CN102939170A - 静电涂布方法和静电涂布枪 - Google Patents

Abstract

对将被涂布的不导电的对象（20）的表面（21）提供低电导率，并且在使自由离子最少化的同时通过静电涂布对表面（21）施加已经充有负电的涂料。

Description

静电涂布方法和静电涂布枪

技术领域

本发明涉及一种用于低导电涂布表面的静电涂布方法和静电涂布枪。

背景技术

通常，静电涂布指这样一种涂布方法，其中通过在用作接地电极的涂布对象和用作阴极的涂布设备的电极之间施加高电压，给涂料粒子负充电和形成静电场（电力线），使用静电力将涂料高效地涂敷到涂布对象上。静电涂布可产生诸如涂布效率（因为改进的涂层包裹而缩短涂布周期）的提高和涂料涂敷效率（因为涂敷在涂布对象上的涂料量的比率改进而减少涂料的用量）的提高的效果。

由于静电涂布的涂布对象被用作电极，因此所述对象需要具有电导率。当在不导电的涂布对象上执行静电涂布时，采用以下技术：

·通过与导电材料或导电剂混合从而为材料提供电导率。

·通过涂敷诸如导电底漆的导电膜从而为涂布表面提供电导率。

·通过诸如涂敷表面活性剂的抗静电处理从而为涂布表面提供临时的低电导率。

·通过将涂布表面接地和使用导电涂料从而为涂布表面提供低电导率。

引文列表

专利文献

专利文献1：日本专利申请公开No.2005-169353

专利文献1：日本专利申请公开No.2007-38081

发明内容

技术问题

在通过与导电材料等混合来提供电导率的情况下，最终产品的性能可能基于混合的导电材料等而变差。此外，与导电材料等的混合增加了成本。

在通过涂敷导电膜提供电导率的情况下，需要涂敷导电膜的步骤作为静电涂布的预处理。这增加了工时和成本。

在通过诸如涂敷表面活性剂的防静电处理提供低电导率的情况下，表面活性剂必须均匀地涂布在整个涂布表面上。此外，随着空气中的湿气被吸附到涂布表面上的表面活性剂膜中而出现水分子膜，以获得防静电效果。因此，该技术通常需要一定的控制以保持相对湿度超过60%。湿度控制不足导致涂料涂敷效率变化和涂层不均匀，并因此使涂层质量变差。为此，在上述涂敷导电膜的情况下，需要涂敷表面活性剂的步骤作为静电涂布的预处理。这同样增加了工时和成本。具体地说，具有复杂形状的诸如汽车的水箱的涂布对象需要合适的设施和控制。因此，极大地增加了成本。

相反，在通过涂布表面的接地和导电涂料的使用来提供低电导率的情况下，从涂布表面的接地部分周围涂敷导电涂料并随后将导电涂料分散开。因此，抑制了工时和成本的增加。然而，在静电涂布过程中，需要持续地保持接地部分（例如，用于保持涂布对象的夹具的金属部分）的激励状态（给予电压的状态）以及接地部分和涂布对象之间的接触状态。为此，需要诸如频繁去除接地部分上的污物的小心维护，并且该操作麻烦。此外，通过涂布导电涂料为涂布表面提供低电导率。为此，在涂布的初始阶段，不具有低电导率的涂布表面被涂布，并且因此不能获得诸如改进包裹的静电涂布效率和涂料涂敷效率。

鉴于上述情况提出本发明。本发明的目的是提供一种用于不导电的涂布对象的静电涂布方法和静电涂布枪，使得在抑制工时和成本增加的同时能够连续涂敷良好的静电涂布，而不需要使操作复杂化。

解决方案

为了实现以上目的，在根据本发明的静电涂布方法中，在抑制自由离子的同时将低导电涂布表面涂布带负电的涂料。

涂料还可通过从放电电极的电晕放电而带负电，并且通过设置在放电电极附近的自由离子去除电极减少或去除通过电晕放电产生的自由离子。

此外，还可使用导电涂料，并且导电涂料通过从高电压电极接受高电压的直接施加而带负电，以抑制自由离子的产生。导电涂料的体积电阻值优选为100MΩcm或更小，进一步优选为20MΩcm或更小。此外，将被施加的电压优选为60kV或更高。

注意，自由离子指当涂料通过电晕放电被负充电时在涂料的充电过程中不被使用的离子。所述自由离子主要以电离空气形式存在。

在上述方法中，在抑制自由离子的同时在低导电涂布表面上执行静电涂布。自由离子的抑制减少了到达涂布表面的离子的量，并且抑制了低导电涂布表面的充电。因此，可将低导电涂布表面的充电电平保持在低水平，使得能够连续涂敷良好的静电涂布。

其中通过自由离子去除电极减少或去除由电晕放电产生的自由离子的方法的有利之处在于可使用各种类型的涂料。

同时，其中导电涂料通过接受高电压的直接施加而带负电以抑制自由离子的产生的方法消除了对电晕放电电极和自由离子去除电极的需要。该方法的有利之处在于：不存在自由离子去除电极导致的涂料污物问题；不存在电晕放电电极导致的火花危险问题；并且提高了涂布均匀度（通过提高的涂料渗透到涂布对象上的凹入部分中的能力呈现），这是因为在电晕放电电极和涂布对象之间没有电力线。

根据本发明的静电涂布枪包括涂料供应管、高电压电极和喷射口。导电涂料穿过所述涂料供应管。高电压电极设置在涂料供应管中，并被构造为将高电压直接施加到穿过所述涂料供应管的导电涂料以给导电涂料负充电。所述喷射口设置在涂料供应管的末端或其附近，并且被构造为将带负电的导电涂料喷射到外部。换句话说，静电涂布枪不具有用于电晕放电以为导电涂料负充电的放电电极。

在涂布对象不导电的情况下，低电导率被提供到涂布表面。可通过以下方式的至少一个为涂布表面提供低电导率，所述方式即：在涂布表面上进行防静电处理；以及涂布表面的接地和导电涂料的使用。在涂布表面上的防静电处理可通过利用擦拭涂敷用防静电溶液涂布涂布表面来执行。

本发明的有益效果

本发明使得在抑制增加工时和成本的同时能够连续涂敷良好的静电涂布，而不使操作复杂化。

附图说明

图1是第一实施例的静电涂布枪的横截面示图。

图2是图1中的静电涂布枪的外部透视图。

图3是图1中的静电涂布枪的分解透视图。

图4是第二实施例的静电涂布枪的横截面示图。

图5是图2中的静电涂布枪的分解透视图。

图6是施加了60k伏特电压的体积电阻值为200MΩcm的导电涂料的水枪状喷射外观的照片，所述照片在喷雾空气停止之后拍摄。

图7是施加了60k伏特电压的体积电阻值（volume resistance value）为100MΩcm的导电涂料的水枪状喷射外观的照片，所述照片在喷雾空气停止之后拍摄。

图8是施加了60k伏特电压的体积电阻值为50MΩcm的导电涂料的水枪状喷射外观的照片，所述照片在喷雾空气停止之后拍摄。

图9是施加了60k伏特电压的体积电阻值为20MΩcm的导电涂料的水枪状喷射外观的照片，所述照片在喷雾空气停止之后拍摄。

图10是施加了60k伏特电压的体积电阻值为10MΩcm的导电涂料的水枪状喷射外观的照片，所述照片在喷雾空气停止之后拍摄。

图11是示出效果验证实验1的结果的表。

图12是示出效果验证实验3的结果的曲线图。

具体实施方式

<第一实施例>

以下，将参照附图描述本发明的第一实施例。注意，在以下描述中，术语“上”和“下”对应于图1中的竖直方向的上侧和下侧，而术语“前”和“后”对应于图1中的左和右。

如图1至图3所示，本实施例的喷雾枪（静电涂布枪）1是例如自动喷雾枪，并且其用于不导电的涂布对象20的静电涂布。喷雾枪1包括：枪体2，由绝缘树脂制成；涂料喷嘴3，由绝缘树脂制成并附着到枪体2的末端部分；以及空气帽（例如用于形成扇形图案的薄雾的类型）4，由绝缘树脂制成并附着到枪体2的前端部分，以覆盖涂料喷嘴3的外边缘。

枪体2的上部容纳级联发生器（高电压发生器）5，在所述级联发生器中，构成高电压产生电路的升压变压器和高电压整流电路被一体模制。在枪体2的前上部，具有电导率的连杆6向下设置。级联发生器5的前端毗邻连杆6，并且二者电连接到彼此。

孔10形成在涂料喷嘴3的中心部分。由绝缘树脂制成的电极外套7被容纳和被支承在孔10中。电极外套7的后端部分插入到形成在枪体2中的孔11中。电晕针（例如，由钨制成的放电电极）8被容纳和被支承在电极外套7的中心部分中。孔10的前端以连通方式经喷射口12连接到外部。电晕针8的前端插入并穿过喷射口12，同时从电极外套7的前端突出。电晕针8连接到在电极外套7中设立的保护电阻14的前端侧。保护电阻14的后端侧从电极外套7的后端暴露出来，并经容纳在孔10中的弹簧9电连接到连杆7。

空气帽7设有2种类型的喷气口（在示图中被省略）。喷气口之一用于将喷射的涂料雾化为雾化的空气，而另一喷气口用于形成扇形图案的薄雾，作为图案化的空气。

从功率连接器（未示出）输入的高频电压通过手柄中的连接线缆（未示出）被供应到级联发生器5中的升压变压器。在通过升压变压器升压之后，供应的高频电压通过高电压整流电路进一步增大并同时被整流，并且产生负好几万V的直接高电压。产生的直接高电压从级联发生器5经连杆6、保护电阻14和弹簧9被供应到电晕针8，并且通过电晕放电产生大量负离子（通过集中在针尖的不均匀电场导致的空气介质击穿产生稳定的放电）。将被施加的高电压优选为60kV或更高。

涂料过孔16形成在枪体2中，并以连通方式连接到孔11。导电涂料从涂料过孔16被供应到孔11，并在穿过孔10后从喷射口13喷射。

连接到地线的不锈钢自由离子去除电极（地电极）15以可拆卸的方式安装在枪体2的前端部分的外周上。自由离子去除电极15是由两个部分构成的可附接/可拆卸的板构件，并且设置在电晕针6的后侧附近的宽区域内。

不导电的涂布对象20的涂布表面21通过预先的防静电处理而具有低电导率。不导电的涂布对象20的接地部分23通过连接到地线而接地。

通过利用防静电溶液（例如，在异丙醇中溶解大约0.1至10%的季铵盐表面活性剂的溶液）的擦拭涂敷来涂布涂布表面21以执行防静电处理。防静电处理的膜24通过擦拭涂敷形成在涂布表面21上。擦拭涂敷指用浸渍有防静电溶液的布擦拭涂布表面21。通过擦拭涂敷，防静电溶液被涂敷到涂布表面21上，同时擦拭掉附着到涂布表面21上的污物和灰尘。擦拭涂敷是一种导致不平涂敷的低质量的处理，并且操作相当简单。

当将防静电溶液涂敷到不导电的涂布对象20的涂布表面21上作为静电涂布的预处理时，通过喷雾涂敷或浸渍涂敷在涂布表面21的整个区域上均匀地形成大致连续的膜以防止降低涂层质量。相反，在该实施例中，即使当执行诸如擦拭涂敷的差质量的预处理时，通过下面将描述的抑制自由离子的效果也可防止涂层质量的降低，并且预处理可被简化。

电晕放电主要发生在电晕针8和自由离子去除电极15之间。从涂料喷射口29喷射的雾化的涂料粒子飞行同时穿过因此产生的放电区。因此，涂料粒子接受电荷并带负电。充电的涂料粒子被涂料粒子的负电荷和接地对象的表面上产生的正电荷之间的静电力吸引，这被称作密勒效应。因此，涂料粒子到达涂布表面21。到达涂布表面21的电荷由于涂敷的导电涂料和防静电处理的膜24提供的低电导率从接地部分23放电。同时，不用于导电涂料的充电的自由离子的质量很小，并且，因此所述自由离子很难由于惯性飞行，而是沿着电力线飞向自由离子去除电极15并与之碰撞，结果损失电荷。换句话说，自由离子去除电极减少或去除自由离子。这样，涂敷的涂料粒子带有的电荷的大部分到达涂布表面21，并且抑制了由于与被自由离子电离的空气的接触而为涂布表面21充电。

已经验证，在防静电处理的膜24上涂敷大约30μm厚的导电涂料之后，涂敷的导电涂料和防静电处理的膜24提供的低电导率立刻具有大约700MΩ/□的表面电阻值。该表面电阻值远大于金属涂布对象的表面电阻值（其表面电阻值为几乎零Ω/□）以及其上涂敷有导电底漆的涂布对象的表面电阻值（其表面电阻值为大约10MΩ/□）。因此，在执行静电涂布而不抑制自由离子的情况下，大量电荷通过自由离子被供应到不导电的涂布对象20，使得电荷不能在正确的时刻从接地部分23放电，并且不导电的涂布对象20在高电平被充电。结果，因此保留的电荷导致静电排斥，并且静电排斥导致在静电涂布中的多种麻烦，诸如不均匀的涂层厚度、涂层包裹不足、薄涂层、涂料涂敷效率降低以及喷雾返回到涂布设备和涂布操作员。对这些麻烦的预防性控制是困难的。尤其在不导电的涂布对象具有大和复杂的形状（诸如汽车的水箱）的情况下防止所述麻烦是不可能的。在实践中，在通过与导电材料等混合提供电导率或通过涂敷导电底漆提供电导率的同时执行静电涂布。

相反，该实施例使得通过抑制自由离子可以将不导电的涂布对象20的充电电平保持在低水平。因此，即使不导电的涂布对象具有大和复杂的形状，但是该实施例仍使得流行的静电涂布能够通过简单的操作连续涂敷，同时抑制工时和成本的增大，而不需要麻烦的控制。

此外，由于不一定使用导电涂料，因此可利用各种涂料在不导电的涂布对象20上执行静电涂布。

<第二实施例>

接着，将参照附图描述本发明的第二实施例。注意，在以下描述中，术语“上”和“下”对应于图2中的竖直方向的上侧和下侧，而术语“前”和“后”对应于图2中的左和右。此外，相同的参考标号指示与在第一实施例中的那些构件相同的构件，并且将省略对它们的描述。

在该实施例中，使用了导电涂料，并且通过在不电晕放电的情况下将高电压直接施加到所述导电涂料使导电涂料带负电。自身的自由离子产生得到抑制。

如图4和图5中所示，作为在第一实施例中的由绝缘树脂制成的电极外套7的替代，喷雾枪30的涂料喷嘴3设有由金属制成并具有与电极外套7的外形大约相同的外形的高电压直接施加电极（高电压电极）31。高电压直接施加电极31的后端经弹簧9电连接到连杆7。与第一实施例不同的是，不设置电晕针8。

直接高电压从级联发生器5经连杆6和弹簧9被供应到高电压直接施加电极31，并且随着穿过所述孔10的导电涂料与高电压直接施加电极31直接接触而施加到所述导电涂料。导电涂料像放电电极一样本身带有电荷。涂料粒子在从喷射口12喷射之后被充电和雾化。

接着，将参照图6至图10描述通过与高电压直接施加电极31接触而涂敷的导电涂料的状态。

图6至图10是像水枪一样从喷射口12喷射的导电涂料的外观的照片。在从作为枪体的涂料雾化单元的空气帽4喷气的过程完全停止之后拍摄所述照片，并且导电涂料的体积电阻值在涂敷电压设为60kV的同时变化。在图6中，体积电阻值为200MΩcm；在图7中为100MΩcm；在图8中为50MΩcm；在图9中为20MΩcm；并且在图10中为10MΩcm。

从这些附图中，可明显看出，从水枪获得200MΩcm（图6）的细线状液体形式的涂料；相反，对于100MΩcm（图7）的细线状液体形式的涂料，在细线状液体形式中在喷射之后的几cm远的位置处发生静电排斥，并且所述涂料按照棘状图案（spine pattern）分散和雾化。此外，可看出，导电涂料的体积电阻值越小，细线状液体形式的涂料中的电压降越小，从而增大有效电压；因此，在较早的阶段形成分散和雾化的棘状图案，并且所述棘状图案也变得明显。

在该实施例中，导电涂料通过接受高电压的直接施加而带负电，以抑制自身的自由离子产生。因此，电晕放电是非必要的，并且通过电晕放电本身的自由离子产生受到抑制。因此，可将涂布表面21的充电电平保持在更低水平。

此外，通过其中高电压直接施加电极31设置在孔（涂料供应管）10中的简单结构，通过电晕放电本身的自由离子产生受到抑制。这使得可以将涂布表面21的充电电平保持在低水平，并且使得能够连续涂敷良好的静电涂布。

具体地说，由于通过电晕放电本身的自由离子产生受到抑制，因此用于减少或去除产生的自由离子的自由离子去除电极是非必要的，并且也不需要针对自由离子去除电极的清洗和擦拭操作。此外，放电电流可被抑制在低水平，并且实现高电压发生器的容量减少。此外，与电晕针不同的是，高电压直接施加电极31不暴露于外。这抑制了火花的产生，并提高了安全性。

注意，水溶性涂料具有高电导率，并因此在该实施例中可用作涂料，只要采取对策防止高电压从涂料通道中泄漏即可。

<效果验证实验1>

接着，将描述效果验证实验1。

在该实验中，将500-cc塑料瓶用作不导电的涂布对象。附着到往复机构的自动静电涂布喷雾枪沿着纵向往复运动三次，并且涂料仅在塑料瓶的范围内喷射以执行静电涂布。在这个过程中，喷雾枪的运动被设为使得导电涂料从涂布表面的接地部分周围涂敷并随后分散开。施加到导电涂料的高电压为0kV、30kV、60kV和90kV。使用的导电涂料为其中添加了导电剂的双组分聚氨酯涂料，并且体积电阻值为1MΩcm。塑料瓶的顶表面（涂布表面）通过擦拭涂敷而涂布有0.35%的季铵盐和异丙醇溶液。

图11中的表1示出了效果验证性实验1的结果。从该结果中可看出以下内容。注意，第一实施例对应于60-kV电晕放电+自由离子去除电极，第二实施例对应于60-kV的直接施加。

在第一实施例和第二实施例二者中，涂料转印效率从4.7%分别极大地提高至23.7%和27.0%。减少使用的涂料量和极大减少未涂敷而丢弃的涂料是可能的。

在第一实施例和第二实施例二者中，塑料瓶背面的包裹（背面涂布状态）良好。可省略呈面对面方式的侧面、背面等上的涂层。因此，极大缩短涂布路径（缩短涂布周期）是可能的。

与第一实施例相比，在第二实施例中，涂布电流值极大地减小了。由于电流减小，因此高电压发生器的尺寸减小（容量减小）是可能的。

<效果验证实验2>

接着，将描述效果验证实验2。

在该实验中，由ASA树脂制成的水箱被用作不导电的涂布对象。包括自动喷枪的涂布机器人用于通过直接施加0kV电压（不施加）执行涂布操作和直接施加60-kV电压（第二实施例）执行静电涂布操作。注意，其它条件与效果验证性实验1中的相同。

作为实验的结果，已经验证了，在第二实施例中使用的涂料的量比在不施加电压时使用的涂料的量少28%，并且机器人的涂布周期从60秒减少至30秒，也就是说，减少了50%。

此外，已经验证了，作为改进涂料涂敷效率和包裹的协同效应，在不平表面和侧表面上均匀地形成涂层膜，并且成功地证明了涂布操作的均匀涂布能力。

<效果验证实验3>

接着，将描述效果验证实验3。

在该实验中，像效果验证实验1那样测量涂料涂敷效率，但施加到导电涂料的高电压被设为60KV，并且导电涂料的体积电阻值从200MΩcm改变为0.5MΩcm。

图12示出了效果验证实验3的结果。从所述结果中可看出，导电涂料的体积电阻值优选为100MΩcm或更小，进一步优选为20MΩcm或更小。

注意，在上述实施例中，在为不导电的涂布对象20的涂布表面21提供低电导率的情况下进行描述。然而，本发明还可应用于由低导电材料制成的涂布对象。在这种情况下，可在不考虑为涂布表面提供低电导率的情况下执行静电涂布。

此外，在上述实施例中，通过以下两种方法为所述涂布表面21提供低电导率，所述方法即：在涂布表面21上通过涂敷防静电溶液进行防静电处理；以及涂布表面21的接地和导电涂料的使用。然而，可通过所述两种处理方法之一为涂布表面21提供低电导率，或者可通过其它方法为涂布表面21提供低电导率。

此外，在第一实施例中，已经描述了空气喷雾式喷雾枪1被用作静电涂布枪的情况。作为替代，可使用用于电晕放电的不通风式喷雾枪。

此外，在第二实施例中，已经描述了将空气喷雾式喷枪30作为静电涂布枪，以通过将高电压直接施加到导电涂料而为导电涂料负充电。但是，本发明的静电涂布枪不限于此，并可为具有一定内部结构（其中，导电涂料通过接受直接施加的高电压而带负电）和具有一定结构（其中，用于产生自由离子的高电压施加导体（诸如电晕电极针、金属钟式罩、金属喷雾帽、金属喷雾喷嘴）是绝缘的）的旋转式雾化枪或不通风喷雾枪。

此外，在所述实施例中，已经描述了涂布设备的电极用作阴极并且涂料粒子带负电的情况。然而，涂料粒子可利用涂布设备的电极作为阳极正充电。

以上，已经描述了本发明的发明人提出的本发明的实施例。然而，通过实施例的方式构成本发明的公开的一部分的所述描述和附图不对本发明构成限制。换句话说，在这里还应该说明，作为必然的结果，可被那些本领域技术人员实现的其它实施例、实例、操作技术等被全部包括在本发明的范围内。

产业上的可应用性

本发明可广泛用于非导电或低导电涂布对象的静电涂布。

参考标号列表

1：喷雾枪（静电涂布枪）

2：枪体

3：涂料喷嘴

4：空气帽

5：级联发生器（高电压发生器）

7：电极外套

8：电晕针

10：孔（涂料供应管）

12：喷射口

15：自由离子去除电极（地电极）

20：不导电的涂布对象

21：涂布表面

23：接地部分

24：防静电处理的膜

30：喷雾枪（静电涂布枪）

31：高电压直接施加电极

Claims (6)

1.一种用于涂布具有低电导率的表面的静电涂布方法，包括：

在抑制自由离子的同时用带负电的涂料涂布所述涂布表面。

2.根据权利要求1所述的静电涂布方法，其特征在于，

所述涂料通过从放电电极的电晕放电而带负电，并且

通过设置在放电电极附近的自由离子去除电极减少或去除通过电晕放电产生的自由离子。

3.根据权利要求1所述的静电涂布方法，其特征在于，

所述涂料是导电涂料，并且

所述导电涂料通过从高电压电极接受高电压的直接施加而带负电，以抑制自由离子的产生。

4.根据权利要求1至3的任一项所述的静电涂布方法，其特征在于，

通过以下方法中的至少一种为不导电的涂布对象的涂布表面提供低电导率，所述方法包括：

在所述涂布表面上进行防静电处理；以及

将涂布对象接地和使用导电涂料。

5.根据权利要求1至3的任一项所述的静电涂布方法，其特征在于，

通过将涂布表面经由擦拭涂敷的方式涂布防静电溶液的防静电处理，为不导电的涂布对象的涂布表面提供低电导率。

6.一种静电涂布枪，包括：

涂料供应管，其被构造为使导电涂料从中经过；

高电压电极，设置在涂料供应管中，并且所述高电压电极被构造为将高电压直接施加到经过所述涂料供应管的导电涂料，以为导电涂料负充电；以及

喷射口，设置在涂料供应管的末端部分，并被构造为将带负电的导电涂料喷射到外部。

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