木门作为木制品的重要品类之一，近年来得到了快速发展。据不完全统计，2017年我国木门产值达到1500亿元，居世界第一。木门生产制造的涂装过程，涂料利用率、表面涂层质量是重要的技术指标，受到广泛的关注。

    近年来，静电喷涂技术开始应用于木门涂装，多用于木门底漆的喷涂。现有的静电喷涂工艺是，静电喷枪处于直流负高压端，木门工件通过两侧放置的金属棒接地，使喷枪与木门之间存在电势差，进而形成电场，带电漆雾在电场力的作用下，吸附于木门表面。然而，由于木门自身导电性差，待喷涂表面不能一直稳定地处于0电位，而喷枪与木门之间的电势差降低，则电场强度减弱，导致木门静电喷涂上漆率不够理想。鉴此，笔者借鉴电介质与电场领域的研究经验，通过增强静电喷枪与木门待喷涂表面之间的电场强度，来提高木门静电喷涂上漆量，旨为木门产业向资源节约、环境友好方向发展，提供技术支撑。

    1、材料与方法

    1.1 试验材料

    1)中密度纤维板：规格2000mm×800mm×25mm(长×宽×厚)，含水率8%-10%，密度0.7g/cm3，用于制作木门基体;

    2)沙比利( Entandrophragma cylindricum)装饰薄木：规格800mmx200mmx03mm (长x宽x厚)含水率8%-10%，用于木门表面饰面;

    3)铝箔导电胶带：规格30000mmx800mmx0.2mm (长x宽x厚)，单面导电(粘贴面不导电)，用于制作木门后置接地导电板;

    4)涂料：X-7117型UV静电喷涂透明底漆，主要化学成分为丙烯酸，黏度17.05mPas;

    5)稀释剂：US701型UV静电喷涂稀释剂，主要化学成分为乙醇。

    1.2 设备仪器

    旋杯式静电喷涂设备(兰氏木器专用旋杯，空载转速60000r/min)，JM20002电子天平。

    1.3试验方法

    1.3.1方法原理

    木门静电喷涂过程中，涂料微粒受电场力的作用而运动。电场强度增大，或涂料微粒带电量增加均能够提高涂料微粒所受的电场力，进而提高上漆量。电场强度增大，不仅能直接提高带电漆雾的电场力，还能通过提高漆雾的带电量，间接提高电场力。

    基于此原理，笔者提出了一种木门门扇静电喷涂新方法，即在木门工件背后放置接地导电板。由于接地导电板始终是保持0电位，其与静电喷枪之间形成稳定的电势差，进而形成稳定的高压电场，木门工件表面与静电喷枪之间的电场增强，带电漆雾在高压电场的作用下，容易带电、雾化，并且更易吸附于木门表面，进而提高静电喷涂的上漆量。

    1.3.2静电喷涂工艺试验

    静电喷涂生产线装有3支喷枪,以400mm等间距水平排列：喷头距木门表面的距离为200mm。喷枪做垂直方向往复移动，速度为40 m/min;木门水平进给速度为4.5m/min.静电电压为60kV，涂料流量约200mI/min;

    本试验由于条件所限，采用在木门工件背面贴附铝箔导电胶带，替代接地导电板，考察后置导电板对上漆量的影响。工厂生产中，可有2种方式实现静电喷涂方法改良：

    1)通过传送导轨，导电板与木门同步进给，运行及喷涂过程中，接地导电板始终处于木门背面：

    图1两种静电喷涂实施方案示意图

    2)将后置接地导电板固定于三支静电喷枪的正前方，当木门工件进给移动到静电喷枪的正前方时，正好处于后置接地导电板与静电喷枪之间，开始喷涂。

    1.4 上漆量的测定

    采用薄木喷涂的方法，喷涂前用电子天平称量薄木的初始质量。静电喷涂两次，待涂层固化后，分别称量薄木质量，计算附着涂料的总质量，即为木门静电喷涂的上漆量。

    每种喷涂方法均试验两次，每次试验平行测试三个试样，结果取平均值。

    2、结果与分析

    2.1上漆量

    两种静电喷涂方法的薄木质量平均增量，见图2。以薄木试样的面积为0.16m2计，由实测结果推算，改良方法相比现有方法1次喷涂后，木门表面每m2的上漆量，由62.0g增至93.19g，增幅约50.3%，2次喷涂后，由145.75g增至199.69g,增幅约37%。

    图2两种静电喷涂方法装饰薄木质量的平均增量

    2.2电场强度

    为了从理论上证明静电喷枪与木门之间电场增强对上漆量增加的作用，采用有限元法建立两种静电喷涂方法电场强度仿真模型。

    1)模型的简化与假设

    ①忽略静电喷枪头部具体的几何结构，将其假设为球状高压端;

    ②考虑模型的轴对称性，建立单支喷枪与木门间电场的二维轴对称仿真模型。两种方法的仿真模型，

    2)模型的几何参数

    喷头中心点距木门表面的垂直距离为200mm，木门厚度为40mm，木门长度为2400mm，木门宽度在模型中不体现。

    3)模型的材料属性

    木材在常温干燥条件下，其相对介电常数为4-8，本模型取平均值6，忽略木材各向异性材料属性的影响，木门与静电喷枪之间的空气介质，相对介电常数为1。

    4)模型的网格划分及边界条件

    ①模型的网格划分

    静电喷枪附近的空气介质和木门工件区域，网格进行加密处理，选择二维四边形单元进行建模。远离喷枪与木门的区域，网格稀疏划分，选择二维无限单元进行建模。

    ②模型的边界条件

    现有方法中，木门长度方向的端部通过金属铁棒接地，因此，只有工件长度方向的端部电压为0kV，改良方法的木门背面后置接地导电板材，因此，整个背面电压皆为0kV。通过所建模型获得了两种静电喷涂方法静电喷枪正下方的电场强度分布，如图4所示。

    由图4可见，采用改良静电喷涂方法，静电喷枪与木门表面之间的电场强度明显增强。峰值电场强度由15X107V/m增至17x107V/m，增幅约13%。

    静电喷枪附近为电离区，漆雾在此区域内充分带电并进一步雾化。随着静电喷涂电场强度的增强，漆雾的雾化和带电效果均提高。漆雾带电效果的改善，使其在电场的作用下，更加容易向木门表面运动，并且吸附在木门表面，进而提高了涂料的利用率和木门静电喷涂上漆量。

    图4静电喷枪正下方的电场分布

    3、结论

    1)木门静电喷涂过程中，采用木门后置接地导电板材的改良方法，可提高静电喷枪与木门之间的电场强度，进而显著提高木门静电喷涂上漆量。

    2)与现有相比，改良静电喷涂方法获得的峰值电场强度提高约13%。一次静电喷涂木门表面上漆量提高约503%;二次静电喷涂上漆量提高约37%。

    3)若按我国木门产量1亿樘，以木门门扇表面平均面积为4m2、需喷涂2次计，保守估算，采用改良静电喷涂方法，2次静电喷涂，单位面积可节省涂料53.94g，1亿樘木门可节省涂料21576t，经济与环境效益显著。