时间：2023-03-02 06:07:24
关键词：静电喷涂；申请量；地域分布；技术发展演进
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.13.240
0 引言
近年来，静电喷涂技术在国内外迅猛发展，得到了广泛应用。它不仅能节省涂料，降低对环境的污染程度，而且可以使喷涂工艺机械化、连续化、减少废品率、获得优异的涂膜性能，大大提高劳动生产率，改善劳动条件，从而获得可观的社会经济效益[1]。目前采用的静电喷涂设备除提高了自动化程度和生产效率外，还由原来的适应性差，高能耗，危险性大转变为安全、低耗、适应性好、涂着率高的节能设备[2]。
静电喷涂主要包括高压电源、喷头、针筒、注射泵和接收装置，将制备好的聚合物溶液置于针筒中，由注射泵控制其流动速度，聚合物溶液从喷头流出，喷头与高压电源正极相连接，利用高压静电电场使带负电的涂料微粒沿着电场相反的方向定向运动，并将涂料微粒吸附在工件表面。
目前，针对静电喷涂的技术研究主要集中在以下几个方面：一、基于具有转动的出口或偏转部件的喷枪；二、基于无需使用喷枪或喷嘴装置就能使液体或其他液态物质放电的装置；三、基于提供液体或其他流态物质的装置。
1 专利的申请量
从图1中反映出，全球范围内，静电喷涂技术专利申请量总体上呈上升趋势。专利申请量起始于上世纪70年代末80年代初，一直到1995年都处于相对低的水平，申请量较少，为技术起步阶段；在1995年后，专利申请量呈大幅度上升趋势，一直持续到2008年，为高潮期；在2009-2015年期间，申请量趋于平稳，为稳步发展期。中国国内专利申请量的走势与全球范围内申请量的走势大致相同，甚至在2010年以后，其开始超过全球范围内的申请量，说明在全球化的格局下，中国市场的＠布局与全球市场的专利布局比较同步，且在2004年以后，中国市场越来越多被众多企业所重视，呈膨胀式增长。究其原因在于，静电喷涂技术发展与汽车工业的发展密切相关，90年代中后期汽车工业发展迅猛，从而带动静电喷涂技术快速发展。
2 专利申请的地域分布
专利申请的地域分布可以反映出企业产品的市场重心。对静电喷涂技术专利申请的所在国家和地区产权组织分布进行统计，排名前五位的分别是：日本、美国、德国、欧洲和中国，这五个国家和地区占据了所有专利申请的70%，是静电喷涂技术最主要的技术市场，同时这五个国家和地区也是目前全球最大的五个汽车制造生产地区。
3 专利技术发展演进
通过对静电喷涂技术各个时期的专利文献进行梳理和分析，可以得到该领域的专利技术演进路线，如图2所示。
静电喷涂技术早期涉及的技术手段主要是整体结构和喷枪的设计。对于整体结构，较有代表性的是1973年松下电工株式会社申请的JPS5263236A。对于喷枪的设计，典型申请是Nordson申请的US4273293和Toyota申请的EP0034254A2，两者均是基于具有转动的出口或偏转部件的喷枪的静电喷涂装置，且其此后一直是这个领域的热点，始终受到企业的关注；此外，对于以使用气体为特征的喷枪设计也是喷枪设计中的一个热点，其主要用于粉末的静电喷涂，具有代表性的申请为Nordson申请的EP0516462A1。随着时间的推移，静电喷涂技术的发展分支越来越广，在80年代中期和90年代初，出现了针对放电装置和供给装置的研发分支。在针对放电装置的研发方面，主要集中在利用感应放电、利用摩擦放电、使用放电电源放电和利用电弧放电等方面；针对供给装置的研发主要集中在涂料的补充、涂料的供给、涂料的交换和多个涂料等方面，具有代表性的申请为Toyota申请的JP20030969311A。在2000年初期又出现了针对不需要喷枪就可实现静电喷涂的装置，这是一个新兴的研发方向，其无需依赖喷枪，而是通过雾化头或释放插针等形式实现放电雾化，具有代表性的申请为松下电工株式会社申请的WO2004/205959A1，且其在接下来相当长一段时间内都对该研发方向投入巨大，申请了一系列相关专利，例如JP200668711A、JP2009268944A、JP201450151A，不用喷枪能使液体或其他液态物质放电的静电喷涂装置主要用于空气加湿、食品保鲜、消毒、空气清新等方面。
4 结语
本文对静电喷涂专利技术进行分析和整理，重点关注了本领域的专利申请量和地域分布以及技术发展走向等信息，得出了本领域的技术发展重点和走向。
参考文献：
[1]王家青，汪朝晖，胡迎锋.静电喷涂技术及其应用探讨[J].表面工程，2006（01）：136-137.
[2]庞留泽.静电喷涂原理及其应用[J].表面技术，1989（04）：27-30.
[关键词] 静电喷枪 接地 上漆率
中图分类号：TQ639.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）08-0273-04
近年来，随着国内汽车市场的竞争激烈，成本已成为汽车竞争力的焦点。随着机器人批量静电喷涂的使用，极大的提高了上漆率，也相应的降低了喷涂成本。而传统的手工喷涂使用空气喷枪，上漆率仅有30%左右，而采用手工静电喷枪，上漆率可提升至60%左右。静电喷涂提高了喷涂设备的传递效率。传递效率的提高是因为静电帮助克服了其他力，如导致雾化材料偏离预定目标体的冲力和气流等。静电方法节省了涂料、时间和劳动力。更多的材料被吸引并附着于目标体，更少的材料浪费在喷漆室和周围空气中。静电方法还减少了进入空气的溶剂挥发，因为喷涂每一部分所需要的涂料减少了。
一、静电喷涂五大优势
涂料经过静电枪带高压电荷，在电场力作用下吸附于被涂物表面，因此相对普通手喷枪有更优的涂层效果，车身表面的致密性、均匀度、结合力等技术指标相对提高约20%～40%。静电枪装备的喷嘴精致雾化效果优良，进行整车车身喷涂时涂料利用率相对大幅度提高30%～50%。
1.涂装效率提升数倍：一条生产线一天可喷涂上千台车身
2.节省50%的油漆：由于采用静电技术，静电喷涂油漆的实际利用率高达90%以上，而空气喷涂利用率只有30%～40%。
3.品质更好：通过静电雾化后，油漆粒子直径只有13～15？m，是空气喷涂的一半，漆膜更细腻、平整；
4.打磨更容易：油漆分子更细，打磨性能更优越，可大大节省打磨时间和人工成本；
5.真正的低碳环保涂装：静电喷涂大大减少稀释剂的用量，从而让整个涂装线像高科技车间一样洁净，即使人站在喷枪旁边，也闻不到油漆的气味，是真正的低碳涂装。
二、现市场中常见几种喷枪如下：
（1） 美国固瑞克（Graco）公司，固瑞克公司的油漆输送系统有名，汽车厂大部份使用其输送设备，固瑞克静电手喷枪采用空气马达驱动，不用静电产生器为其特点。但枪体较重，无电路保护，维修困难，喷嘴单一等缺点。
（2） 德国瓦格纳（Wagner），瓦格纳以喷塑粉为名，静电枪为20年前老产品，未有更新换代，效果一般，电路已淘汰落后。
（3） 法国薛麦斯（Sames），进入国内市场不久。
（4） 日本兰氏公司（nansbarg），以旋蝶disco、自动喷枪出名；但手喷枪沉重，故障率高无优势。
（5） 日本旭大畏（ASAHI），涂装企业先进代表手喷枪技术最先进企业代表手喷枪技术最先进企业，其手喷枪唯一一家2000年后新出产品，电路稳定，喷枪精巧为最佳之静电喷枪。
三、静电喷涂的基本知识
静电喷涂：术语“静电学”或“静电喷涂”是指一种利用电荷和电场将雾化的涂料的粒子吸引到目标体上（喷涂对象）的喷涂工艺。在最普通的静电系统中，电荷被转移到涂料上，并将目标体接地以形成电场。由于正负电荷的吸引力，带电的涂料被电场吸引到接地的目标体表面。其他不太常用的静电系统将电荷转移到目标体上并将涂料接地，或将正负电荷转移到涂料和目标体上。
静电系统的种类：静电喷涂涂系统可为自动或手动的。
自动静电系统包括：
高速旋转（固定的或往复式的）雾化器
往复式的旋碟
自动空气、无气、空气辅助式无气或HVLP 喷枪
手动静电系统包括：
空气静电手握式喷枪
空气辅助式无气静电手握式喷枪
无气静电手握式喷枪
HVLP 静电手握式喷枪
手握式旋转雾化器系统
图1手动和自动静电系统。
静电喷涂剖析
带电粒子间的力
所有物体都有电荷，物体是由三种带电粒子组成的：
1.带负电的粒子具有过多的电子
2.带正电的粒子具有过多的质子
3.中性粒子具有同样数量的电子和质子。
具有相同电荷的粒子或物体互相排斥，而具有不同电荷的粒子互相吸引。单个孤立的带正电或带负电的粒子会吸引中性粒子，带电粒子还会被吸引到最近的接地表面。
图2带电粒子
电场
电场（或静电场）是产生于带一种电荷的物体终止于带相反电荷的物体或地的电力线簇。因此，带电粒子（或物体）和接地物体间存在一个电场。电离针和接地物体间存在一个电场。带相反电荷的粒子间也存在一个电物，场强用伏特/米测量。
进入静电场的带电粒子受电场中的电场力的控制，就象具有质量的物体受引力场中引力的控制一样。
静电喷涂设备
静电喷涂过程
图3的说明显示静电喷涂设备的基本组成部分，这些基本组成部分有：
喷枪或雾化器
雾化的涂料的粒子，以一种喷涂形状从喷枪中射出
位于或靠近涂料流的电离针
喷涂的目标体
图3中显示的设备组成部分共同组成静电喷涂系统进行工作。
电离针将电荷转移到材料粒子上（在静电系统中，涂料或在雾化前或在雾化后被加载电荷）
图4静电系统的电场
静电起电方法
有四种静电起电方法。这四种静电起电方法是：
电晕放电起电
接触起电（又叫做传导起电）
感应起电（又叫做非接触起电）
摩擦起电
这些方法中，电晕放电和接触（传导）起电是用于液体静电喷涂的两种主要方法。
电晕放电起生电
电晕放电起电方法利用具有高电势的突出的或尖的曲线电极，电极上的强电场电离了周围的空气产生了离子，离子自由地依附于雾化涂料，如图5所示。
接触或传导起电
接触起电的一个局限性是不容易将静电荷转移到绝缘的涂料，这种方法只局限于导电的涂料，如图6所示。
感应起电
感应起电方法是用电场将电荷感应到靠近带电面的接地物体上。如果将物体与地面断开，感应电荷不会消散，物体就保持住它的电荷。感应生电地局限于相对导电的涂层，如图7所示。
摩擦起电
摩擦起电是为许多人所熟悉的，但经常引起误解。摩擦起电时，不相同的两种材料接触或摩擦产生电荷，产生的电荷量取决于接触的性质，材料的电特性以及湿度和温度的情况
环包效应
环包是静电喷涂中，不仅喷涂物直接面对一面，而且其它几个面都有这样一种喷涂效应，当经过目标表面的涂料粒子被静电力吸引至物体时环包效应便产生了，如图8所示。
虽然环包效应有助于静电方法效率的提高，环包却不是传递效率提高的主要原因。事实上，静电学的主要优点是涂料到达主要表面的传递效率提高。
法拉第笼效应
环包效应在一些喷涂应用中也许是一个缺点。例如，有深腔的物体不适合喷涂工艺，这是因为涂料被吸引到物体的最外端，导致涂层不均匀，这种不均匀涂层是法拉第笼效应的结果，见图9说明。
四、手工静电喷枪
1、内置加电式静电喷枪的自发电装置，如图10所示。
2、外加电静电喷枪
电压隔离装置，见图11，防止喷涂电压通过涂料供应装置消耗掉。这种方法只适用于高度导电不易燃的水性涂料。
实际运用的手工静电喷枪，如图12所示：
五、手工静电喷枪的接地
当涂料粒子小而轻时静电喷涂工作得最好，因为静电力更容易克服作用于粒子的冲力，静电喷涂对引导和控制低速运动的粒子具有最大的积极影响。在满足OSHA要求的条件下，应尽可能消除过量空气流动等外力以改善静电工艺。另外，被喷涂的物体必须是导电的或有导电的衬垫或涂层，目标体必须很好地接地，如图13所示。
直接用一根导线将车身与台车用螺钉紧固连接。由下线人员将导线按要求安装在车身指定孔；在检验出口处再将导线从车身卸下并按要求摆放好，缠绕在台车梁上，以防止导线拖地而被拉断。
六、手工静电喷枪的维护
正确使用，如图14所示。
被喷涂物必须接地
操作工应保证手与喷柄充分接触使人接地
使用适合静电喷涂的油漆
定期检测工件和设备的接地，检测方法如图15所示
定期检查喷枪的状况
日常清洗注意事项
静电喷枪清洗时必须将静电开关关闭
静电喷枪清洗和存放时喷枪枪口应向下，不能将喷枪浸泡在溶剂中，如图16、图17所示。
手工静电枪的日常问题点，如下表所示：
七、手工静电喷枪的效益
我司商用车从2007年投入手工静电喷枪，效益如下：
通过比较，静电喷枪效果明显优于空气喷枪。
八、综述
为适应我国高速公路护拦板的发展要求，浙江大学涂装技术工程公司设计制造了一条年产量为600公里护拦板的粉末静电喷塑生产线。从设备实际使用情况来看，此生产线达到了设计指标，喷涂产品性能较好。
1 生产线工艺概述
此生产线由两条流水线组成：第一条，半自动槽浸式工件前处理及工件脱水流水线；第二条，全自动工件静电喷粉及工件粉末固化流水线。
1.1 槽浸式前处理工艺
高速公路防护拦板材质为热轧板，其表面在高温下氧化而产生氧化皮。去除氧化皮取决于除锈剂对氧化皮的穿透（渗透）力。他们采用混合酸中加入添加剂，在常温下具有快速渗透、除油、铬化、缓蚀等短时间内去除氧化皮的功能。这样解决了常规硫酸法温度高、环境污染大、材料性能有影响的问题，大大降低了设备的投资费用与厂房维修保养费用。
工件磷化工艺采用常温无渣磷化技术，解决了目前加温磷化工艺耗能大、残渣多、返黄等问题，而且生产技术管理方便，用波美计与ph试纸即可调整与控制。每公斤工作液可处理工件50-60m2，在温度0-35摄氏度、时间3-5min下，形成的磷化膜均恒定在2.0-2.5g/m2内，保证后道工序的喷涂要求。
钝化工艺采用一种无毒钝化剂，解决目前磷化后处理铬酸、重铬酸盐钝化的环境污染问题，并提高磷化膜的耐腐蚀性能，提高涂层的附着力。
工件脱水为箱式烘炉，采用燃油加热换热、热风内循环的加热方式，同时将水气强制排放出去。脱水后工件直接转运至后道全自动静电喷粉及粉末固化流水线。
1.2 全自动静电喷粉及粉末固化工艺
静电喷粉及粉末固化工艺采用悬挂输送链形式连接，工件上线后经过静电喷粉及粉末固化后下线，产品检验合格后入库。
粉末静电喷粉设备采用8支自动喷枪双工位喷涂，变频调速升降器控制喷枪的移动速度及移动范围；采用小旋风一级回收器、脉冲空气反吹式滤芯回收器为二级回收器；采用组合式6台静电发生器综合电控系统，每台静电发生器带2支喷枪，剩余2台静电发生器可以作为备用或补喷使用。
粉末固化采用直通式烘道，燃油加热换热，热风内循环加热形式。采用进口燃烧机为热源，在不锈钢燃烧室内燃烧，产生的高温烟气通过高效换热器后排放。采用高温风机使烘道内的空气通过高效换热器交换热量，使烘道内的温度达到粉末固化所需要的要求。
悬挂输送链采用单点吊重100kg的轻型悬挂链，考虑到防护拦板尺寸较长，因此挂具采用软连接，使工件在转弯及上、下坡道时尽量减少对悬链系统的影响。
2 生产线流程及其设备技术参数
2.1 前处理工艺流程
槽体外形尺寸：5200mm*1000mm*1500mm（长x宽x高）共8个防腐槽
工件传输：手控行车吊运及吊浸
脱水炉外形尺寸：5200mm*2900mm*2000mm（长x宽x高）
耗热量：6万大卡
温控范围：75-140摄氏度
升温速度；20min升温至100摄氏度
加热方式：燃油加热换热，热风内循环
2.2粉末静电喷涂及固化工艺流程
2.2.1粉末静电喷涂设备
设备外形尺寸：7000mm*5000mm*3000mm（长x宽x高）
耗电量：15kw
耗用压缩空气量：180m3/h（表压0.55mpa）
2.2.2粉末固化设备
设备外形尺寸：42000mm*1200mm*4000mm（长x宽x高）
耗热量：40万大卡
温控范围：150-200摄氏度
升温时间：小于60min升温至180摄氏度
加热方式：燃油加热换热，热风内循环
2.2.3 悬挂输送设备
qxt-300/100型轻型轴承链悬挂输送机。
3 小结
关键词 木制品；静电喷涂；PE不饱和树脂漆；防火安全；预防措施
中图分类号 TQ 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)052-0107-01
近年来，乐器行业、音响行业、家具行业使用静电喷涂技术越来越多，主要是为了降低生产成本，提高生产效率，减少废水、废渣、废气的排放，缓解目前用工紧缺的状况，确实起到了至关重要的作用，但同时出现的火灾事故也越来越多，造成了不可低估的经济损失，甚至人身财产安全。针对这种状况，本文重点对木制品静电喷涂生产流水线防火安全进行了探讨。
乐器行业外壳木制品均需要涂饰，包括钢琴、木吉它、电吉它外壳木制品。中国自从2002年钢琴行业首次运用静电喷涂技术结合三组份PE不饱和树脂木器漆喷涂技术，取得了突破性的成功，成为木制品涂装行业喷涂技术的有标志性的创举；特别是2007年木吉它行业首次成功采用静电喷涂技术并取得了非常好的经济效益后，全国各地的乐器企业纷纷效仿，短短不到5年的时间，乐器行业成功安装了几百条静电喷涂生产线；并且也逐渐运用到了家具行业、音响行业等，因此安全防火不容忽视。
1 安全防火隐患产生的关键点
①静电喷涂生产线维护保养没有做好，或是做的不足；②私自拆卸或改装静电喷涂生产线各部件；③静电喷涂生产线该接地的部件没有安全有效的接地；④静电喷涂生产线配油室设计或使用不合理；⑤静电喷涂生产线现场存放大量易燃化工材料；⑥静电喷涂生产线操作人员操作不符合安全操作规程。
2 安全防火隐患产生的原因分析
静电喷涂生产线的主体结构，主要有配油室（包括齿轮泵、输油管、油漆）、控制室（控制柜，包含触摸屏、防火花装置、高压调控钮及高压表、压缩空气加热装置、输送链开关等）、喷涂室（水洗式或过滤网干式柜）、升降机、高压桶、气动马达、旋蝶或旋杯、待干室（包括运输链）等组成。
静电喷油的原理：油漆由齿轮泵提供动力供油给旋蝶或旋杯，同时通过调控将旋碟部位的油漆带上6～10万伏的高电压（油漆带有很强的负电荷），旋蝶或旋杯在气动马达的驱动下高速旋转并将油漆离心雾化。旋蝶或旋杯与木制工件之间的距离约200～350毫米，打开高压后产生很强的电场，而木制件接有地线，这样在电场力地的作用下接近旋蝶端的负电子被排斥而使木制件略微带到正电，而带负电荷的油漆粒子在离心力及电磁力的作用下被吸附到带正电的木质件上，从而达到提高油漆利用率的目的。
火灾隐患主要存在哪里？如何消除隐患？静电喷涂生产线火灾事故主要发生在三个地方：一是配油室；二是喷涂室；三是旋蝶部位的保护罩。
为什么易发生在这三个地方？①静电喷涂生产流水线绝大部分火灾事故发生在配油室：关键是可导电的油漆将旋蝶或旋杯中的高电压导到配油室，如果使用不当或接地无效，油漆管内的油漆接近油漆桶将直接产生放电打火花的现象，如再遇上闪点低的洗枪水（丙酮），最终导致火灾事故；②静电喷涂生产流水线火灾事故也易发生在无水洗过滤网喷涂室内，关键是喷涂室是无水洗过滤网喷涂柜，由于无水洗过滤网及排风机的风叶极易被废PE漆雾污染堵塞，再加上经常要用洗枪水清洗喷枪，喷涂室内充满易燃易爆的化工材料，只要有一点火星便会产生可怕的火灾事故；③静电喷涂生产流水线火灾事故也会发生在旋蝶或旋杯的保护罩内，主要是保护罩内配置高压装置及高压电缆，在喷涂作业过程中废漆雾及洗枪水会污染保护罩内的高压电缆、油管、气管、三路阀等，如果平时维护保养不当或使用不当易加速高压电缆绝缘线老化，从而导致漏电，严重时导致放电产生电火花现象；由于喷涂作业前要用洗枪水清洗旋蝶或旋杯，清洗过程中保护罩内会积聚大量的易燃易爆的丙酮气体，如果此时保护罩内高压装置发生放电打火现象便会引燃保护罩内的可燃气体并将保护罩内的油管、清洗管、气管、电缆线烧坏，甚至发生更严重的火灾事故。
3 安全防火隐患预防措施
静电喷涂技术是一项非常成熟的技术，只要该生产流水线设计合理，设备维护保养做到位，操作者能严格按照安全操作规程操作，静电喷涂生产流水线是非常安全的，发生火灾的几率可以实现为零目标。
1）静电喷涂生产流水线配有防火花装置，只要喷涂操作过程中出现漏电、短路出现电流超过设定值时，控制柜会自动断电并报警；防火花装置调节钮设定为≤200μА。
2）齿轮泵、泵架、控制柜、油漆桶、油漆等均安全接驳地线，可以有效的防止配油室发生放电打火的现象；特别是齿轮泵、泵架及回流管尾端金属管与油漆管接驳螺丝处有效安全接地是最为关键的。
3）静电喷涂生产流水线洗枪水采用环保型防火天那水，可以杜绝保护罩发生火灾隐患。
4）配油室内不能存放太多的易燃易爆化工材料，且存放要规范，标示清楚。
5）静电喷涂生产流水线设计喷涂室采用三面水帘水洗式喷柜，则可以杜绝喷涂室发生火灾隐患。
6）静电喷涂生产流水线操作者严格按照安全操作规程作业，特别是换洗的正确程序，必需在无高电压的状态下操作换洗程序：提起抽油管约3至5秒后放入新调配的油漆中或干净的清洗剂中提起回流管并观察回流的液体，同时观察透明的回流管是否有断流段在移动待断流段快到回流管的金属管时将回流管对准废油漆桶，并等回流的液体与抽油管内的液体一致时将回流管放回抽油管桶内重复另一组份，方法同上一样然后将不锈钢托盘清理干净将废油桶内的油漆处理干净；清洗旋蝶或旋杯时必需切断高电压；拆洗旋蝶或旋杯时，必需切断高电压及关闭气动马达雾化开关不少于10分钟，然后用放电钩接触旋蝶或旋杯放电后，才能进行拆洗旋蝶或旋杯。
7）静电喷涂生产流水线的日常维护保养要做足，必需制定维护保养方案，定期检查。配油房内不锈钢托盘、油管、搅拌器、旋蝶或旋杯、保护罩及保护罩内配置（如高压电缆、油管、气管、清洗管、三路阀等）、升降机、高压桶、三面水帘柜、齿轮泵及泵架、压缩空气、排风管道、补充送风装置等的维护或清洗保养。
8）静电喷涂生产流水线操作人员必需接受全面静电喷涂生产线安全生产上岗前的培训，学习静电喷涂的基本知识，以及安全防火应急措施。
9）静电喷涂生产流水线应制定每日操作记录表，主要记录的数据应包含：防火花装置电流表值、高压表值、油漆用量及配方、吉它含水率、配油室清洗状态、气动马达起动状况、供应的压缩空气质素及加热状况、升降机起动状况、油管状况、齿轮泵供油状况、排风及供风状况等的记录。为防止流于形式，要组织相关专业人员定期检查。
4 结束语
静电喷涂技术给木器涂装行业不仅带来了丰厚的经济效益，而且产生了很好的社会效益，主要是提高了油漆的利用率，减少了环境的污染（如废水、废气、废渣的排放），缓解各企业用工难的问题，但同时也带来的安全隐患。有很多企业由于操作者维护使用不当，而造成了火灾事故，甚至导致个别企业人身财产的巨大损失。生命高于一切，安全重于泰山。血的教训不允许有疏忽，我们对安全事故“必须零容忍！”。时时想安全，处处讲安全，警钟长鸣。抓安全生产必须在严格管理上下功夫；举一反三，切实针对静电喷涂生产流水线的特点作深入、有效的自查、自检等工作，真正实现防止静电喷涂生产流水线火灾事故零目标。
参考文献
关键词：高压静电 静电场 喷涂工艺 粉末涂料
1引言
近十年来，粉末静电喷涂技术在我国工业领域里获得了极为广泛的应用，现已成为金属防腐、表面装饰、绝缘处理方面的一种主要涂装方式。但在实际应用当中，却发现一些错误做法，反映出人们对此项技术理论认识上的不足。粉末高压静电喷涂技术，简单来讲，就是利用高压静电发生装置在喷枪与接地工件间形成高压静电场，使粉末树脂涂料带电并运动，靠静电吸附在工件表面，再通过加热处理而形成坚韧、光滑涂层的一种涂覆技术静电喷涂――通过喷涂设备的使用，使粉末涂料带电、运动并吸附到工件表面形成均匀、全面覆盖的粉层的过程。固化处理――在合理的固化条件（包括固化温度和固化时间）下，通过加热使前工序形成的粉末松散层转变成坚韧、光滑涂层的过程。
2关于粉末目数的大小以及施加的电压对工件涂层的影响
（1）问题一：选用的粉末涂料粒度较小，一般为200目及200目以上，认为粉末越细越好。
在喷涂过程中，选择粉末的目数也会造成对工件涂层造成影响，在一定范围内，粉末越细上粉率增强。但并不是越细越好，犯这种错误的人的想法是：粉末越细，成膜后涂层的平滑性越好。其实，这种想法是偏面的，实际效果并非如此。
我们知道，粉末静电喷涂所用涂料是粉末状的。它是由众多的细小固体颗粒组成的，经加热熔化流平等过程形成涂层的。由于是众多固体颗粒熔化形成的，涂层的平滑度就没有液体涂料形成的那么好。表面会有程度不等的凹凸面均匀分布，俗称“桔皮”。
除了需要皱纹涂装、锤纹涂装之外，一般来讲，桔皮是不受欢迎的，但现时在粉末涂装技术中的桔皮又是不可避免的，只是可以通过采取某些措施有效地削减。在同等条件下，选用较细的粉末是会使桔皮细小些，但涂层质量并不好，因为200目以上的过细粉末其带电能力较差，上粉率很低，无法全面均匀地在工件上吸附形成涂层，造成涂层不完整、不均匀、厚度不够等质量缺陷，达不到提高平滑度的目的。另外，粉末的利用率低，经济成本必然加大。
那么，为什么较细的粉末带电能力差，上粉困难呢？
大多数的粉末涂料是电阻率很高的高分子有机化合物，是不导电的绝缘物质，称为电介质。但在与高频高压静电发生装置相连的喷枪（负极）和接地工件（正极）问形成的静电场中，通过电晕放电、空气电离及电介质极化，粉末颗粒就带电了。而一旦带电，它在静电场中必受到电场力的作用，向工件方向运动，最终吸附到工件表面，形成涂层。粉末颗粒在工件上吸附质量的好坏，一方面是由它所受的电场力的大小决定的，而它所受电场力大小与它所带电量有如下关系：
F=Eq（1）
式中F――涂料颗粒所受到的电场力；E――电场强度；Q――涂料颗粒的带电量。
在不考虑电场本身因素E的情况下，电场力F与其带电量q有正比关系，这就是说在电场条件一定的情况下，粉粒带电量越多，其所受的电场力越大，对上粉越有利。
按照电力学理论，电介质的带电量与外电场及其本身的因素有关，在排除了其本身的化学因素的情况下，涂料的带电量与涂料颗粒的半径R，所施加的电压的关系由下式确定：
q=10-9/9V・R （2）
式中q――涂料w粒的带电量；R――涂料颗粒的半径；V――静电场的工作电压。
这说明在不考虑电场因素的情况下，粉粒的带电量与其半径大小成正比，粉粒越粗大，其带电量越多，越有利于上粉。但是，又不能只考虑带电性好，而一味选择粗大粉末，造成涂层严重“桔皮”。实际上，近年来涂料研究的巨大进步，己使涂料的流平性能大为改善，操作得当的话不会出现严重“桔皮”。研究和实践证明：在一般的防腐、装饰方面，特别是家用电器方面的应用，选择粉末粒度在180目左右，综合效果最好。
（2）问题二：为增强粉末附着力而一味地采用加高电压的方法强喷。
电场强度（E）与高压静电电压（U）及两极问的距离（d）相关，其实就是工件与枪嘴的距离，因而E随着U的变化而变化，U越大E越大，进入电场的粉末受到电磁力也越大。
在一定范围内，喷涂电压增加，粉末附着力增加。但当电压超过9WV时，粉末附着量反而随着电压增加而减少。
当电压过高，会导致以下几种情况发生，都会使喷涂质量下降。
1）法拉第笼效应严重，被喷涂物体的外壳对它的内部起到“保护”作用，使它的内部不受外部电场的影响，产生静电屏蔽，将会导致凹槽或死角不上粉，从而喷涂效率降低。
2）粉末出枪口速度增大，粉末与粉末之间的摩擦加剧，温度上升，产生色差，漆膜色泽度降低。粉末打在被喷涂物表面的力加大，对表面产生影响，漆膜产生“桔皮”现象，漆膜流平性差。
3）电压增加时，粉层的初始增加率增加，但随着喷涂时间增加，电压对粉层增加率的影响减小。
根据电力学原理分析，加高电压对增强粉末附着力并无效果，反而使喷涂质量下降。且电压过高会造成火花放电，严重时发生火灾。手工操作时，电压过高对人体会有效应，产生不安全感。所以实际生产中的使用电压在50～90kV，手工操作电压最好50kV左右。
3结论
将油漆传递效率、喷涂表面质量及应用范围进行对比，见表1。
工程机械涂装应用混气静电喷涂的优势
1从涂装生产线设备现状考虑
工程机械结构件涂装线或整机涂装线，皆因其产品或工件体积大、质量大、外形复杂等诸多因素，加之生产制造者主观认为对产品涂装外观质量要求较低，导致涂装生产线设计简陋，设备维护差。喷漆室气流紊乱，风速不均，影响涂料施工，浪费大，同时对环境污染重，对涂装操作者健康伤害大，工程机械面涂目前主要采用传统式下壶喷枪空气喷涂或双隔膜泵＋RP喷枪空气喷涂，喷涂工具本身对涂料上漆率就很低，加之涂装生产线设计不良，导致涂料利用率更低。在这种情况下，混气静电喷涂应用就尤有优势，通常空气喷涂传递效率为25%～35%，实际生产过程中，涂料传递效率不足25%，而混气静电喷涂利用率为80%～90%，实际生产过程中，涂料传递效率至少在70%以上，这种明显差距，使涂装操作者对于膜厚及材料消耗的控制得到有效改善。
2从工程机械涂料用量考虑
工程机械产品体积庞大，决定了其油漆用量大，随之油漆浪费也将增加，成本也大大增加。现代化工业发展竞争中，在性能差别不大的情况下，价格低将占有绝对优势，混气静电喷涂的应用将大幅度提升涂料利用率，降低涂料消耗，将有效降低产品制造成本。
3从涂装效率考虑
通常情况下，空气喷涂一次成膜在8～12μm，空气静电喷涂一般在15～20μm，而混气静电喷涂一次成膜将达到30μm以上，混气静电喷涂效率最高，尤其对于颜色较淡或较艳的涂料，本身遮盖差，要求涂膜较厚，使用混气静电喷涂，将有效提高效率，保证质量。
4从环境污染及人身健康考虑
涂料利用率低，意味着浪费高，多余的涂料部分被处理，部分飞溅到喷涂环境中，若设备处理漆雾能力低，将使得环境污染重，喷涂操作者健康将遭受极大的威胁。
结语
综上所述，混气静电喷涂应用，从产品质量保证、效率提升、降低成本及减少环境污染及减少健康伤害等方面，较目前其他喷涂工艺有明显优势，手持混气静电喷涂工艺已得到初步应用，当然，对于自动喷涂来讲，采用自动混气静电喷涂工艺也很容易。关于混气静电喷涂应用方面，笔者给出如下建议，仅供参考。
1）混气静电喷涂用于面漆喷涂较合适，因其效果没有空气喷涂好，所以对于面涂质量要求过高的场合，不宜使用。
2）底漆喷涂目前采用高压无气喷涂居多，从利用率及喷涂质量考虑，建议改为混气喷涂，当然也可增加静电效果，但因底漆施工黏度较大，静电效果一般不会很好。
3）混气静电喷涂，在压力比的选择上，不宜过高，一般建议在36∶1以下为宜，以免伤害喷枪。4）因静电喷涂环抱效应，可能在空腔喷涂时会有屏蔽，不易喷涂，建议静电喷枪制作厂商设计时必须考虑要有静电开关，且静电开关要设置在喷枪上，方便操作。
[关键词]GFG 涂油机 控制
中图分类号：O348.4 文献标识码：O 文章编号：1009914X（2013）34038101
近年来，静电涂油技术已成为国内外快速发展起来的新型技术，它广泛应用于各个工业领域中。它不仅能节省涂料，降低对环境的污染程度，而且可以使喷涂工艺机械化、连续化、减少废品率，获得优异的涂膜性能，大大提高劳动生产率，改善劳动条件，从而获得可观的社会经济效益。本文着重以连续酸洗线使用的 GFG静电涂油机（其型号为JTD17）为例进行分析和探讨。
1.静电喷涂基本理论
1.1普通的涂装工艺
一般来说，被涂物在涂装之前须经过前处理，使其除油、除锈、生成磷化膜，这样能够达到更好的防锈目的，与喷涂介质更好地黏着。由于被涂物的规格、形状差异较大，如果仅采用一般的涂装技术进行涂覆，喷涂介质的实际利用率一般只在30%左右，其余的70%都浪费了，因此，这不仅增加了产品的成本，而且也污染了环境。
1.2静电喷涂基本原理
静电喷涂是以被涂物为阳极，一般情况下接地；涂料雾化结构为阴极，接电源负高压，这样在两极就形成了高压静电场。由于在阴极产生电晕放电，可使喷出的涂料介质带电，并进一步雾化。按照“同性相斥，异性相吸”的原理，已带电的涂料介质受电场力（F=扭）的作用，沿电力线定向地流向带正电的被涂物表面，沉积成一层均匀、附着牢固的薄膜。静电喷涂也可采用正极性电晕放电，但负极性电晕放电的临界电压较正极性电晕放电低，又较为稳定、安全且不易产生火花。因此，在通常情况下将被涂物作为正极接地。
2.静电涂油原理分析
静电在均匀、细化雾滴及提高雾滴在目标物的沉积量、均匀性、吸附性等方面有明显的效果。液体的粗电喷涂是指在喷嘴和对应的接地电极之间加上高电压时，喷嘴尖端流出的液体因受表面张力、静电力、电荷之间的排斥力以及重力等作用力使液滴表面不稳定，进而分裂后破碎，最终将雾化后的液滴均匀地涂覆在被涂物上。在液体静电喷涂的研究中，其基本喷涂原理和粉末喷涂并无太大差别，只是高压静电场中液滴雾化程度的好坏直接决定了液体的喷涂效果。
虽然在静电场作用下液体雾化机理比较复杂，但是这对于液体的静电喷涂研究有十分重要的意义。通常情况下可以认为，液体的表面张力和黏滞阻力是雾化过程中存在的两种主要阻力。研究发现，液体荷电导致其表面张力降低和内外压力差增加有利于液体雾化，雾滴荷电量达到极限时，表面电荷间的排斥作用使雾滴继续分裂。静电涂油技术正是利用静电对液体作用来提高雾化效果，进而提高生产效率，降低生产成本。
用于静电喷涂的液体雾化后的雾滴比较均匀，通过高压静电场可以有效地降低雾滴尺寸，提高雾滴谱的均匀性、沉积效率等。同时，用于液体喷涂的涂层质量好、工作可靠、设备利用率高、维修费用少、对环境污染少，从而可获得良好的经济效益。液体静电喷涂技术正是基于此种目的才广泛地应用于工业中，可以用来静电喷油、静电喷漆等。
3.静电涂油机工作原理
静电涂油机是液体静电喷涂应用的成功范例，它是集机电及高压静电技术于一体的高科技产品。它依靠高压静电的作用，将液体防锈油均匀地喷涂在金属板（带）材表面上，可广泛用于钢及有色金属板（带）材生产线以及其他需要高质量涂油的工艺过程中。GFG静电涂油机工作时液滴喷涂雾化的基本原理为：当涂油刀梁接通高压直流电源负极后，刀梁与钢板之间就建立了高压静电场。由于涂油刀梁的刃口比较尖锐，曲率半径极小，因此在刀梁尖端处产生电晕放电现象，空气分子在此情况下被电离成为正负离子，这些正、负离子会沿着电力线快速运动，正离子飞向喷油刀梁而被中和，负离子则被电场加速而向钢板（带正电）飞去，途中会与油滴相撞而使油滴荷电。随着油滴表面负电荷的逐渐增加，电荷间的静电斥力将随之增大，当电荷之间的静电斥力超过液滴的表面张力时，液滴将会破碎，宏观上即为雾化现象，最终将雾化后的液滴均匀地喷涂在钢带（钢板）上。
4.GFG静电涂油机的控制系统
GFG静电涂油机控制系统主要构成：GE90-30 PLC，位置控制器及流量控制器等。PLC系统参与涂油全过程，负责与SCPL通信，是涂油机控制系统的核心。
涂层材料运至涂油刀利用一个可靠的位移测量系统。测量系统通过PLC伺服阀系统控制。包括一个工作回路和提供准确及大范围的涂层重量和涂油速度的反馈控制回路。这个系统考虑带钢速度、宽度及涂层重量选择提供出所需要的准确的涂层材料重量。
可变喷吹宽度的涂油刀系统安装在钢带生产线上面。利用两套50mm宽的不锈钢宽度控制扇型块可以很容易的维修、替换。喷吹宽度可以由操作者从660mm-1850mm选择。涂油刀用铝连续成型并安装在不锈钢扇型块上。当涂油时，空气控制阀开动。涂油刀上连接的地方均可快速拆卸。整个涂油刀装配包括控制阀和管线可在不到10分钟内拆走。
外壳用于防止涂油刀与钢板接触。外壳由HRS板衬一厚的不导电材料制成，以使带电涂油刀与外壳绝缘。外壳装配有法兰盘，可以安装于支架上。此系统的所有的导线和管线在外壳装配中留有终端接口以便于安装者现场安装。
一个完整的底面静电涂油装置安装在带钢生产线下面，提供钢板两面同步涂油，涂油量为0.5-2.5g/m2。底部涂油装置包括它工作时所需要的所有机械、电的及控制元件。
伺服驱动装置控制每一个测量泵系统。它包括一个容积式测量泵、伺服马达和转速计。转速计提供了一个反馈回路以确保输送至每个涂油刀的油量的准确。用于测量系统的油通过一个加热器加热，已提供所需温度。
此系统提供一个固态能源用于长时间故障时维修使用。能源与PLC连接以便精确的确定和监视电压和电流。能源有一安全回路，当电流过载时截止电压。能源释放于外壳装配中。
外壳有一个门，包括一个伺服驱动装置、控制继电器、开关、主要断路器和保险丝，并安装一个荧光灯，接线出口也提供了。二级控制板上所有的元件都联到端口接板上以便于安装者现场安装。
5.结语
通钢冷轧厂GFG静电涂油机系统自投运以来，设备工作状态基本稳定、正常，与国内同类涂油机比较，有以下优点：
（1）控制系统配置简单、合理，可靠性高；
（2）设备自动化程度高，故障、报警信息简单明了，从而使设备操作和维护简单，降低了工人的劳动强度；
（3）涂油量可在0.5-2.5g/m2连续可调，涂油质量高。
关键词：粉末涂料液体化；常温固化；节能；达到同样效果
中图分类号：TQ047.6 文献标识码：A 文章编号：1001-828X（2013）07-0-01
一、概述
为了开拓环氧防腐粉末涂料对金属防腐的领域，把环氧防腐粉末涂料理想地应用于钢质储罐和钢质管道异型件的防腐，我们开发了“新型环氧防腐粉末液体涂料”。此涂料在常温下，可通过喷涂、滚涂或刷涂的方法对钢质储罐、钢质管道异型件进行防腐，常温20min表干，24h固化成膜，固化成膜后的防腐涂层具有同静电喷涂、加热熔融固化的防腐涂层效果一样，附着力、抗冲击强度、抗弯曲强度比静电喷涂更好。
二、技术分析
环氧防腐粉末涂料是通过原料配制、熔融挤出、胶体压片、风冷压碎、磨粉、分筛而制得的一种半聚体粉状物质，只有再通过静电喷涂、高温熔融反应聚合，形成较大分子团，固化涂敷于金属表面，形成防腐层。但由于静电喷涂、高温熔融时间太短（2～3min），固化聚合不完全，使涂层的抗冲击强度、附着力、阴极剥离、耐温性能均差，达不到标准要求。而我们研发的“新型环氧防腐粉末液体涂料”，是利用合理的溶剂，把粉末涂料溶解成液体状态，并加以功能助剂，使其半聚体的分子活化，进而在常温下能自行反应聚合、固化成膜形成良好的防腐层。其分子活化后，也促进了粉末涂料中活化的环氧键与金属表面金属键反应结合，加之是常温固化，固化的时间24h，反应固化比较彻底（不象静电喷涂熔融固化时间短，聚合度小，固化不彻底），从而提高了粉末液体涂料防腐涂层的附着力、抗冲击能力和防腐效果。
三、涂层技术性能
新型环氧防腐粉末液体涂料涂层技术性能指标
四、结论
新型环氧防腐粉末液体涂料可在常温下采用无气喷涂或滚涂、刷涂的方法自由施工，涂膜常温固化，防腐涂层具有粉末涂料静电喷涂熔融固化的涂层效果，其抗紫外线、抗冲击性、附着力、阴极剥离性能还优于粉末涂料静电喷涂、熔融固化的涂层效果。节约能源，降低施工成本，是目前液态防腐涂料的理想替代品，也可与氟碳漆媲美，但售价低于氟碳漆，是当前金属储罐、异型管道内外防腐的理想材料。表面亮度好，也可用于木器装饰器。若添加无机高效抗菌材料，还可用于船舶的外防腐涂层，其不但防腐效果好，还可杀灭藻类等各类有害细菌，防止船舶底部藻类物质的滋生，减少船舶在水中的航行阻力，降低能源消耗。并经过在大庆油田试应用，防腐效果优良。
综上所述，新型环氧防腐粉末液体涂料具有其诸多创新点和优点，其特定的溶剂对人体无毒害，是一个节能降耗的新产品，值得广泛推广应用。
作者简介：赵秋玲（1960-），女，陕西西安人，工程师，从事橡胶助剂、金属管道防腐保温材料方向的研究。
【关键词】喷涂设备；高压静电；空气静电旋杯
Abstract： Based on the analysis and research of the air electrostatic rotary cup spraying ，In the market has been based on the equipment ，design a kind of spraying equipment used for the DC static high voltage generator.Design shows that further perfect the design requirements. Through the test proved to improve the resistance EMI ability and reduce the power consumption，and has good protection performance.Through the practical application show that the generator to improve the equipment of paint rate of more than 85%，Shanghai juji rate of more than 90%，Spraying quality improved.Still need further study design in order to continue to improve
Key word： Spraying equipment； High voltage electrostatic； air electrostatic rotary cup
0.引言
传统的空气喷枪的上漆率只有30%～40%，而且喷涂质量也不高，而今的空气+静电 +旋杯的空气静电旋杯式喷涂已达70%～80%的上漆率，通过技术改进上漆率还能提高，由于空气喷枪喷涂造成色漆涂料的极大浪费，所以目前新型的空气静电旋杯式喷涂在不断发展和广泛应用之中。
空气静电旋杯喷涂通过压缩空气驱动高速气电机，进而驱动有齿纹的旋杯高速旋转使油漆雾化，将油漆雾化成小液滴，通过调整雾化空气的流量和压力控制油漆雾化程度大小和喷涂扇面形状，通过控制整形空气的压力来调整喷涂幅度，以达到精确喷涂的目的。针对相同的金属底色漆，通过研究空气喷枪喷涂和静电旋杯喷涂的效果和差异，研究人员不断设计出新型的高压静电和高速旋杯供设备使用。空气静电旋杯喷涂原理图见图1，其中高压静电发生器起重要作用，雾化油漆在高压电场的作用下形成定向运动，对提高上漆率、涂复率和上漆质量等有很大影响。
1.空气静电旋杯喷涂的电气原理
静电涂装基本上与针状电极和平板高压电场的性质相似，即以接地的被涂物作为正极， 涂料雾化器（ 即旋杯） 接负高压电作为负极， 在两极间形成高压静电场， 在负极产生电晕放电， 使喷出的漆雾带负电， 并进一步雾化， 按同性相斥， 异性相吸的原理， 已带电的涂料介质受电场力（ F=qE） 作用， 沿电力线定向地流向带正电的被涂物表面， 就可中和沉积成一层均匀、附着牢固的薄膜，如何使带电微粒（ 漆雾） 受静电场作用， 沿电力线方向高效、均匀地吸附到被涂工件上， 呈现独特的环抱效果是直流静电高压发生器的主要任务。通常情况下我们将被涂物作为正极接地。一般使用0.6～200kV作为静电喷枪和工件之间的电压，但含有的金属粉性质不同时电压的选择不一样，导电性能较好的涂料如铝粉漆电压要低一些，同时空气压力伴随的雾化流量也是考虑的因素，由于静电场强度与电压成正比，因此在工艺上，一般选较高电压，使喷涂涂复率达到一定水平，比如在80%以上，电压较低时涂复率较低，但电压也不能太高，易打火花， 不利安全，同时电压过高，绝缘性难以达到，工人和设备的安全性不能保障，通过研究高压恒流特性更有助于提高喷涂质量。
本设计是按照以铝粉漆为主的高压静电旋杯式高压静电发生器，压力指标：涂料压力0.3Mpa，最大0.62Mpa；空气压力0.1 Mpa ～0.4Mpa，最大0.62Mpa。
根据设计，直流静电高压发生器原理方框图如下：
主要控制指标：
输入电压：AC220V，50HZ
电源容量：100VA
输出直流高压：10～100KV
输出直流电流：10～100μA
保护类型：过电压击穿保护，过电流切断。
2.电路设计和特点
2.1 EMI和整流滤波稳压电路
核心器件是EMI滤波器组成，整流滤波稳压电路是由整流电路、滤波电路、稳压电路组成，其中稳压电路的核心器件是2片C2440、1片C1815。
此电路的特点是：具有较强的抗EMI干扰能力，功率因数大幅提高，电源效率也得到提高，恒流特性得到增强。
2.2 直流―交流主电路，以及控制电路
主要采用单相桥式CMOS驱动，核心芯片IRF530和IRF9530，高压电流恒流控制核心芯片主要选用UC3875和3片LM358和2片LM317。
此电路的特点是：采用全桥驱动可靠性提高，频率可高达1MHZ，减少了输出直流的纹波，使直流性能提高。进一步提高输出恒定直流性能。保护功能完善，过电流和短路保护、过电压和电压峰值保护电路、启动和软启动电路等，另外还有温度保护电路和瞬时高压保护（高压击穿保护管）保证了设备的安全性，按喷涂前的工艺参数测试，方便的通过电压电流给定调节电路调节给定电压和电流参数。
2.3升压变压器和倍压电路
升压变压器将输入交流电压升至最高10KV，倍压电路由高压二极管和高压电容组成，十倍压电路将升压变压器的输出电压最高升至最高100KV。
2.4 高压电流显示电路和高压电压显示电路
此电路将采样的电压电流信号放大至WS7107CPL芯片和数码管，显示精度3位半。
3.总结
通过分析几款台湾和日本的相关产品，设计出的高压静电发生器在实际运用中表现良好，特别是在电路前端采用EMI和直流稳压，提高了系统抗EMI能力和提高功率因数以及减少了功率损耗，直流稳压还进一步保证了后级的恒流特性；在保护电路上增加了短路电流和高压峰值保护，特别是在高压电源恒流特性上表现优越。通过试验上漆率进一步提高，达85%以上，铝粉依附性能和产品质量进一步提高，需要改进的地方是第一级滤波稳压电路的功耗需要进一步减少、输出频率1MHZ还可提高、电流检测精度也需进一步提高、需进一步研究倍压电路的稳压性能满足恒流的需要。
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关键词：石墨烯；涂料；导电；防腐
引言
使用工具是人类区别于其他动物的根本特征。人类的历史本质上是人类使用工具改造自然、认知世界的过程。优质的材料是工具发展的主要动力之一。许多次人类科学乃至社会上的重大进步，都是与新材料的发现、发明密切相关。石墨烯是21世纪重要的新型材料，其由多层片状结构组成，每层结构都是由碳原子经过sp2杂化轨道组成的六角型呈蜂巢晶格平面薄膜。石墨烯的理论已经提出了一段时间，但一直到2004年英国物理学家安德烈・海姆和康斯坦丁・诺沃肖洛夫，才在实验室中人工分离出石墨烯单体，从而证实了石墨烯的存在。两位学者也因此荣获2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯是纳米材料中厚度最小、强度最大的种类。由于吸光率很低，只有2.3%，所以外观几乎是完全透明的。石墨烯物理性能优异，导热性能比碳纳米管和金刚石还高，为5300W/m・K，室温环境下其电子迁移率大于15000cm2/vs，超过纳米碳管或硅晶体。石墨烯是当前世界上已知材料中导电性最好的材料，电阻率仅为10-8Ω・cm，低于铜或银。综上所述，石墨烯兼具比表面积大、导电性好、化学稳定性强、力学性能和导热性能优异等优点，一经问世，就受到世界各国的广泛关注。现阶段我国已经初步形成石墨烯工业化生产。石墨烯应用范围十分广阔，涂料是目前石墨烯众多应用领域中的一个重要组成部分。凭借各种优越性能，石墨烯在导电涂料、防腐涂料、阻燃涂料、导热涂料和高强度涂料等方面都有着非常深远的应用前景。下面就对石墨烯在涂料领域中的主要应用进行一下简要介绍与分析。
1 石墨烯在导电涂料领域的应用
1.1 汽车静电喷涂浅色底漆
汽车是重要的工业产品。作为汽车构成系统中的有机组成部分，汽车塑件具有很好的市场空间。当前汽车塑件涂装普遍采用常规空气喷涂方式作业。这种喷漆工业是以喷枪为工具，使用压缩空气为载体进行生产。在生产过程中，大量涂料以雾化形式散逸到空气中，不仅成本昂贵，而且会造成较为严重的空气污染。基于这个原因，汽车及涂料企业一直把更具有经济性、环保性的新型涂料作为汽车涂料的主要开发目标。其中，静电喷涂就是其中一个重要方向。静电喷涂以电场为涂装载体，不但涂料利用效率高，成本相对降低，有利于环境保护，还具有生产速度快，装饰性能高等优点。汽车组成构件中有很大一部分，比如说汽车车身、保险杠、内外饰件等，都是塑料制品，无法形成电场。为了实现静电喷涂工艺，就要先在加工件表面先涂上一层导电底漆，然后在进行静电喷涂。当前汽车喷涂导电底漆主要通过添加导电炭黑使涂料具有导电性。由此导致导电底漆颜色较深，为了美观，往往要再喷涂一层底漆进行遮盖，然后再进行正式的静电喷涂。这种方法工艺复杂，也提高了成本，故此推广难度较大。使用石墨烯作为导电剂后，可以回避因为导电剂带来的底漆颜色变深问题，对于汽车静电喷涂的改进十分有利。数据显示，加入2%到4%的石墨烯后，底漆涂层值为40到50，完全可以满足汽车静电喷涂的色度要求。
1.2 导静电涂料
石墨烯在导电涂料中的另一个重要应用领域是导静电涂料。该种涂料表面电阻通常位于106到109之间，可以有效防止静电导走现象发生，故而一般应用于对防火、防爆等要求很高的场合。比如石油、化工、铁路、交通等行业贮油罐、输油管道、油轮等贮油、输油设备的内外壁，煤矿、航空、纺织、粮食等行业设备的防腐涂料一般都是使用导静电涂料作为防腐涂料，这样既可以最大限度防止设备腐蚀，又可以避免电荷集聚产生静电引发火灾事故的问题。石墨烯兼具良好的导电性和防腐蚀性，因而在导静电涂料中应用效果很好。
2 石墨烯在防腐涂料领域的应用
2.1 环氧富锌漆
防腐涂料一直是涂料的重要分支之一，在工业生产中应用十分广泛。在国民经济生产中，大量金属制品的使用使得设备防腐的要求很高，防腐涂料的市场需求呈现持续上升态势。统计数据显示，全球每年因为腐蚀所造成的经济损失高达万亿美元，远超自然灾害所带来的经济损失。在现有的环氧防腐涂料中加入石墨烯，处理在原有性能外，更提高了抗冲击性、附着力、耐水性、硬度等指标。在海洋工程、交通运输、大型工业设备及市政工程设施等领域的设备防腐方面应用十分广泛。
2.2 水性防腐涂料
环保涂料是当前涂料开发的主要方向。水性涂料由于VOC较低，因而成为环保涂料的重要发展目标。水性涂料使用水作为分散剂，表面张力大，漆膜成膜性一直不够理想。在水性防腐涂料中加入石墨烯，可以有效改善这一点。
3 石墨烯在阻燃涂料领域的应用
石墨烯单体二次元结构，分散到漆膜中层层相叠，形成致密的隔离层，可以起到防火阻燃作用。如果在涂料中加入树脂，石墨烯还可以与树脂分子发生交联，进一步强化隔离效果，阻燃效果得到加强。另外，石墨烯涂料燃烧后的产物除了二氧化碳与水外，还会在原处留下连续分布的碳层，从而再次提高阻燃效果。基于这个原因，石墨烯在阻燃涂料方面也有着很好的应用。
4 石墨烯在高导热散热性涂料领域的应用
石墨烯具有很高的导热系数。在涂料中加入石墨烯，可以显著改善涂料的导热性能。因此，石墨烯改性就成为散热涂料的一个重要发展方向。此外，石墨烯比表面积很大，漆膜中含有一定数量的石墨烯，可以使漆膜散热面积大幅增加，有助于漆膜表面和内部热量的散发，使得内外温度趋于一致。由于石墨烯涂料具有很好的机械性能、耐腐蚀性和耐老化性，所以在许多条件严苛的使用环境中通常使用石墨烯涂料作为部件的散热涂料。
5 石墨烯在高强度涂料领域的应用
由于石墨烯的比表面积很高，因此具有很强的吸附力。涂料中添加石墨烯后，其在漆膜固化的过程中形成网状结构，极大地增强了漆膜和底材的粘结性，漆膜更加稳定，强度更好。试验结果显示，加入石墨烯后，涂料的耐冲击性能，耐摩擦性能，导热性，耐候性及防腐性能都有了较大改善。
6 结束语
随着社会的发展，人类对于各种高性能材料的需求会越来愈大，石墨烯以其极为优异的物理、电化学性能受到人们的高度关注，应用前景广阔。在涂料行业，特别是在文章所述及的导电涂料、防腐涂料、阻燃涂料、高强度涂料以及散热涂料方面，石墨烯的优异表现受到厂家的热烈欢迎，发展速度很快。我们相信，随着石墨烯性能以及涂料领域的深入研究，石墨烯在涂料领域势必会获得更加广阔的发展空间，产生更加突出的表现，推动涂料产业的进一步升级。
参考文献
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