TW293099B - - Google Patents

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經濟部中央橾準局員工消費合作杜印製 ^93099 _^_ 五、發明説明（！） 發明之背景 1) 發明的範圍 本發明係關於一裝置，將以靜電方式充電的粒子分佈 在一基體，它們相繼在該處形成一連續，一致的塗覆。自 某一觀點看，本發明係關於一裝置，適用於以具有較佳靜 電充電的樹脂類粉末來塗覆基體。自另一個觀點看，本發 明係關於一應用感應/傳導充電系統來塗覆基體的裝置。 2) 背景技藝 在最近幾年，在靜電粉末塗覆的領域有長足的進步。 如同一各別的科技，粉末塗覆的發展，比其它塗覆的方法 ，如電刷，浸染，噴霧等，有許多明顯的改進。這些包括 因無須用溶劑的固有優點（較安全，低污染，較便宜，較 乾淨的工作環境），和縮短生產一可用物品的塗覆程序的 時間。應用本方法可以控制塗覆的厚度，並具備以單一應 用處置來生產高品質物品的能力。 在該領域的許多先前工作的結果，發展出許多方法， 可以應用這些優點》然而，在這些技術內還是有許多的缺 點須克服。 粉末塗覆技術是基於靜電充電的原則’目前可行的充 電方法可區分爲，電暈充電系統，摩擦電子充電系統，或 C~-_____-------—· "―' ............- ·. ,ν 是混合系統。每一系統都是自最先的電暈充電系統發展而 成，該系統只是一空心卷筒’粉末經由氣動傳送經過其間 ，由在卷筒上或槍口離子附著而加以充電。__ 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐^ I---------ck-------訂--------， (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -4 - 經濟部中央橾準局員工消资合作社印裝 A7 B7 五、發明説明（2 ) 以下將對每一種現行系統的簡單介紹，同時探討和較 先進的摩擦及混合系統的發展原因，以作爲本發明的背景 〇 基本的電暈充電系統，應用一離子源，如一高壓電暈 電極或放射性元素，的離子轟擊來充電。這種方法經常被 應用在對高絕緣物質，如塑膠，的充電。對粉末實施靜電 充電可能非常沒有效率，因爲產生的離子可能分散各處而 未對粉末充電，例如，在一粉末塗覆作業中的工作件本身 。在某些最差的狀況下，在光圏粉末塗覆儀器記錄的充電 效率低於1 %。 在電暈充電系統中，粉末自一漏斗經由供料管送至一 噴槍。該槍的一尖銳末端電極連接至一高壓電源，電極幾 何和高壓電（在某些槍高達100 kV)的組合產生一電場，大 於週圍氣體，通常是空氣，的本地擊穿強度。當電暈放電 時，在充電電極前端會形成自由離子。粉末粒子被運送通 ^--------------------------------一一____—________ __________—......... 過這個空間充電區域，被離子附著而加以充電。該粒子隨 著氣流模式，那些被充足了電的粒子會沉澱在工作件上， … .'〜—〜_ ----------- 通常被放置在地表電勢。充電童極的極性可以被反轉，以 便對該粒子作正極或負極充電，因爲產生的離子較多，應 用負極充電的方式較理想。 因爲由電暈產生的離子中，只有一小部份（-0.5%)對 該粒子的充電有貢獻，使得這種系統的效率非常差。由電 暈槍產生的離子，大部份並未附著於被噴出的粉末粒子， 而在該工作件上形成游離‘自由離子’，在沉澱的粉末層 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -ck--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（3 ) 快速累積》 當更多自由離子到達該工作件，在該粉末層的充電密 度會達到飽和。在此飽和點，會發生少量靜電放電（反離 子化），導至塗覆的斷裂，最後形成品質差的產品。 反離子化的形成，限制了使用電暈充電粉末塗覆儀器 時所能應用的有效塗覆厚度。 ‘電暈槍除了須要髙壓電源、，還有一 ^不適用於須要穿透進入空腔及角落的應用。這是因爲在外 -----—-^ ----------- 一 〜 部高壓電極產生的所有電壓，在該槍的頭部和該接地工作 件之間形成壓降，使得相關於此電壓的範圍中，只有很少 ，甚至沒有，能穿透進入空腔和凹槽。這些地區近似封閉 法拉第籠。在這種狀況下，只有將該粒子穿透運送在該地 區內，才能達到內塗覆，而要同時確保在其它地方的良好 塗覆的一致性，將是非常困難的。 或許，最常見的另一種以電暈塗覆的系統是摩擦生電 的或摩擦充電的系統，當兩個未充電的不同物質或平面， ,......·......... ... ------ 它們處於電子中性狀態，互相接觸後分開，會形成摩擦生 電現像。在此過程中，靜電充電會被分開，在其中一平面 包含正電，而在另一平面包含負電。在每一天的生活中， 這種過程都會發生。例如將粉末運送穿透一根管子，一個 人走過房間的地毯。在後者，鞋子的底部會和地毯產生摩 擦。 以這種方式產生的靜電的量和極性，會非常依賴以下 因素，如平面的放射性污染程度，含水量和接觸的本質》 本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） i f衣-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ,?τ

C 經濟部中央標準局負工消费合作社印裝 293099 A7 _B7_ 五、發明説明（4 ) 雖然這種產生靜電的方法，被應用在靜電粉末塗覆上，卻 被發現有可靠度的問題。 、---^------- 當應用標準的電暈槍，對粉末粒子的充電量大約是1 X 1(T3 C/Kg，而摩擦充電在每一次接觸時，只有幾百電 子充電量，因此，爲了達到和電暈槍同樣的充電量，須要 數千次的接觸。爲了達到這個目的，最簡單的方法是，使 用一直筒，在其中產生湍流，以形成許多的粉末/牆的碰 撞。牆表面最好是絕緣體，而且是地表電勢，使得在表面 形^的高充電量會衰減至地表電勢。在商業系統中常應用 聚四氟乙烯PTFE，其在摩擦電系列中的地位，用來確保大 部份的粉末在和其接觸時會被充以正電。 應用摩擦電槍，使該自由離子流被消除或減少甚多， 而且因爲沒有應用電場，由氣流和被充電的粉末雲形成的 場的綜合效應，使得粒子被導引至工作件》由於此種因素 ，在摩擦電系統中，有大約1〇至20秒的時間不會產生反離 子化，使得應用此種系統可以很容易得到重或厚膜。更好 的優點是，該系統的塗覆對像可以是，空腔內，小而複雜 的部份，以及具有尖端的產品等。更進一步而言，摩擦充 電不僅解決法拉第角效應和減少反離子化，同時使得槍的 設計更加多元化，可以調節噴頭以接納不同型態的嘖嘴》 應用摩擦槍的基本缺點是，在經過一段長時間的運作 '… 〜~ …_________________________________________________________________ 後，充電交換的效率會降丨％_。另一個缺點是，粉末的粒子 .—"· , · ·... _λ ..................* ...... 大小分佈，對摩擦充電和其效率有非常顯著的影響。一典 —_____ 型的塗覆粉末，包含小，中，和大粒子的組合，其直徑自 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） ^ -木--^----"------1 I---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ~ 7 ~ 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 A7 __B7__ 五、發明説明（5 ) 亞微米大小至大於80微米。習於技藝的人都知道，在此類 系統中，可能發生粉末的高極性充電，較小的粒子較可能 被充電成負極性。充電的效率是粒子直徑的函數，使得最 小粒子無法靜電吸附在該工作件，因此偏向中間大小粒子· 的沉澱。因爲在槍上沉澱的增加，和粉末收集和再循環裝 置，因此使得傳輸效率降低，連帶使得該系統的整體運作 效率也受影響。在供料漏斗也可能發生流態問題。 最後’還有所謂 混合”槍，在同一槍內包含前述的 兩種方法，也就是電暈充電和摩擦充電，嚐試將兩種方法 的優點加以組合。然而，此種方式並未能除去兩種槍 ------------ 的固有缺點一低粉末充電和傳輸效率。 ......— , (ι | _ ——一.—. __.··_+·*·'· 一、1 爲了產業的實用目的，使用目前現有的原料，最好的 模覆效率大約爲70-75%。任何未沉澱的粉末只能被丟棄， 或必須使用特殊回收裝置加以回收，然後將其一小部份加 入原始粉末後重用，或在樹脂準備步驟加以再循環。粉末 塗覆的製造商聲明，粉末的使用率可達97-98%,引用爲自 所有超噴都是浪費的濕噴系統轉換的優點。該理論的缺陷 是，爲了達到如此高的使用率，在每一生產線必須有專用 的再循環裝置，而且必須在獨有的基礎上運作，因此要改 變塗覆原料的形態或色調，是非常不容易的。因此，回收 裝置的安裝成本，和其運作的排程的困難，和回收所須的 長時間，都增加了總成本。 因此，經由本發明的實施，一或多個以下的目標將得 以實現。本發明的目標之一，在提供對粉末施以靜電充電 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） ' 策-------訂------「 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央樣準局貞工消費合作社印製 A7 _B7_ 五、發明説明（6 ) 的裝置，以應用在粉末塗覆應用，而且沒有上述缺點。本 發明的進一步目標，在提供用來對粉末充電的裝置，其對 粉末的充電是可信賴且可重覆的。另一個目標，在提供能 正確控制靜電充電的數量和極性的裝置，因此可以確保對 工作件的所有地區實施所須厚度的塗覆。本發明的另一個 目標，在提供對應用在粉末塗覆運作的熱塑性和熱固性樹 脂充電的裝置。另一個目標，在提供一.裝置，經由將靜電 特性催化媒劑結合在該樹脂的表面，以改進對粉末的靜電 充電。更進一步的目標，在提供應用靜電充電粉末塗覆在 固體物質的裝置》更進一步的目標，在提供經由感應裝置 來塗覆固體物質的裝置。另一個目標，在提供以粉末樹脂 來塗覆固體物質的裝置，該樹脂可以連續熔融以對該固體 物質形成一連續且一致的塗覆。本發明的另一個目標，在 提供一有效率且低粉末浪費的對固體物質的粉末塗覆應用 的裝置》 本發明的進一步目標，在提供一系統，可以有效地將 該靜電充電的粉末，噴至固體物質，並熔融於該處，以提 供一永久成品。另一個目標，在提供一新奇的系統，可以 將靜電充電的粉末噴至熱固體物質，使該粉抹末在該處熔 融，以形成一永久成品。這些和其它目標，在以下顯示的 教訓的指引下，都是可達成的。圖式之簡單說明 圖1爲一示意圖圖式，描繪該基本電暈充電原理。 圖2爲一示意圖圖式，描繪基本摩擦充電。 圖3(a)爲一示意圚圖式，顯示座落在位於中性電場& 本紙張尺度逍用中國國家標準（CNS ) A4规格（21 OX 297公釐） --------Λ& —-----訂------Al· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -9 - 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 293〇99 Α7 _______Β7_ 五、發明説明（7 ) 中的平板的物質。 圖3(b)爲一示意圖圖式，描繪藉由將上平板升高至高 電壓，而在圖3(a)的平板間形成電場，使得感應充電流向 該物質的表面。 圖4爲一感應充電槍的示意圖圖式，顯示該噴嘴。 圖5爲一示意圖圖式，描繪感應充電流化床塗覆器》 圖6爲一示意圖圖式，描繪應用本發明的感應/傳導 原理的裝置。 圖7爲一示意圖圖式，更清楚的顯示另一個感應充電 槍噴嘴。 本發明之詳細說明 發明之概要 以大的觀點來看，本發明的目標係關於一裝置，以電 子充電樹脂粉末粒子來塗覆一基體，該粒子在該基體上連 續形成一致且連續的塗覆。本發明的裝置包含以下組合： (a) —用來對樹脂粉末粒子感應充電的電絕緣流化床 區， (b) 安置在該流化床區的一部份的高電壓裝置，連接 到一可變高電壓電力供應器， (c) 安置在該流化床區的另一部份的接地電極裝置， 使得在該高電壓和該接地電極裝置之間，可以產生一電場 ，以便對該粒子感應充電， (d) 用來產生空氣進入該流化床區的流化空氣裝置， 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4规格（210X297公釐）" (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) λ 訂 經濟部中央橾準局貞工消费合作社印衷 A7 ___B7 五、發明説明（8 ) 因此藉由該樹脂粉末粒子的存在，在該流化區內形成一靜 電充電粉末雲， (e) 自該流化床區傳送電子充電粉末粒子的傳送裝置 ，和 (f) 連接在該傳送裝置，用來引導該電子充電粒子至 該基體的分配裝置》 應用本發明的裝置，可以將一靜電充電供給有機粉末 ，使它們可以應用在粉末塗覆應用。該應用包含形成一組 混合粉末，以及至少一主動的靜電催化煤劑，使該混合體 的電子感應/傳導情況，足以在20%相對濕度下，將該粉 末的電阻率供給自大約1()9至1()13歐姆米。 基於對前面列舉的缺點是現行系統的靜電的因素所造 成的認識，本發明特別針對靜電粉末塗覆的應用，實施非 常廣泛且深入的研究，以發展一套裝置和方法，應用全新 的方式對粉末充電。實驗的結果發現，只要先將一主動的 靜電媒劑’加在該樹脂粉末上以改變該粉末，再以感應方 式對該粉末充電，就可以解決現行粉末塗覆程序方法所固 有的上述缺點。本發明就是基於這個發現而完成的。 本發明提供一應用感應來對樹脂粉末實施靜電充電的 裝置’由感應或傳導充電’並且將該充電的粉末沉澱在一 基體上。 在規格以及所附的發明範圍中所指的名詞"感應”或 “感應的” ’包含感應和傳導靜電充電方式。 _該樹脂粉末組成包含（i) —熱固性或熱塑性樹脂和（i i 本紙張尺度遥用中國國家標窣（CNS ) A4规格（210X297公釐） A (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 f 11 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 A7 _____B7__ 五、發明説明（9 ) )一結合在該樹脂的主動的靜電催化媒劑。該使用的催化 媒劑並不會改變該樹脂粉末的熔化或耐久的特性。該催化 媒劑也有助於催化作用，有益於電子的供給和保持，不因 該粉末粒子的大小而改變。 如前所述，本發明提供一個應用在粉末塗覆中，用來 以靜電充電該粉末的裝置，而且沒有如上所述的傳統的缺 點’其可以以可靠且可重覆的方式，對該粉末施以有效且 一致的靜電充電’而且，其可以準確可靠的控制靜電電子 的數量和極性（因此可以很均勻的依任何須要的厚度來塗 覆該工作件的所有區域）》 本發明也提供在上述靜電充電方法中，所應用的表面 塗覆固體物質（工作件），其中的粉末的生產裝置。 將該催化粉末放置在一個具有電場的區域，其安排方 式可以讓電子電荷流向該粉末粒子，經由主動的靜電媒劑 催化作用，產生足夠感應以利電子感應，則本發明的目標 即可達成。該粉末的電阻率（表面或體積）形成該粉末的此 種特質，一般而言，該粉末的電阻率越低，越容易經由感 應將電子電荷安置其上。一旦充電完成，該粉末便被氣動 傳輸至該工作件。一旦沉澱後，該粉末的電量便會衰減， 其衰減幅度隨電阻率減少而增加。非常重要的是讓該粉末 黏附在該工作件的時間，長到足以讓該工作件被傳送至固 化爐。如果電荷衰減太快則無法保證這種結果。因此，衍 生出兩種須求：低電阻率以利充電，和高電阻率以延長在 該工作件的黏附時間。 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4規格（210X297公釐） I 本--Γ----訂------「 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局男工消费合作社印«. A7 ____ B7 五、發明説明（1()) 爲了滿足這些互相衝突的須求，提出許多的對策。第 一種方法，採用折衷的電阻率，其中的粉末的電阻率被催 化在1 09 — 1 〇13歐拇.米之間，最好是在1 〇10一 1 0 1 2歐栂.米之間。當粉末的電阻率值位在以上區間時 ，大約須要0. 2至2秒將其充電至極限值的63%(極限值是粒 子大小，形狀和材質以及其所在電場強度的函數）。 一旦被安置在接地的工作件上，在同樣的時段內’電 荷會衰減至被充電值的37%，不過，吸附作用的像力在該 時段內，已長到足以在該粒子和該基體之間，以及在粒子 彼此之間，產生足夠的黏附力量。這些力量將該粉末保留 在該工作件上的時間，足以讓該工作件被傳送至爐中作永 久熔融。固化時間通常是在2 7 5 ° - 45 0°F之間進行大約δ-ίΟ 分鐘。 必須注意的是，粉末粒子的電阻率如果低於上述的下 限，則無法保留在該工作件上，或是其保留的時間不足以 產生黏附力，而高於上述的上限，則很難控制作業程序。 第二種方法包含將帶電粉末噴至接地且加熱的工作件 上。當該粉末粒子降落在該工作件上時，該工作件的溫度 可以確保該粉末粒子的部份熔融，.因此，黏附在該工作件 上的力量，依該熔融粉末造成該工作件的濕潤程度而定， 而不是靜電的力量。 第三種方法包含不一樣的靜電粉末噴灑的應用：電絕 緣物質如塑膠或陶瓷的完工作業。在這種狀況下，粉末的 充電和噴灑，類似傳統的傳導且接地的工作件的完工作業 本紙張尺度遑用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 f 經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（u) ’不過以靜電輔助以確保沉澱甚至塗覆的完成則有所不同 〇 因爲該工作件是絕緣的，當該充電粉末雲接近時，不' 會產生像電荷，因此除非該工作件被預先以該粉末所帶電 荷相反極性的電荷加以充電，該粉末不會黏附在該工作件 上。 經由對該工作件施以電暈充電即可達成此項要求，如 此可在該粉末雲和該工作件之間建立一沉澱場。塗覆將會 繼續進行，直到在該工作件上沒有淨電荷爲止，因爲該 絕緣工作件不會產生電荷張弛現像，足以確保黏附作用。 其它方法也是可行的，其中有些依靠該工作件的幾何原理 ，例如，當該工作件是薄板或薄膜時，要塗覆其中一面時 ，可以將傳導基體放置在另一面，並在其上安置和該粉未 所帶電荷極性相反的電壓即可》 第四種方法包含一個在深入研究時引導出本發明的重 要發現。對於低電阻率以利充電和高電阻率以利黏附的分 歧須求的最佳解決辦法，是設計一可以依環境改變其電阻 率的粉末，也就是說’其電阻率是在該充電站和該工作件 的預設條件的函數。只要該粉末的設計使得其對其所處的 環境非常敏感，經由小心控制該兩個區域的條件，便可以 確保在該充電站的低電阻率和在該工作件的高電阻率。 藉由測試各種靜電能力催化媒劑（以下稱爲催化媒劑） 對溫度’含水量和電場強度改變時的活動，發現有一組催 化媒劑’當它們被加入現有的粉末中加以噴灑時，可以改 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X29*7公釐） (裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂

經濟部中央標準局員工消费合作社印$L A7 B7 五、發明説明（12) 變組合粉末的電阻率，使該電阻率隨著上述溫度，含水量 和電場強度的改變而改變。 如前所述，本發明的靜電塗覆所用的樹脂粉末組成， 包含熱固性或熱塑性樹脂，以及佔其重量0. 01 %至20 %的靜 電能力催化媒劑》 這種組合可以更進一步包含固化媒劑，色素，金靥粉 末填充劑，流動控制媒劑，增塑劑或穩定劑。在本發明中 使用的熱固性樹脂，可以是傳統的種類，例如環氧樹脂， 聚脂樹脂或丙烯酸樹脂。同樣地，熱塑性樹脂，可以是乙 烯氯樹脂，聚醯銨樹脂，纖維樹脂，聚烯烴樹脂，聚乙烯 樹脂，環氧樹脂或耐綸樹脂。這些樹脂可以單獨使用，也 可以混合成組合體使用。 本發明中的必要成份的靜電能力催化媒劑，可以是聚 嫌酸*聚乙嫌乙二醇，聚氧化乙基硬脂（polyethoxylated stearyl)醇，四元銨鹽或鹵素銨鹽。這些化合物可以單獨 使用或將兩種或以上混合成組合物使用》 例如，該四元銨鹽包含，三月桂酸醯胺丙烯三甲胺（3 -1auram i dopropy 1 trimethylammonium)甲基硫酸鹽（ Cyanamid公司生產的Cyostat LS)和（同公司生產的 Cyostat SN，Cyastat SP，Cyastat 609)和（ICI 生產的 ATMER反靜電範圍）。 在本發明中的裝置所使用的粉末組成，可以根據傳統 方法先準備好。例如，對黏合劑樹脂和催化媒劑的加熱， 熔化和塑造，可以用傳統的混合機器，例如單螺旋或多螺 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4规格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) '策_ 訂 -15 - Α7 Β7 ^93099 五、發明説明（13) 旋擠壓器，Banbury混合器或熱滾筒，然後加以冷卻並研 磨成粉末。任何常用的方法都可應用來準備混合粉末，例 --------^装 11 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 如將黏合樹脂粉末和靜電能力催化媒劑粉末混合的任何方 法均可。在某些狀況下，可能須要經由對該混合物施以機 械能量的應用，以便在該靜電能力催化媒劑的黏合樹脂的 表面，形成薄膜。在這種狀況下，粒子直徑（以體積而言） 的比率必須大於1 〇 : 1，其中黏合劑樹脂的直徑必須較大 〇 根據本發明的塗覆所須的粒子粉末，其粒子的大小最 好在大約1 0至大約2 5 0微米之間》 本發明得樹脂粉末塗覆組成，除了上述成份外，尙且 包含硬化劑，色素，金屬粉，填充劑，流動控制媒劑，塑 化劑，穩定劑和其它視狀況須要的添加劑。 經濟部中央樣隼局貝工消費合作社印製 本發明的樹脂塗覆粉末，經由也包含在本發明的粉末 塗覆裝置，可以應用在由金屬，陶瓷，塑膠等製成的基體 。該基體可以應用許多不同的塗底，或是許多其它的先期 處理可以事先加以應用》本發明的粉末塗覆裝置的較佳實 施例，將在以下加以說明，不過本發明並非受限於所述的 組成。 藉著參考圖示可以更易於了解.本發明，其中圖1和2描 繪粉末塗覆應用的先前技藝處理程序。圖1是一示意圖圖 式，顯示的是該基本電暈充電原理，而圖2描繪的是摩擦 ' -----------------------------------___. 充電的原理。 _________ 基本上，感應/傳導充電依賴經過要被充電的物質或 本紙铢尺度適用中國國家梯準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） A7 ______B7_ 五、發明説明（14) 原料得表面的靜電電荷流。因爲這個原因，要被充電的物 質或原料，不能是高電絕緣的。圖^。顯示在兩平行電極 之間的~大粒子，以顯示此例證。在該圖中，沒有電力被 加至該電極，因此該粒子並未被充電。在圖3(b)，該電極 -------- 被加上一電勢，使靜電電荷自較低電極流過該粒子的表面 — "—.^ ------------- ---- <使該粒子形成充電狀態。即使該粒子自較低電極移開， '—------,...… …. 甚至自該系統移開，電荷仍會保留在該粒子上。該粒子被 感應充電。 '即1Γ將該電極反相，使較低的含有高電壓電極，而較 高的接地，仍然有同樣效應。在這種狀況下，該粒子將會 被充以正極性的電荷》 如果該粒子並非由電感應或部份電感應物質組成，而 是由如鐵芙隆（Te f 1 on )的絕緣體組成，則來自低平板的靜 電電荷，無法流動穿過該粒子表面，因此該粒子無法得到 電荷。 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 請注意該名詞"感應”可以應用在兩種狀況，無論該 物質的電荷來自和接地電極的接觸，或是該高電壓電極。 較經細的區分時，“感應"通常是指該物^和接地接觸， 而“傳導”則是指該物質和高電壓電源街觸。該狀況是對 — ·· _____ 稱的，而得到電荷的量也是對稱的。 應用感應/傳導充電的主要參數是充電和放電比率。 這些是由該物質的電子電阻率來支配。該物質的電阻愈大 ，達到最大充電程度所須的時間愈長。例如’高感應的金 屣，在幾微秒的時間內，即可經由傳導得到電荷。參雜的 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210x297公釐） -17 - 經濟部中央橾準局貝工消费合作杜印製 A7 B7 五、發明説明（15 ) 聚合物則須數秒鐘。 一物質經由感應/傳導得到或損耗電荷的近似值，可 以由以下公式表示： t = e 〇 e r p 其中p表示該物質的電阻率，單位爲歐姆.米，e。表示 自由空間的介電常數（8.85 X 1〇-12)，er是介電常數，t 是在充電時達到最高值的6 3%所須的時間（當放電時達到其 最高值的37%)。 高電壓電源供應器和粉末供料系統都是現存技術。本 發明的主要範圍之一，是充電傳輸平台，對該粉末的感應 /傳導充電是在該平台上完成的。實際設計會隨應用須求 的不同而異。舉例來說，用來塗覆經由軌道傳送的大且重 的工作件的平台，和由高架傳送裝置懸掛的保險絲盒的平 台’絕不可能相似。該充電平台可以組何在該槍的頭部或 在該槍的上游，使得該粉末在彈射前即以充電完成，而不 是在彈射點才加以充電。甚至可以組成兩步驟充電，第一 步在該槍的位置，使得以被充電的粉末到達彈射點；第二 步應用在該槍的噴嘴的高電壓電極，在該點“增加”粉末 的帶電量，然後利用建立在高噴嘴和接地工作件之間的電 場，來協助粉末的傳输和沉澱工作。 圖3(a)是一示意圖圖式，顯示一物件（2)安置在位於 中性電場之間的平号(3 b圖3(b)是一示意圖圇式，描繪 本紙iMJt適用中國國家橾準（CNS ) A4^( 210X297公釐) " ~ (裝--：-----訂------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局負工消费合作社印製 A7 ___B7_^_ 五、發明説明（16) 將上平板（4)的電壓提高後，在圖3(a)的兩平板之間形成 ——_____ ___ 一電場，誘導電荷流向該物件的表面》 圖4是另一種感應塗覆系統的舉例。粉末被氣動傳輸 至位於該槍的頭g^(5)的高電場區域，在該處該粉末經由 感應得到電荷。該帶電粉末（6 )經由電場和氣流的組合力 量，被傳輸至該工作件。在此時，相反電極的產生， 可能加強該場的作用，因此須要改進增加強度的充電》藉 由對該場幾何原理的分析，即可得知此種電極的效用和其 必要性。 圖5是應用感應/傳導充電技術以塗覆物件的另一種 方法的舉例》在此狀況下，要被塗覆的物件（2)被懸掛在 一流體床（8)之上。在該床上的粉末經由和隱藏在該粉末 的高電壓電極（4)接觸而被充電。該粉末塗覆藉流體空氣（ .....—... — """ --------- I — ' ' ·<^- — 91 和靜電黏附力的組合被傳输至該工作件。 圖6指出本發明的發明觀點，顯示一粉末感應充電裝 置的基本設計的較佳表示圖。它顯示出一流體床形態的靜 電充電器和粉末供應器。粉末自粉末.貯存箱（未顯示）中經 »--------— ----- --------/ — 由出入口（12)連續供料至一靜電絕緣床或區域（10 )。整個 · _. --— —— - r _ _ _ 床可以安置在一振動桌（14)上以幫助在該床的粉末鬆散分 佈。流體空氣（16)被供應至該空氣分配平板（18)之下，然 、---------- -------- 後在正對著噴嘴（24)的出口（22)的位置，以幅論方式（20) 傳輸空氣進入該床接近頂端的位置，以引導該粉末流向該 ______--------------------------- · - · - 基體（26)。由一超高電壓電源（30)供應的高雪壓電極（28) 1 ~ “.·、.一— ------ 通過該床形成一電場》該流體化的粉末的較上層’和一燒 本紙張尺度遑用中國國家橾窣（CNS ) Μ規格（2!OX297公釐） (請先閱讀背面之注意Ϋ項再填寫本頁) 一衣. 訂 f -19 - 經濟部中央橾準局貝工消費合作杜印製 A7 _B7 五、發明説明（17) 結接地柵極（32)接觸，形成較低電極。當粉末進入該床時 ---------- --------------------------------------------------------…… 就會帶電荷，而當其被該流動的傳輸空氣帶動向上離開該 - —— 一 — ------------------------— ------- - 床時，該電荷會被鎖定在該粉未上直到其到達該工作件。 _ _______^-'~~ --------—_______________--------- 在應用器的高^電壓噴嘴和該接地工作件之間產生的電場， 有助於該帶電粉末的傳輸和沉澱作用。 本發明的進一步實施例，主要針對前述的圖6的裝置 的修改，使其成爲手握式噴槍的形式。圖7描繪出該裝置 ，包含以下組合： (a) —樹脂粉末粒子的貯存箱，（未顯示）， (b) —噴槍（42)包含將粒子（38)傳送至一基體（60)的 、___ ^~— ~一 —,__ 槍管和握緊該槍（42)的裝置， (c) 位在該槍管一端的靜電感應充電區（44)，該區包 含兩互相隔開的電極，帶電粒子可以經由其間通往外部 ’該電極之一（46)是一高電壓電極，而另一個則是一接地 ,__________—----------------- ---- - 電極（48)， ...............—, (d) 在該槍管的一 j電壓電阻^〇)高電壓電纜裝置（ 52)連接至一高電壓電源（未顯示）， (e) 爲連接接地電極至一外部&地電源的裝置（52)和 (5 4 )，以及 (f )將流體化粉末粒子（3 8 )導引至該管的另一端的裝 # ( 4 〇2 Λ. 具有範圍自大約109至大約1013歐姆.米的電阻率的粉 末’經由軟管（40)9被氣動傳送至該槍。該粉末沿著中空 -___ 槍管被傳送室位於該管端點的該靜電感應充電區。該充電 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -----------------—ir------0 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -20 - 經濟部中央標準扃貝工消費合作社印装 A7 B7 五、發明説明（18) 區包含兩電極，其中高電壓電極如圖7所示位於底部。高 達60kv的電力經由包含在該槍管內之高電壓電阻且鄰近該 電極的高電壓電纜輸送至該高電壓電極。被強迫接近該電 極之一的粉末*在自該管被彈射前，經由感應而得到電荷 〇 該被彈射的帶電粒子，藉著該傳送空氣和該電場（62) -----*--) 巧組合力量，被傳送至該工作件或基體（56)，並且將衝擊 在該基體上。該粉末粒子藉著靜電的力量被握隹J^F該基體_ ， — ___^— —- 1 .. 表面（58)。然後該工作件會被傳送至該固化爐，將該粉末 〜------- 固化。另一種方式是先將該基體加熱使得該粉末自接觸即 開始固化》 那些熟於技藝的人，在獲得本發明的知識之後，將會 明白圖6和圖7的裝置可以由物質加以裝配而成。 請注意圖6和圖7的裝置可以一起應用，以確保所有粒 子在沉澱於該基體前，全部都帶電荷。本發明可以經由以 下例證得到進一步的說明： 例證1 粉末催化步驟 在此測試例證中使用的是由美國北卡羅來納的 EVTECH Co.所製造的Evlast 1 0 0 0 / 1 W104，是在商場上供 應的白色聚脂樹脂粉末。 該粉末在20¾相對濕度下的電阻率是1.5 X 10 15歐姆. 米。該電阻率的測量是應用英國Southampton大學的 本紙張尺度逋用中國國家梯率（CNS > A4规格（210 X297公釐） -ex丨| (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -$ 經濟部中央樣準局員工消費合作社印製 293〇99 at __*_Β7____ 五、發明説明（19) W〇lfson Electrostatics所發展的粉末電阻率測量室來完 成的。 —公斤的這種粉末和其重的2%的Cyostat LS媒劑相混 合。該混合物被熔化，擠壓，冷卻並研磨成細粉。最後的 細粉再加以篩選出大於1 50pm的部份，以應用在本測試例 證。 該測試粉末的電阻率在20%相對濕度下是1 X 10 11歐 姆.米。該測試粉末的體積平均直徑是40微米。 該測試粉末以4g.min — 1的速度供料給如圖6所示的裝 置。一旦足量的粉末被貯存在該床，便會自動啓動該流動 空氣和傳送空氣供應器，使得其能保持穩定狀態，也就是 說，經由該噴嘴離開該床的粉末會等於供料機輸入的數量 。一旦達到這種狀況，一 20 kv的電壓被供應給該較上電 極。在該較上電極和該接地平板之間的距離是10 cm，因 此經過該床建立一2 kV cm—1的電場。 在該噴嘴正前方30 cm之處安置一大約100cm2的感應 目標板（測試工作件）。該目標板經由一電表接地，該電表 可以測量流向該板的電量·> 在該電壓供應後5秒鐘開始在板上收集粉末2 0秒。在 這段時間內，在該板上共收集了 l.lg的粉末，其間共有9. 4 X 1(Τ8的庫倫的電流量。這表示感應充電提供給該粉末 的電量大約是每公斤1 X 1〇_4庫侖。此特定充電程度足以 提供良好的粉末附著作用。所有的粉末在該噴灑停止後黏 著於該板至少2分鐘。 本紙張尺度逋用中國國家梂準（CNS ) Α4规格（210X297公釐） (装--,-----訂------(U---Γ (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) -22 - 經濟部中央榡準局貝工消費合作社印製 A 7 ____. _B7_ —_ 五、發明説明（2()) 例證2 在此測試例證中使用的是由美國明尼蘇達的3M公司 製造的Scotchkote 213，是在商場上供應的溶解黏合環氧 樹脂粉末。 —公斤的此種粉末和2 Og的抗靜電乾混。該粉末在一 Waring混合器內混合在一起直到形成一有次序的混合。在 2 0 %相對濕度下，混合前的環氧樹脂的電阻率是3 X 1014 歐姆.米，而混合後的組合粉末的電阻率是1.2 X 1〇θ歐 姆.米。該測試粉末的體稹平均直徑是2 5 um。 該測試粉末依例證1類似的方式以3g.min — 1的供料量 供給至該裝置。同樣地，爲了達到穩定狀態，一 20kV的 電壓被供應給該較上電極。此次該目標平板被加熱至表面 溫度115°C，且該粉末被噴灑至該平板30秒鐘。在這段時 間內，共傳送了 1.3 5g粉末至該平板，而流向該平板的電 量爲5. 5 X 10 —7庫侖。所有的粉末黏著於和其接觸的該平 板表層。 本發明除了取代傳統的粉末塗覆系統，更在其它產業 塗覆範圔發現應用方式。假如所應用的物質可以經由感應 /傳導加以充電，而且該物質的流動特性相當穩定，則使 用感應/傳導加以充電的方法在許多產業的應用都有其優 點。 例如，電絕緣物質施以高品質塗覆就有相當大的吸引 力。此種實例之一是對如瓶子類的玻璃製品的裝飾塗覆應 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS > A4规格（210 X297公釐） Λ^------訂------(l· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -23 - 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 A7 _B7 五、發明説明（21 ) 用。事實上，應用傳統的靜電系統，要達到類似的效果有 其現存的問題，因爲在標準塗覆裝備的電暈放電，會產生 許多的自由離子，對要塗覆的表面充電，且其極性和所應 用的物質相同。因爲要塗覆的表面是電絕緣的，該電荷不 會離開，反而對後來的粒子產生排斥作用，其結果是不 良傳送效率和低品質塗覆。應用感應/傳導充電的粉末， 不會產生自由離子，因此不會有這種問題。 同時還有許多其它特定產業，在對一物件或表面加以 應用前，先對粉末實施感應/傳導充電，具有相當多的優 點。對絕緣體的高品質塗覆，水管和容器的抗腐蝕襯裏， 燈泡的內層塗覆，玻璃的磨砂和木頭或塑膠傢倶的裝飾塗 覆等應用，都可以應用本發明而達成。 大家都知道目前流行的小包裝快餐調味品如辣椒或乾 酪和洋蔥，以相當粗糙的方式製成粉末狀，不但沒有效率 而且相當浪費。許多食品的電阻率在106 - 1013歐姆.米 的範圍內，使它們成爲靜電感應充電的最佳人選。同時， 製成粉末風味的快餐本身並非良好的電導體，因爲缺少自 由離子，更加強感應充電的優點。 雖然本發明由以上例證舉例說明，並不代表受限於所 應用的物質，相反地，本發明係關於上述說明的一般範圍 。不同的修正和實施例可以加以應用，而不超出本發明的 精神和範圍。 本紙朵尺度適用中國國家梂準（CNS ) A4规格（210X297公釐） -----------------訂------ohI-r (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims (1)

1. 293099 修丄下 補充 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 附件一： 第841 10976號專利申請案 中文申請專利範画修正本 民國85年10月修正 1 •―種塗覆裝置，以感應充髦的樹脂類粉末來塗覆 基髏•賅粒子連績在賅基髄上形成一致且連績的塗覆，該 裝置包含以下組合： (a) 一靜電絕緣流化床ffi域以感應充電樹脂類粉末 粒子， (b) 分佈在賅流化床面域的一部份的高電壓裝置， 連接至一可變高壓電湎， (c) 分佈在賅流化床面域的另一部份的接地電極裝 置，在賅高壓和接地電極裝置之間產生一電場，以感應充 電該粒子* (d) 空氣流動裝置以產生空氣進入賅流釐床1E域， 使存在的樹脂類粉末粒子在該流化區域內形成靜電充電粉 末雲， 經濟部中央標準局工消费合作社印装 (請先Η讀背面之注意事項再填寫本肓) (e) 自該流化床區域傅送靜電充電粉末子的傅送裝 置， (f) 連接至該傅送裝置以引導該靜電充電粒子至賅 基《Κ的分配裝置， 2. 依據申請專利範圈第1項之裝置·其中該高壓裝 置可供應高達60 kV的m壓·. 3. 依據申請專利範圃第1項之裝置·其中在彈射點 本纸張尺度適用中困國家梂準（CNS)A4規格UlOX297公釐）-1 - B8 經濟部中央#準局工消費合作社印製 ____D8六、申請專利範囷 的該樹脂類粉末粒子在20¾相對濕度下的電阻率自大約 10β至大約1〇13歐姆.米* 4 . 一種塗覆裝置，以感應充電的樹脂類粉末來塗覆 基體，胲粒子連績在胲基《上形成一致且連績的塗覆，該 裝置包含以下組合： (a) —樹脂類粉末粒子的貯存箱， (b) —包含可以傅送粒子至一基體的管的喷槍以及 捶緊該槍的裝置， (c) 在胲管一端的靜電慼應充電ffi域，賅區域包含 兩彼此隔鬭的電極平板，帶電粒子可以穿過其間至外部， 兩m極之一是高電壓電極，而另一電極則是接地電極· (d) —高電壓電阻髙電Μ電續裝置，安裝於榆管且 連接至一高電壓電源* (e) 連接孩接地電極至外部接地電源的裝置，以及 (f) 傅送流化粉末粒子至賅管的另一端之裝置· 5. 依據申請專利範圔第4項之裝置，其中該高電壓 裝置可供應至60 kV · 6. 依據申請專利範園第4項之裝置，其中在彈射點 的賅樹脂類粉末粒子在20%相對濕度下的電阻率自大約 10β至大約1013歐姆.米· 7 . —種塗覆方法，在基體上的樹脂形成耐久塗覆，' 包含由申請專利範圃第1項之裝置所形成，應用於該基體 的靜電感應充電的粒子*和在該粒子的電荷被損耗之前， 將該粒子固化於該基體· (請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁) • ..... 裝. 订 本紙張尺度逍用中國國家標準（CNS M4规格（2丨0><297公釐）_ 2 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 8.—種塗覆方法，‘在基《上的樹脂形成耐久塗覆， 包含由申請專利範園第4項之裝置所形成，應用於該基體 的靜電感應充電的粒子*和在該粒子的電荷被損耗之前， 將該粒子固化於該基體· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) T 裝 訂 經濟部中央梂準局ec工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家梯率（CNS ) A4現格（210X297公釐）