为全球最大的粉末涂料生产国和使用国。实现粉末静电喷涂的自动化、智能化、系列化是必然的发展趋势[17-19]。
2.2粉末静电喷涂设备的研发现状
2.2.1粉末喷涂装置
随着粉末喷涂越来越广泛的应用，该领域的研究人员针对不同的应用场合和加工条件研制出多种类的静电喷涂设备。
喷枪是实现粉末喷涂的重要工具，早年间我国自行研制的SJFP-2手提式喷枪将过去庞大的高压静电发生器微型化后封装在喷粉枪内，采用低压输入，高压输出的方式，主要为人工操作[15]。随着自动化程度的不断加深，安装在移动装置上的机械臂用喷枪成为形式所需，黄海华[20]发明的一种机械臂用粉末静电喷枪，将静电发生器、喷嘴、雾化装置(电极座、导电卷)集合到一个直枪体上，外部连接管路只需接入供粉管，电源线(低压)，控制线(低压)即可使用，提高了整体性能，降低成本，有效避免了现有喷枪中容易出现的静电泄露、线缆折断、易打火花等安全隐患。
