0 前言
环保要求及意识的不断提高，使得高耗能、低能效的传统工艺初步被淘汰，新兴工艺及设施得到不断的推广应用。静电喷涂克服了传统的空气喷涂与无空气喷涂中空气污染严重、涂料利用率低、对复杂工件的全面涂装存在明显的死角、涂装效率较低、二次清洁的成本较高等缺点，在广泛的工业领域中得到了很好的应用。
静电喷涂的原理是通过专用设备产生高压静电，使喷头与工件间形成一个电场，带电液滴受电场作用附着在工件的表面。静电喷涂设备有多种，其中挂车涂料使用静电喷枪的方式。静电喷枪的枪嘴附近有一个电极针，与枪体内或外部静电发生器相连，作为阴极；被喷涂工件及流水线接地，作为阳极。当静电发生器工作时，电极针带电，与被涂工件之间形成电场，涂料经喷嘴喷出雾化成小液滴，电极针使漆雾中的每个液滴带上负电，在电场力及初始动能的作用下涂料飞向被涂工件，自动吸附在被涂工件表面(见图1)。由于电场的作用，使涂料的溅落大为降低，有效地防止了涂料的逃逸，提高了利用效率。为实现静电喷涂效果明显，涂料液滴必须能够承载一定的电荷，才能保证电场力的有效实现。一般控制涂料电阻的体积电阻率在20～200 MΩ · cm，过大“静电”效果不明显，而太小则有安全隐患。本文重点介绍了挂车用涂料的配方设计、原料选择及影响、静电喷涂效果测试情况。
1 试验部分
1.1 试验原料及仪器
1.1.1 试验原料
羟基丙烯酸树脂(进口)；环氧树脂(国产)；白炭黑；钛白粉(进口金红石型)；酞菁蓝(国产)；润湿分散剂(BYK)；沉淀硫酸钡；流变助剂(进口)；锌粉(国产)；HDI三聚体固化剂N3390(Bayer)；二甲苯；醋酸丁酯；正丁醇；异丁醇；滑石粉(国产)；导静电助剂(AFCONA，BYK)；聚酰胺固化剂。
1.1.2 主要试验仪器
研磨分散机、高速搅拌机、电子分析天平、光泽仪、涂膜制备器、附着力测试仪、秒表、温湿度计、QUV老化仪、静电喷涂设备(GRACO 495+PRO XsAAA)、电阻测试仪(GRACO)。
1.2 配方设计
首先要根据客户的要求，以及被涂工件要求的配套性、装饰性等要素确认需要喷涂涂料的种类。不同类别的涂料在静电喷涂之前都要具备同一个条件——合适的电阻率，而达到此条件的途径却并不相同。丙烯酸、环氧、醇酸、氯化橡胶等涂料，可以通过调整稀释剂的方法调节电阻率；而聚氨酯环氧富锌等涂料需要通过其他途径解决。挂车使用涂料配套为环氧富锌涂料及聚氨酯面漆。
1.2.1 底漆的配方设计(见表1)
1.2.2 面漆的配方设计(见表2)
1.2.2 面漆的配方设计(见表2)
1.3 性能测试
1.3.1 底漆性能参数(见表3)
1.3.2 面漆性能参数(见表4)
2 结果与讨论
1.3.2 面漆性能参数(见表4)
2.1 溶剂的影响
不同种类的溶剂，依据其极性程度不同，具有不同的电阻率。醇类溶剂和醇醚类溶剂极性较强，具有较低的电阻率；烃类和酯类溶剂的极性较弱，具有较高的电阻率。当一种高电阻率溶剂和一种低电阻率溶剂(见表5)混合时，产生中等的电阻率。同时考虑到不同溶剂的溶解力、挥发速度等因素，要达到出色的涂膜状态，选择合适的溶剂组合十分重要。选用了常用的4种溶剂，分别测试不同配比下混合溶剂的电阻率(见表6)。涂料在施工之前测试电阻率，然后根据测试电阻的大小，选用不同的溶剂适当调整。选用溶剂时要注意，聚氨酯涂料不能选用醇类溶剂，并且要注意溶剂对涂料厚涂性的影响。
2.2 配方体系的影响
静电喷涂涂料不但有电阻率的要求，同时还要满足涂料的基本性能，包括装饰性能、物理性能、化学性能、施工性能等，这样就对静电喷涂用涂料提出了更高的要求。
对涂料电阻率起主要作用的是溶剂，通常情况下其他的组分，如树脂、着色颜料、体质颜料、助剂等作用很小。而一些特殊的颜料、极性较高的助剂也会影响到体系的电阻率。金属颜料、导电云母粉、石墨、炭黑等在设计配方之前要提前考虑他们对体系的影响。环氧富锌涂料本身由于有大量的锌粉组分，兑稀前电阻率会很低，施工前需要试验确认。
2.3 导静电剂的影响
静电喷涂用涂料在使用之前，需要根据涂料的不同，通过使用不同方法进行调整。一般分两种情况：一种是涂料初始电阻率较大，在500 MΩ以上，需要加入导静电助剂或导静电稀释剂来调整；另一种是涂料初始电阻率很小，需要加入非极性溶剂进行调整。两种手段的目的相同，都是将涂料调整到合适的黏度与电阻率。而单独使用导静电稀释剂，并不能满足要求，需要加入一定量的导静电助剂。本试验选用了AFCONA、BYK公司的两种导静电助剂进行对比试验。这两种助剂均为卤素阳离子型，所以在使用前要确认配方体系是否含有阴离子型的助剂或其他能影响助导静电剂效果的成分。由图2可以看出，导静电助剂的加入量增加，试样的电阻率就会降低。其中B的加入量大于0.5%后，能够达到电阻率小于30 MΩ，而更多添加量，电阻率的降低并不明显。综合成本等其他因素，导静电助剂一般控制在0.5%左右。
3 静电喷涂效果
3.1 环绕效应
3.1.1 原理介绍
所设计的配方能否满足静电喷涂的要求，出现所期望的“静电”效果，需要进行试验验证，通常采用测定环绕率的方法。环绕率是指喷涂固定直径的圆柱形工件后，涂料所覆盖圆周占工件圆周长的比率。普通的空气喷涂，环绕率在50%以下，而静电喷涂高能够达到100%，圆柱形工件得到全面覆盖。环绕率如此之高的主要原理从图3可以很直观地理解：涂料液滴在电场力的作用下，原来在空气喷涂中逃逸的部分受到吸引覆盖了工件的远端部位，使涂料得到了充分的利用。
3.1.2 环绕效应验证
选用美国GRACO公司的静电喷涂设备进行试验，涂料选用聚氨酯静电涂料，结果见表7。
选用桶径18 cm圆筒(验证一)和10 cm直径的铁柱(验证二)作为试验喷涂对象，在被喷涂物的正面喷涂，喷涂后考察被喷涂物背面的覆盖面积及表面状态和膜厚，见图4。
试验后通过考察圆筒的喷涂情况，验证一发现圆筒已经完全被涂料覆盖，只不过在喷涂的远端部位遮盖不是很，有漏底情况。验证二柱体喷涂覆盖率能都达到100%，通过测试涂膜膜厚考察环绕效果，柱体膜厚分布如图4，前端表面膜厚要大于远端膜厚。这是由于静电液滴在喷出后，受到静电场及自身重力的作用，飞行轨迹发生偏移，圆柱体工件前端表面除了吸附正常轨迹飞行的涂料液滴后，同时也吸附了偏移过来的涂料液滴，这样就造成了喷涂圆柱体前端涂层膜厚要大于远端涂层膜厚。
3.2 法拉第笼效应
由于金属工件的良好导电性，使得工件表面的静电电压相同，这就是金属的静电等势性，一般用来屏蔽外电场的干扰。而在静电喷涂的应用中，法拉第笼效应恰恰妨碍了边角、孔洞等部位的有效涂装(见图5)。这时就需要关闭静电场，使用普通喷涂；或是通过改变喷枪的角度、位置等方式，避免这一效应造成的不良影响。
3.3 其他因素
挂车的平整面分布较广，要考虑各方面因素的影响，才能达到理想的涂膜效果。喷涂立体平整面时，静电喷涂只是起到降低漆雾及损耗的作用，只有外拐角及柱状不规则面等难以直接喷涂到的部位才会应用到环绕效应。如果涂料的黏度较高，需要更高的泵压使涂料喷出枪嘴时充分雾化，势必造成带电液滴的初始速度过快，电场力不足以使其吸附在工件表面，造成过多逃逸；而如果黏度低，则更容易出现涂料流挂，得不到理想的表面状态。黏度只是其中的一个影响因素，现场环境、设备类型、操作人员、温度、湿度等等都具有很大影响，需要在实践中不断摸索总结。
4 结语
静电喷涂是目前被广泛应用的喷涂技术，本试验研发的配方有合适的导电率和涂膜性能，并能够达到较好的静电环绕效果，满足挂车涂料静电喷涂要求。
