关键词：重防护 喷粉 电晕放电现象 粉沫静电极化 静电力和偶极力 边棱倒园弧 边缘包封率 自持厚度效应 半固化热喷涂 表面耐电击

    引言：

    我自1985年~1994年从事了十年高压静电粉沫涂装工程。1985年前后，喷粉工艺在全国还很少，只有沿海屈指可数的几个城市中有。当时邮电部所属厂没有喷粉工艺，准备上喷粉工艺的邮电通信厂算是我厂最先。为了把握喷粉工艺上马，先到沿海去调研了几个单位，收获不小。回厂后和同事们一起设计了喷粉厂房，完成了手工喷粉生产线和自动喷粉生产线各一条。自动喷粉生产线和直埋式增音机箱重防护喷粉技术这二项各得到了国家技术成果奖。从建喷粉车间、安装设备到投产仅用了一年多时间。当时我们日夜热衷于搞喷粉工艺试验，那时候美国诺信公司请我和同事共五人去东南亚免费考察半个月，但为了赶工艺试验，放弃了出国考察的机会。

    我厂喷粉上马数年以后，其他邮电部属厂也络续上喷粉工艺。但当时邮电部标准化研究所尚无喷粉工艺部标。1990年邮电准化所就委托我起草“邮电部高压静电粉沫涂装工艺标准（简称：喷粉标准）”，通过二次会审后作为部标颁发给邮电部各厂参照执行。

    一，中国人民解放军通信兵部逼着我们上重防护粉沫涂装工艺

    二十世纪八十年代中期以前，我军通信用地下直埋式增音机箱都是进口德国西门子公司的，机箱箱体是紫铜的，价格昂贵，要消费大量的外汇。一九八七年，中国人民解放军总参通信兵部向全国招标，标的是国产金加工铁壳机箱以后喷粉涂装，要求直接埋入地下，二十年重防护保质。

    以前的国产增音机箱的安置，要先在线路的地面上建筑一个四平方米左右的类似“小庙”（铁路旁边常能见到这种“小庙”），做好防潮措施以后，把增音机箱安装在“小庙”中。电讯号在传输过程中会能量减弱，每相隔3~4公里距离就要安装一只增音机箱来补充电讯能量，1000公里需装增音机箱二百多套。这么多的“小庙”在通信线路上显目，很不保密。军事通信为了保密和安全，增音机箱必需直接埋入地下。就是在地上挖个土坑，把机箱直接埋下去。要做到机箱直埋式，机箱的防潮、防腐特性必须达到重防护军级。重防护成了突出的技术攻关问题。所以通信兵部向全国招标，加工“直埋式增音机箱”，我厂也是招标的单位之—，我厂研究的方案是制造铁机箱+镀锌钝化+喷粉。兵部把十多个招标单位的样机送往东北本溪市市郊的盐碱地作直埋试验。时过一年后，兵部长官来厂说，我厂的样机被评定为质量最好，但还是不合格产品，军方要求我们努力继续攻关。军方定的质量指标是：在增音机箱体的所有外表面上能耐受二千伏特高压电冲击而不被击穿，不打电火花。

    我们通过几十次的试验终於找到了E/P粉沫在十万伏高压静电场中的行为规律，发现它与以下二个因素有密切的关系：一是工件表面的平整状态;二是工件边缘的几何状态。工件表面越平整，喷粉涂复越耐高电压的冲击;我们还发现高压静电涂复的边缘效应与电镀的边缘效应正好相反。电镀时工件边缘的镀层会偏厚，而喷粉却说得其反，边缘涂层会偏薄（见附图一和附图二）。喷粉涂层被电击穿的部位绝大多数在工件的边缘上，这是什么道理呢？当时不了解。只得继续学习和实践。

    二，高压静电粉沫涂装的理论基础

    （一）静电粉沫喷涂的工作原理：塑料粉沫微粒，经过与高压电源接触的静电喷枪的电晕放电电极（放电针）附近就带上了负电荷，然后在输送气压力和静电力的双重作用下沿着电力线方向飞往带正电性的（接地的）工件上。塑料微粒在静电力和偶极力的作用下均匀的吸附在工件表面;然后经过加热熔融、流平、胶联、固化成涂膜。

    （二）电晕放电现象：带电导体达成静电平衡时，导体电荷都分布在表面，而表面曲率越大的地方其电荷分布密度越大。即曲率越大的地方电场强度也越大。故导体的尖端容易产生尖端放电现象。在强电场影响下，空气被电离，并发生激烈运动，与尖端上电荷同符号的离子急速离开尖端，而异符号的离子则冲击尖端，发生电性中和现象。急速运动的离子与空气中中性原子碰撞时，可使原子呈激发状态而发光，形成电晕放电现象。

    （三）塑料分子在高压静电场作用下的极化现象：塑料粉沫涂料分子结构中含有极性基团，如羟基、环氧基等，故它们是极性分子。在没有外电场作用时，各分子所产生的电矩是杂乱无章的，所有分子的电矩互相抵消，显示电中性。当有外电场作用时，电矩定向排列，呈现极化状态。

    （四）塑料粉沫涂料微粒在高压静场中的行为：当枪口放电针上加上负高压时，使附近空气中的分子电离，并产生电晕放电。当粉沫通过电晕场时，形成带负电的微粒，因而产生了静电力；同时在静电场中，粉沫分子处于极化状态而产生了偶极力。静电力和偶极力成为粉沫吸附在工件上的动力。

    （五）反电离现象和自持厚度现象：当粉沫微粒靠静电力和偶极力吸附在工件上的同时，空气中一些电离的负离子也吸附在工件上。由于粉沫是绝缘体，当喷涂刚开始几秒钟内，涂层中电荷越积越多，场强越来越大，直至升高到把空气击穿的强度，即产生了反电离现象。反电离现象使镀层破裂，加热固化时将出现凹凸不平的涂膜，即出现桔皮或针孔。这是喷粉工艺的不足之处，应严加控制工艺条件以减少疵病。同时，在粉沫的沉积过程中，当反电离现象一开始，粉沫沉积（吸附）效率就开始下降，随着反电离现象的激化，沉积效率越来越下降，最终不再上粉，即产生了自持厚度效应。不像电镀，时间越长镀层会越厚。

    （六）粉沫在高压静电场中的边缘效应：高压静电场对不同品种的粉沫作用效应是不同的，用一个专门的指标来衡量，这指标称“包边率”或称“边缘包封率”。边缘包封率越大，工件中央部位和边缘、棱角部位涂复厚度相对差距就越小，反之则然。国产粉沫的边缘包封率在当时一般小于20%，而先进国家已达40%。目前的先进指标达多少，我不详。

    由于喷粉有自持厚度效应，到达一定厚度后不再增厚，为了达到重防护目的，必须设法用其他方法加厚。通过试验我们采用半固化态热喷加厚的方法，以达到耐2500伏特（内控指标）高电压的厚度要求（军标为2000伏特）。

    由于喷粉有与电镀相反的边缘效应，为了减小边缘效应，我们对工件的边缘和棱角作了倒成园弧处理，使边棱的园弧R≧4，企图增加边缘包封率。

    通过半固化态热喷加厚的方法和边缘倒成呈R≥4的圆弧状,消除棱角的方法，终于攻克了技术难关，制成了合格军品，为国家填补了直埋式增音机箱的空白。大批量合格直埋式增音机箱源源提供军需。

  三，重防护喷粉工艺对粉沫特性的要求

    要求粉沫特性中，边缘包复率要大一些，表观密度宜大一些（即粉要细一些）等。但是当时国产粉沫的主要特性指标不理想，所以工艺中采用半固化热喷以增加厚度和采用边棱角倒园弧来弥补粉质的不足。

    我当时收集到的粉沫质量参数指标，通过整理后表达如下：

    从表中看到：

    国产粉的表观密度比外国产要小一些;

    外国粉的边角复盖率比较高。

    四，机箱重防护的工艺流程

    金工制造铁壳机箱→棱角倒圆弧，箱体修毛→镀前处理→氰化物镀锌（≥15µm）→锌层彩钝化→钝化膜烘干老化→表面水砂纸打磨（水磨）→烘烤至1800C→乘热喷粉→恒温1800C热熔固化，当膜处半固化状态时（观察膜层己流平且发亮、呈半固化态）→再热喷一次→恒温1800C30~40分钟完全固化（见表面己失光，与半固化时有明显区别）→自冷→涂复耐电压测试。

    五,喷粉工艺设备及参数（手工线）

    主要设备：高压静电发生器，喷枪，喷室，粉沫流化床，粉沫循环回收装置，空气压缩机组（做到无油、无水、无尘）。

    材料：E或E/P（环氧或环氧/聚酯混合物）半光亮粉，粒度要求10~100µm（最佳40~70µm）

    喷粉电压：70~90KV

    空气压力：1~3公斤/平方厘米

    顺风枪距：350~450mm，逆风枪距：250~350mm

    出粉量：60~200克/分钟

    环境湿度：60~80%

    涂复控制厚度：150~200µm（增音机箱）。一般工件60~100µm。

    有良好的粉沫回收装置和无油、无水、无尘的空气压缩机组。

    六，执行本工艺注意事项：

    （一），挂钩要及时退涂，保持电接触良好。

    1，最简单的方法是焚烧法，把涂层烧掉以后用砂皮打磨清理挂钩。

    2，也可以用试剂浸泡法除之。试剂配方和配制条件：

    （重量百分比浓度配制法）

    二氯甲烷---76%甲酸---12%苯酚---12%

    先把二氯甲烷加热至30～400C（不准用明火加热）然后分别在搅拌条件下溶解甲酸和苯酚。

    ＃配制1公斤方法：

    将760克二氯甲烷（571·4毫升）加热至30～400C，在搅拌条件下分别溶解120克甲酸（98·4毫升）和120克苯酚。

    3，锤击法。用锤把涂层击破除之。

    4，磺化法。用浓硫酸浸泡，不准带入水。

    （二）做军级品必须以氰化镀锌作底层，然后喷粉。非军级品铁件可以用磷化层作底层。铝制品可用电解氧化作基础后喷粉。

    （三），热容量相差很大的工件不要同时、同烘箱烘烤。否则当热容量大的工件涂层固化时，热容量小的工件己经烤焦了。

    （四），防止粉受潮。

    （五），不要长期使用循环回收粉，要及时补充新粉。

    （六），喷粉工作结束后要及时做好喷枪、喷室等清洁工作。

    1，金属加工优质为前题；

    2，粉沫质量要保证；

    3，工件优质镀/涂前处理；

    4，涂层厚薄要均匀；

    5，固化温度和恒温完全固化时间要严格控制；

    6，热容量相差大的不同工件，不要同时、同箱烘烤；烘箱内工件要间隔分布均匀；

    7，稳定高压发生器，喷枪管路畅通无阻滞；

    8，喷室、供粉器（粉沫流化床）、粉沫回收装置结构要合理，确保粉沫回收效果好；

    9，稳定压缩空气源，净化干燥最要紧；

    10，环境清洁须重视，车间噪音要达标，定置管理、文明生产做得好。

    八,实践结论

    *利用高压静电E或E/P粉沫在铁制增音机箱表面涂装能够达到重防护级，直埋地下确保质20年目的。

    *检验产品质量指标的主要方法是用JC—4型介质击穿仪，表面达耐高压2000伏特（内控指标2500伏特）。

    *为弥补喷粉涂复边缘包封率差的持性，采用了工件边棱倒成园弧R≥4和半固化态热喷加厚的技措。