木門(mén)作為木制品的重要品類(lèi)之一，近年來(lái)得到了快速發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2017年我國(guó)木門(mén)產(chǎn)值達(dá)到1500億元，居世界第一。木門(mén)生產(chǎn)制造的涂裝過(guò)程，涂料利用率、表面涂層質(zhì)量是重要的技術(shù)指標(biāo)，受到廣泛的關(guān)注。
近年來(lái)，靜電噴涂技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于木門(mén)涂裝，多用于木門(mén)底漆的噴涂?，F(xiàn)有的靜電噴涂工藝是，靜電噴槍處于直流負(fù)高壓端，木門(mén)工件通過(guò)兩側(cè)放置的金屬棒接地，使噴槍與木門(mén)之間存在電勢(shì)差，進(jìn)而形成電場(chǎng)，帶電漆霧在電場(chǎng)力的作用下，吸附于木門(mén)表面。然而，由于木門(mén)自身導(dǎo)電性差，待噴涂表面不能一直穩(wěn)定地處于0電位，而噴槍與木門(mén)之間的電勢(shì)差降低，則電場(chǎng)強(qiáng)度減弱，導(dǎo)致木門(mén)靜電噴涂上漆率不夠理想。鑒此，筆者借鑒電介質(zhì)與電場(chǎng)領(lǐng)域的研究經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)增強(qiáng)靜電噴槍與木門(mén)待噴涂表面之間的電場(chǎng)強(qiáng)度，來(lái)提高木門(mén)靜電噴涂上漆量，旨為木門(mén)產(chǎn)業(yè)向資源節(jié)約、環(huán)境友好方向發(fā)展，提供技術(shù)支撐。
1、材料與方法
1.1 試驗(yàn)材料
1)中密度纖維板：規(guī)格2000mm×800mm×25mm(長(zhǎng)×寬×厚)，含水率8%-10%，密度0.7g/cm3，用于制作木門(mén)基體;
2)沙比利( Entandrophragma cylindricum)裝飾薄木：規(guī)格800mmx200mmx03mm (長(zhǎng)x寬x厚)含水率8%-10%，用于木門(mén)表面飾面;
3)鋁箔導(dǎo)電膠帶：規(guī)格30000mmx800mmx0.2mm (長(zhǎng)x寬x厚)，單面導(dǎo)電(粘貼面不導(dǎo)電)，用于制作木門(mén)后置接地導(dǎo)電板;
4)涂料：X-7117型UV靜電噴涂透明底漆，主要化學(xué)成分為丙烯酸，黏度17.05mPas;
5)稀釋劑：US701型UV靜電噴涂稀釋劑，主要化學(xué)成分為乙醇。
1.2 設(shè)備儀器
旋杯式靜電噴涂設(shè)備(蘭氏木器專(zhuān)用旋杯，空載轉(zhuǎn)速60000r/min)，JM20002電子天平。
1.3試驗(yàn)方法
1.3.1方法原理
木門(mén)靜電噴涂過(guò)程中，涂料微粒受電場(chǎng)力的作用而運(yùn)動(dòng)。電場(chǎng)強(qiáng)度增大，或涂料微粒帶電量增加均能夠提高涂料微粒所受的電場(chǎng)力，進(jìn)而提高上漆量。電場(chǎng)強(qiáng)度增大，不僅能直接提高帶電漆霧的電場(chǎng)力，還能通過(guò)提高漆霧的帶電量，間接提高電場(chǎng)力。
基于此原理，筆者提出了一種木門(mén)門(mén)扇靜電噴涂新方法，即在木門(mén)工件背后放置接地導(dǎo)電板。由于接地導(dǎo)電板始終是保持0電位，其與靜電噴槍之間形成穩(wěn)定的電勢(shì)差，進(jìn)而形成穩(wěn)定的高壓電場(chǎng)，木門(mén)工件表面與靜電噴槍之間的電場(chǎng)增強(qiáng)，帶電漆霧在高壓電場(chǎng)的作用下，容易帶電、霧化，并且更易吸附于木門(mén)表面，進(jìn)而提高靜電噴涂的上漆量。
1.3.2靜電噴涂工藝試驗(yàn)
靜電噴涂生產(chǎn)線(xiàn)裝有3支噴槍,以400mm等間距水平排列：噴頭距木門(mén)表面的距離為200mm。噴槍做垂直方向往復(fù)移動(dòng)，速度為40 m/min;木門(mén)水平進(jìn)給速度為4.5m/min.靜電電壓為60kV，涂料流量約200mI/min;
本試驗(yàn)由于條件所限，采用在木門(mén)工件背面貼附鋁箔導(dǎo)電膠帶，替代接地導(dǎo)電板，考察后置導(dǎo)電板對(duì)上漆量的影響。工廠生產(chǎn)中，可有2種方式實(shí)現(xiàn)靜電噴涂方法改良：
1)通過(guò)傳送導(dǎo)軌，導(dǎo)電板與木門(mén)同步進(jìn)給，運(yùn)行及噴涂過(guò)程中，接地導(dǎo)電板始終處于木門(mén)背面：
圖1兩種靜電噴涂實(shí)施方案示意圖
2)將后置接地導(dǎo)電板固定于三支靜電噴槍的正前方，當(dāng)木門(mén)工件進(jìn)給移動(dòng)到靜電噴槍的正前方時(shí)，正好處于后置接地導(dǎo)電板與靜電噴槍之間，開(kāi)始噴涂。
1.4 上漆量的測(cè)定
采用薄木噴涂的方法，噴涂前用電子天平稱(chēng)量薄木的初始質(zhì)量。靜電噴涂?jī)纱?，待涂層固化后，分別稱(chēng)量薄木質(zhì)量，計(jì)算附著涂料的總質(zhì)量，即為木門(mén)靜電噴涂的上漆量。
每種噴涂方法均試驗(yàn)兩次，每次試驗(yàn)平行測(cè)試三個(gè)試樣，結(jié)果取平均值。
2、結(jié)果與分析
2.1上漆量
兩種靜電噴涂方法的薄木質(zhì)量平均增量，見(jiàn)圖2。以薄木試樣的面積為0.16m2計(jì)，由實(shí)測(cè)結(jié)果推算，改良方法相比現(xiàn)有方法1次噴涂后，木門(mén)表面每m2的上漆量，由62.0g增至93.19g，增幅約50.3%，2次噴涂后，由145.75g增至199.69g,增幅約37%。
圖2兩種靜電噴涂方法裝飾薄木質(zhì)量的平均增量
2.2電場(chǎng)強(qiáng)度
為了從理論上證明靜電噴槍與木門(mén)之間電場(chǎng)增強(qiáng)對(duì)上漆量增加的作用，采用有限元法建立兩種靜電噴涂方法電場(chǎng)強(qiáng)度仿真模型。
1)模型的簡(jiǎn)化與假設(shè)
①忽略靜電噴槍頭部具體的幾何結(jié)構(gòu)，將其假設(shè)為球狀高壓端;
②考慮模型的軸對(duì)稱(chēng)性，建立單支噴槍與木門(mén)間電場(chǎng)的二維軸對(duì)稱(chēng)仿真模型。兩種方法的仿真模型，
2)模型的幾何參數(shù)
噴頭中心點(diǎn)距木門(mén)表面的垂直距離為200mm，木門(mén)厚度為40mm，木門(mén)長(zhǎng)度為2400mm，木門(mén)寬度在模型中不體現(xiàn)。
3)模型的材料屬性
木材在常溫干燥條件下，其相對(duì)介電常數(shù)為4-8，本模型取平均值6，忽略木材各向異性材料屬性的影響，木門(mén)與靜電噴槍之間的空氣介質(zhì)，相對(duì)介電常數(shù)為1。
4)模型的網(wǎng)格劃分及邊界條件
①模型的網(wǎng)格劃分
靜電噴槍附近的空氣介質(zhì)和木門(mén)工件區(qū)域，網(wǎng)格進(jìn)行加密處理，選擇二維四邊形單元進(jìn)行建模。遠(yuǎn)離噴槍與木門(mén)的區(qū)域，網(wǎng)格稀疏劃分，選擇二維無(wú)限單元進(jìn)行建模。
②模型的邊界條件
現(xiàn)有方法中，木門(mén)長(zhǎng)度方向的端部通過(guò)金屬鐵棒接地，因此，只有工件長(zhǎng)度方向的端部電壓為0kV，改良方法的木門(mén)背面后置接地導(dǎo)電板材，因此，整個(gè)背面電壓皆為0kV。通過(guò)所建模型獲得了兩種靜電噴涂方法靜電噴槍正下方的電場(chǎng)強(qiáng)度分布，如圖4所示。
由圖4可見(jiàn)，采用改良靜電噴涂方法，靜電噴槍與木門(mén)表面之間的電場(chǎng)強(qiáng)度明顯增強(qiáng)。峰值電場(chǎng)強(qiáng)度由15X107V/m增至17x107V/m，增幅約13%。
靜電噴槍附近為電離區(qū)，漆霧在此區(qū)域內(nèi)充分帶電并進(jìn)一步霧化。隨著靜電噴涂電場(chǎng)強(qiáng)度的增強(qiáng)，漆霧的霧化和帶電效果均提高。漆霧帶電效果的改善，使其在電場(chǎng)的作用下，更加容易向木門(mén)表面運(yùn)動(dòng)，并且吸附在木門(mén)表面，進(jìn)而提高了涂料的利用率和木門(mén)靜電噴涂上漆量。
圖4靜電噴槍正下方的電場(chǎng)分布
3、結(jié)論
1)木門(mén)靜電噴涂過(guò)程中，采用木門(mén)后置接地導(dǎo)電板材的改良方法，可提高靜電噴槍與木門(mén)之間的電場(chǎng)強(qiáng)度，進(jìn)而顯著提高木門(mén)靜電噴涂上漆量。
2)與現(xiàn)有相比，改良靜電噴涂方法獲得的峰值電場(chǎng)強(qiáng)度提高約13%。一次靜電噴涂木門(mén)表面上漆量提高約503%;二次靜電噴涂上漆量提高約37%。
3)若按我國(guó)木門(mén)產(chǎn)量1億樘，以木門(mén)門(mén)扇表面平均面積為4m2、需噴涂2次計(jì)，保守估算，采用改良靜電噴涂方法，2次靜電噴涂，單位面積可節(jié)省涂料53.94g，1億樘木門(mén)可節(jié)省涂料21576t，經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益顯著。