散文精选网粉末静电喷涂设备
近年来，政府大力推进环保事业，静电粉末喷涂技术作为喷涂领域的绿色技术，符合VOC节能减排等环保政策的要求，越来越多的受到了客户的青睐。本文结合当前的行业状况，对静电粉末喷涂设备的前身，现状和趋势进行阐述，期望帮助读者加深对静电粉末喷涂技术的了解，从而能够充分应用该技术为国家环保政策的落实，“中国制造2025”的推进添砖加瓦。
静电粉末喷涂原理静电粉末喷涂
对于我们采用的静电喷涂的方式而言：工件需要接地，即零电位，不带电荷；粉末由静电喷枪进行充电。从图1可以看出，粉末被喷枪喷出并在喷枪出口区域被充电，同时被施工的工件必须在接地的状态下。雾化的粉末颗粒在空气动力、重力和电场力的共同作用下，异性相吸，朝工件飞去，并因为带有负电荷而吸附在工件的表面。
图1 静电粉末喷涂示意图
图2 超级电晕环
超级电晕环
粉末充电的过程之后，我们可以采取一些措施来影响喷涂结果，使其往我们希望达到的喷涂品质靠拢。超级电晕环（图2）就是这样的一个重要部件，作用于影响喷涂效果的因素。除了一些基本的组成：工件、输送链、喷枪、控制器，我们还在工件上连接了一个电流表，同时将另一个电流表连接到了超级电晕环装置上，如图3所示。
图4中的红色线条描述了在粉末喷涂进行的过程中，自由电子因为有超级电晕环的存在而被带走，有效规避了其对工件喷涂效果的影响。标注的蓝色小点则是被接地中和的自由电子。
图3 超级电晕环工作原理图(a)
图4 超级电晕环工作原理图(b)
通过测量分析，我们可以看出使用和不使用超级电晕环的区别。在同样的施工条件下，超级电晕带走了大量的自由电子。测得的电流值明显的表现出了差异，甚至达到了10倍之多。原本应该会停留在工件表面的这些过多的电子占据了空间，造成边框，橘皮等不良效应。超级电晕环的应用意义在于将大量的自由电子带走，消除橘皮、边缘过厚等常见的粉末喷涂瑕疵，帮助我们获得更均匀的涂层效果。当然超级电晕环的使用也会存在一些不适用的场合，这就需要工程师帮助客户调节来获得最佳的喷涂结果。
静电喷涂中还有一个普遍存在的现象，称之为法拉第效应，即对于一个金属笼，静电场是无法穿透的。现实中如果存在小于90°夹角的工件，法拉第效应很大程度上就会影响该工件的上粉率。
屏蔽场会把带电的粉末颗粒挡在外面，那么这个时候超级电晕环就能彰显它的效力，从而大大减少飞向工件的自由电子，这意味着法拉第屏蔽的场强也相应地降低了。粉末颗粒得以进入到我们称之为死角的位置从而取得较满意的喷涂效果（图5）。
图5 法拉第效应
静电粉末喷涂设备喷枪
静电粉末喷枪是静电粉末涂装设备中的重要组成部分，也是粉末涂装的关键设备。回顾整个静电粉末喷枪发展历史，1967年，瑞士金马公司研发出世界第一把静电粉末喷枪（图6）。当时，高压发生器为外置式，体型比较庞大，操作性和灵活性也相对较差。1973年，瑞士金马公司革命性地将高压静电发生器集成到了喷枪的内部（图7）。
图6 第一把金马喷枪
这一突破性的研发，成为了静电粉末喷涂设备发展历史上重要的里程碑，沿用至今。
图7 第一把内置高压块的金马喷枪
前文所提到的法拉第屏蔽效应，会很大影响到复杂工件喷涂的上粉率。但是精准电流充电技术能够通过高精度的闭环控制十分精确的设置到10μA以下，并且以0.5μA为单位进行调整，电流甚至能控制到1μA以下。该技术能够有效地针对不同形状的工件，设定最精确的参数，达到最高的一次性上粉率，并且还能够有效地克服法拉第屏蔽效应，解决死角位的喷涂，同样也保证了粉末喷涂的均匀性。
喷枪控制器方面发展至今，也取得了许多技术性的突破。20世纪90年代末，所有静电喷枪的控制器都采用旋钮式的控制技术，操作界面非常复杂，并且没有程序储存功能。随着研发的进步，如今控制器都采用数字化的参数控制，屏幕界面采用液晶显示器，操作方便，并且拥有255组程序储存功能和自动检测代码报错功能。
数字化阀门控制技术（图8），其原理是通过数字化步进马达控制针阀的进退，精准的控制压缩空气量的大小，达到最精确的粉末输出量和最好的喷涂效果。
图8 数字化阀门控制
粉泵
粉泵，与粉末发射器共同应用于喷涂设备。粉泵的主要作用是从大旋风/后过滤系统中回收过喷粉末，并将废粉重新输送回新粉添加装置。第一代粉泵（图9）的设计与脉冲相关，为了减少脉冲，第一代粉泵配备了2倍延迟工作腔室。目的是保持短时间稳定的出粉率，混合粉末会流经整个粉管的内径。这种先进的设计理念已经取代了传统的以重力为工作原理的密相粉泵技术。其优势为容易自动清理、双向传输、大粉量传输。
图9 第一代粉泵
图10 最新一代的粉泵采用的是双腔式挤压阀技术
最新一代的粉泵采用的是双腔式挤压阀技术（图10），数字化控制，含有自动清理模式、双向传输。粉末输送能力3.5kg/min至5kg/min，最远传输距离可达25m。同时设计紧凑，便于操作且维修保养十分简便。其自动清洁模式能适用于快速换色系统，包括金属粉末和搪瓷粉末。
在粉末传输方面，粉末发射器的设计也有了很大的变化。最新设计的135°角粉末发射器能够更好地提高粉末喷涂时的雾化效果，减少粉末输送的阻力，降低文丘里管的磨损，提高其使用寿命。
从静电粉末喷涂最初研发至今，一直有个核心问题:“如何将粉末持续不断且恒定地传输到喷枪?”粉末发射器也在不断被改进。普通的粉末发射器提供了良好的、持续不断的分流，粉量易于调节，易于清理，维护成本也较低。其不足之处也显而易见:粉末传输能力受粉管长度影响较大，出粉量大小受文丘里管磨损的影响等。为此，瑞士金马公司首先将密相阀技术应用到了粉末发射器上，研发了真正意义上的粉泵，用于将粉末传输至喷枪。
直排双腔室的内部结构，利用少量的压缩空气结合挤压阀技术，达到持续稳定的出粉量。大大减少了压缩空气的使用量，并提高粉末传输效率、延伸传输距离。其技术原理为：第一步，先关闭副腔的挤压阀，使得主腔室变成真空状态，配合少量的输送空气将粉末传输到主腔室内。第二步，关闭主腔室的挤压阀，打开副腔室的挤压阀，让粉末传输至喷枪。完成整个过程只需0.33秒，也就意味着1秒钟内，能够完成3次粉末传输的步骤。
密相阀技术的运用，使得粉末传输至喷枪的优势更加明显：传输频率高、出粉量持续稳定、压缩空气消耗少、粉雾柔和，同时配合使用的粉管长达30米。
图11 粉末发射器与粉泵的易损件使用时间对比
易损件的使用寿命一直都是最终用户关心的重点之一，如图11所示，粉末发射器与粉泵的易损件使用时间对比，可以很明显的看到：粉泵易损件的使用寿命远超于粉末发射器。同时我们还能看到一个至关重要的方面：表格纵向表示易损件的损坏程度，横向表示操作时间。由此可以看到，即使在使用750小时后，粉泵的易损件磨损程度仍然远小于粉末发射器。众所周知，粉末发射器的易损件为文丘里管，文丘里管的磨损程度直接影响到粉末输出能力。恒定的粉末输出量对工件表面的喷涂均匀性起着至关重要的作用。也就是说，粉泵技术能够保持更稳定的粉末输出量，达到更好的喷涂效果。
——节选自《钣金与制作》 2018年第1期
《静电粉末喷涂设备的发展历程》(下)见《钣金与制作》2018年第2期
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