工作时，静电喷枪或喷杯部分连接到负极，工件连接到正极并接地。在高压静电发生器的高电压下，喷枪（或喷板、喷杯）端部与工件之间形成静电场。

涂料颗粒受到的电场力与静电场的电压和涂料颗粒的带电量成正比，与喷枪与工件之间的距离成反比；

当电压足够高时，喷枪端部附近会形成空气电离区，空气会剧烈电离和加热，导致喷枪或极针的尖锐边缘周围出现暗红色的晕圈，在黑暗中可以清晰地看到。当空气产生强烈的电晕放电。

涂料中大部分成膜物质，即树脂和颜料，是由高分子有机化合物组成的，大多是导电介电体。除了成膜物质外，溶剂型涂料还包括有机溶剂、助溶剂、固化剂、静电稀释剂以及其他各种添加剂和其他物质。

除苯、二甲苯、溶剂汽油等外，这些溶剂物质大多是低电阻率、具有一定导电性的极性物质。它们可以提高涂料的带电性能。介电体的分子结构可分为两种：极性分子和非极性分子。

由极性分子组成的介电体在外电场作用下表现出电性能；由非极性分子组成的介电体在外电场作用下表现出电性能，从而产生对外部导电电荷的亲和力，使介电体在其外表面可在电场中局部带电。

涂料经喷嘴雾化后喷出。雾化后的涂料颗粒通过枪口的极针或喷板或喷杯边缘时，由于接触而带电。当它们穿过电晕放电产生的气体电离区时，会瞬间增加其表面电荷密度。

在这些带负电的涂料颗粒的静电场作用下，它们在工件表面上沿极性导向移动，并沉积在工件表面上，形成均匀的涂层薄膜。

二、工艺

(1) 表面预处理。主要是脱脂和除锈，方法与涂抹液态涂料的预处理相同。

(2) 刮腻子。根据工件缺陷程度刮涂导电腻子，干燥后用砂纸打磨平整，然后进行下一道工序。

(3) 保护（也称遮盖）。如果工件的某些部位不需要涂覆，可以在预热前用保护胶遮盖，避免喷涂油漆。

(4) 预热。一般不需要预热，如果需要较厚的涂层，可以将工件预热到180-20℃，可以增加涂层的厚度。

(5) 喷涂。在高压静电场中，粉末喷枪连接负极，工件接地（正极）形成回路。粉末借助压缩空气从喷枪喷出，带负电，根据异性相吸的原理喷涂在工件上。

(6) 固化。喷涂后，将工件送入180～200℃的烘干室加热，使粉末固化。

(7) 清理。涂层固化后，去除保护物，打磨毛刺。

(8) 检查。检查工件的涂层，对喷涂不足、凸起、针孔等缺陷进行返修。

(9) 缺陷处理。对检测出的漏喷、针孔、凸起、气泡等缺陷工件进行修补或返修。

三、应用

静电喷涂的工件表面涂层均匀性、光泽度和附着力均优于普通手工喷涂。

同时，无论是普通喷漆、油磁调和漆、四氯乙烯漆、氨基树脂漆、环氧树脂漆等，均可采用静电喷涂。操作简单，与普通空气喷涂相比，可节省约50%的涂料。

通常需要较高的气压、细小的涂料颗粒和较快的速度。但如果气压过高，则会破坏电效应。应根据所用涂料和涂层的种类、喷涂场所和被涂工件等选择合适的涂料压力和气压。

如果涂料中含有较高的重质颜料，则可以使用较高的涂料压力和气压；反之，则可以降低涂料压力和气压。正常情况下，涂料输送压力为0.12～0.24MPa，雾化气压为0.15～0.20MPa。

1962年，法国SAMES公司成功研制出世界上第一套粉末静电喷涂设备。此后，粉末静电喷涂技术在世界各国迅速发展，并逐渐取代溶剂型涂装技术。

我国粉末静电喷涂技术发展较晚，但具有很大的发展潜力。粉末涂料不含溶剂。粉末涂料通过静电喷涂喷涂在工件表面，不粘附的粉末颗粒层经加热熔融形成牢固的涂层，并与工件表面紧密结合。

这种涂层具有优异的防腐性能和装饰功能。与传统的溶剂型涂料相比，具有更安全、污染少、适应性好、效率高、不依赖石油为原料等优点。但目前也存在一些不足：一次性投资大，换色不方便等。

我公司生产的冰箱外壳采用粉末静电喷涂技术，采用20世纪90年代后期诺信公司生产的粉末静电喷涂设备。以这套设备及其应用技术为例，谈谈作者的理解。

1. 粉末静电喷涂技术的典型工艺流程

工件预处理→粉末喷涂→固化→检验→成品

1.1 预处理

工件经预处理去除冷轧钢板表面的油污和灰尘后，即可进行粉末喷涂。同时，在工件表面形成锌系磷化膜，以增强粉末喷涂后的附着力。

预处理后的工件必须完全干燥并冷却至35℃以下，以保证粉末喷涂后工件的理化性能和外观质量。

1.2 粉末喷涂

1.2.1 粉末静电喷涂的基本原理

工件通过输送链进入粉末喷涂室的喷枪位置，准备进行喷涂作业。静电发生器通过喷枪喷嘴的电极针向工件方向的空间释放高压静电（负极）。喷枪喷嘴出来的粉末和压缩空气的混合物以及电极周围的空气发生电离（带负电）。

工件穿过衣架，通过输送机与地面（接地电极）连接，从而在喷枪和工件之间形成电场。粉末在电场力和压缩空气压力的双重作用下到达工件表面，并通过静电吸附在工件表面形成一层均匀的涂层。

1.2.2 粉末静电喷涂基本原材料

采用室内环氧聚酯粉末涂料。其主要成分为环氧树脂、聚酯树脂、固化剂、颜料、填料及各种助剂（如流平剂、防潮剂、改性剂等）。粉末加热固化后，会在工件表面形成所需涂层。

辅助材料为压缩空气，要求洁净、干燥、无油、无水[含水量小于1.3g/m3，含油量小于1.0×10-5%（质量分数）]

1.2.3 粉末静电喷涂施工工艺

静高压60-90kV。电压过高容易造成粉末回弹和边角针孔；电压过低则粉末吸附率低。

静电电流为10-20μA。电流过高容易造成粉末涂层放电击穿；电流过低则粉末附着率低。

流速和压力为0.30-0.55MPa，流速和压力越高。越高，粉末的沉积速度越快，有利于快速获得预定厚度的涂层，但过高会增加粉末用量和喷枪的磨损率。

雾化压力为0.30～0.45MPa。适当提高雾化压力可以保持粉末涂层厚度均匀，但过高会造成粉末输送部件磨损加快。适当降低雾化压力可以提高粉末覆盖率，但过低则容易堵塞粉末输送部件。

枪清洗压力为0.5MPa。清洗压力过高会加速枪嘴磨损，过低则容易造成枪嘴堵塞。

粉料桶的流化压力为0.04～0.10MPa。粉料桶的流化压力过高，粉末密度会降低，生产效率降低。

喷枪喷嘴与工件的距离为150～300mm。喷枪喷嘴与工件距离过近，容易造成粉末涂层放电击穿，过远则会增加粉末用量，降低生产效率。

输送链速度为4.5～5.5m/min。输送链速度过快会造成粉末涂层厚度不足，过慢则会降低生产效率。

1.2.4 粉末静电喷涂主要设备

● 喷枪及静电控制器

喷枪除了传统的内置电极针外，还配备环形电晕，使静电场更均匀，保持粉末涂层厚度均匀。静电控制器产生所需的静电高压并保持其稳定性，波动范围小于10%。

● 粉末供给系统

粉末供给系统由新粉桶、旋转筛和粉料桶组成。粉末涂料先加入新粉桶，压缩空气通过新粉桶底部流化板上的微孔对粉末进行预流化，然后通过粉泵输送到旋转筛。

旋转筛将粒径过大的粉末颗粒（100μm以上）分离出来，剩余粉末落入粉料桶。粉料桶将粉末流化到一定程度，然后通过粉泵和粉管向喷枪供粉。

● 回收系统

喷枪喷出的粉末一部分吸附在工件表面（一般为50%～70%，我公司为70%），其余自然沉降。

沉降过程中一部分粉末被粉末喷涂棚侧壁上的旋风回收装置收集，利用离心分离原理分离出粒径较大的粉末颗粒（12μm以上），送回旋转筛重复使用。

12μm以下的粉末颗粒送入滤芯回收装置，利用脉冲压缩空气将粉末震落到滤芯底部的收集料斗中。这部分粉末定期清理包装出售。

分离后的洁净空气（含粉末粒径小于1μm，浓度小于5g/m3）排入粉末喷涂室，维持粉末喷涂室的微负压。

负压过大容易吸入粉末喷涂室外的粉尘和杂质；负压过小或正压则容易造成粉末溢出。沉降到粉末喷涂棚底部的粉末收集后，再通过粉泵进入旋转筛重复使用。

回收粉末与新粉的混合比例为（1:3）到（1:1）。采用这种回收系统，公司整体粉末利用率平均达到95%。

● 粉末喷涂室

顶板和侧板采用透光聚丙烯塑料材料，最大限度地减少粉末粘附量，防止静电积累干扰静电场。底板和底座采用不锈钢材料，易于清洁，机械强度足够。

● 辅助系统

包括空调、除湿机。空调的作用是将粉末喷涂温度保持在35℃以下，防止粉末结块；另一个是通过空气循环（风速小于0.3m/s）维持粉末喷涂室的微负压。

除湿机的作用是将粉末喷涂室的相对湿度保持在45%～55%。湿度过大的空气容易发生放电击穿粉末涂层，湿度过小则导电性差，不易电离。

1.3 固化

1.3.1 粉末固化的基本原理

环氧树脂中的环氧基团、聚酯树脂中的羧基团和固化剂中的胺基团发生缩聚和加成反应，交联成高分子网络，同时释放出小分子气体（副产物）。

固化过程分为四个阶段：熔化、流平、胶化和固化。温度升高到熔点后，工件表面的粉末开始熔化，并逐渐与内部粉末形成涡流，直至完全熔化。

粉末完全熔化后，开始缓慢流动，在工件表面形成一层薄而平整的层。此阶段称为流平。温度继续升高并达到胶点后，有一段短暂的胶化期（温度保持不变），之后温度继续升高，粉末发生化学反应并固化。

1.3.2 粉末固化的基本过程

所用的粉末固化工艺为180℃，烘烤15分钟，这是正常的固化。温度和时间指的是工件的实际温度以及保持该温度不低于此温度的累积时间，而不是固化炉的设定温度和工件在炉内的运行时间。

但是，两者是相互关联的。设备初次调试时，需要使用炉温跟踪仪测量最大工件上下中三点的表面温度和累积时间，并根据测量结果调整固化炉设定温度和输送链速度（它决定了工件在炉内的运行时间），直至满足上述固化工艺的要求。

这样就可以得到两者之间的对应关系，因此在一段时间内（通常为2个月），只需要控制速度即可确保固化过程。

1.3.3 粉末固化的主要设备

设备主要包括三个部分：加热燃烧器、循环风扇和风道以及炉体。我公司使用的加热燃烧器是德国威索普的产品，使用0～35#轻柴油。它具有加热效率高、节油的优点。

循环风扇进行热交换。送风管的第一级开口在炉底，向上每600mm有三个阶段的开口。这样可以保证1200mm工件范围内温度波动小于5℃，防止工件上下部色差过大。

回风管位于炉体顶部，可以保证炉体内上下温度尽可能均匀。炉体采用桥式结构，不仅有助于保温，而且可以防止生产结束后炉内风量减少，吸入外部灰尘和杂质。

1.4 检验

工件固化后，主要的日常检验是外观（是否光滑亮泽，是否有颗粒、收缩等缺陷）和厚度（控制在55-90μm）。

如果需要首次调试或需要更换粉末，则需要使用相应的测试仪器检测以下项目：外观、光泽度、色差、涂层厚度、附着力（划格法）、硬度（铅笔法）、冲击强度、耐盐雾性（400h）、耐候性（人工加速老化）、耐热湿性（1000h）

1.5 成品

检验合格后，成品分类放置在运输车辆和周转箱中，并用报纸等柔软材料隔开，防止划伤，并做好使用标记。

2. 粉末静电喷涂作业常见问题及解决方法

2.1 涂层杂质

常见的杂质主要来自粉末喷涂环境中的颗粒物以及各种其他因素造成的杂质。总结如下：

(1) 炉内固化杂质。解决方法是用湿布和吸尘器彻底清洁固化炉内壁，重点是悬挂链与风道之间的缝隙。如果是较大的黑色颗粒杂质，需要检查送风管过滤器是否损坏，如有损坏，及时更换。

(2) 粉末喷涂室内的杂质。主要是粉尘、衣物纤维、设备磨损颗粒和除尘系统。解决方法是每天开工前用压缩空气吹扫粉末喷涂系统，并用湿布和吸尘器彻底清洁粉末喷涂设备和粉末喷涂室。

(3) 悬挂链杂质。主要是悬挂链油挡板和初级喷粉水盘（材质为热镀锌板）被预处理酸碱蒸汽腐蚀后的产物。解决方法是定期清洁这些设施。

(4) 粉末杂质。主要原因是粉末添加剂过多、颜料分散不均以及粉末挤压造成的粉末斑点。解决方法是提高粉末质量，改进粉末储存和运输方法。

(5) 预处理杂质。主要是磷化渣造成的较大颗粒杂质和磷化膜黄锈造成的较小颗粒杂质片状物。解决方法是及时清理磷化槽和喷涂管道中积累的渣子，控制磷化槽液的浓度和比例。

(6) 水杂质。主要是预处理用水中的含沙量和含盐量过高造成的杂质。解决方法是加装水过滤器，并使用纯水作为最后两道清洗水。

2.2 涂层收缩

(1) 预处理脱脂不良或脱脂后水洗不净造成的残留表面活性剂引起的收缩。解决方法是控制预脱脂槽和脱脂槽的浓度和比例，减少工件上的油污，加强清洗效果。

(2) 含油量过高引起的水分收缩。

解决方法是加装进水过滤器，防止供水泵漏油。

(3) 压缩空气含水量过高引起的收缩。解决方法是及时排放压缩空气冷凝水。

(4) 粉末受潮引起的收缩。解决方法是改进粉末的储存和运输条件，增加除湿机，保证回收粉末的及时使用

(5) 悬挂链上的油被空调风吹到工件上引起的收缩。解决方法是改变空调出风口的位置和方向。

(6) 粉末混合引起的收缩。解决方法是更换粉末时彻底清洗粉末喷涂系统。

2.3 涂层色差

(1) 粉末颜料分布不均导致的色差。解决方法是提高粉末质量，确保粉末的L、a、b值差异不大，正负均匀。

(2) 固化温度不同导致的色差。解决方法是控制设定温度和输送链速度，保持工件固化温度和时间的稳定性。

(3) 涂层厚度不均导致的色差。解决方法是调整粉末喷涂工艺参数，确保粉末喷涂设备运行良好，保证涂层厚度均匀。

2.4 涂层附着力差

(1) 预处理水洗不彻底，导致工件上残留脱脂剂、磷化残留物或清洗槽被碱液污染，从而导致附着力差。解决方法是加强水洗，调整脱脂工艺参数，防止磷化后脱脂液进入清洗槽。

(2) 磷化膜发黄、泛白或局部缺失导致附着力差。解决方法是调整磷化液的浓度和比例，提高磷化温度。

(3) 工件角部干燥不良导致附着力差。解决方法是提高干燥温度。

(4) 固化温度不足导致涂层大面积附着力差。解决方法是提高固化温度。

(5) 深井水含油量和盐分过高导致附着力差。解决方法是加装进水过滤器，并使用纯水作为最后两次清洗水。

总之，粉末静电喷涂技术及其应用方法还有很多，需要在实践中灵活运用。