靜電在各行業中的應用

日期：2025-11-07 02:43

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摘要：

靜電在各行業中的應用

利用靜電感應、高壓靜電場的氣體放電等效應和原理，實現多種加工工藝和加工設備。在電力、機械、輕工、紡織、航空航天以及高技術領域有著廣泛的應用。

　　靜電除塵和分選　靜電除塵是利用靜電場的作用, 使氣體中懸浮的塵粒帶電而被吸附，并將塵粒從煙氣中分離出來而將其去除。這是靜電應用的主要方面，可用于各種工廠的煙氣除塵，靜電除塵裝置的結構是：將棒狀或絲狀高壓放電電極兩端絕緣起來，并懸掛在接地平板集塵極之間或接地圓筒形集塵極的軸心上，在高壓放電極上施加負高壓，當達到電暈起始電壓以上時，高壓極表面就出現紫色的光點，同時發出嘶嘶聲，含有粉塵或煙霧的氣體通入時，粉塵及煙霧等粒子因負離子作用而直接帶電，在電場作用下它們被吸附在集塵極并堆積起來，被凈化的氣體從中抽出。所堆積的粉塵，在敲打集塵極時脫落下來，加以**。靜電除塵與一般的用離心力分離、清洗、過濾等除塵方法相比，具有較高的除塵效率，一般可達95％以上，高的可達99％以上。可捕集0.01微米以上的微粒，除塵粒徑范圍大，塵埃可為干式或濕式。裝置的壓力損失較小，一般為10～20毫米水柱,維護簡便,所花費用較少,能處理腐蝕性氣體或塵埃,可進行高溫排氣處理,一般達350℃,特殊設計可達500℃；耗電少，處**量大,對發電容量為100萬千瓦的火電廠，處理煙氣量可達每小時數百萬米3。但對于處**量較小的裝置，初始成本較高；對于各種不同的粉塵，必須調節除塵條件，當處理可燃性氣體時，必須設有防爆措施。

　　靜電除塵按粒子的處理方式可分為干式、濕式和霧式。按氣流方向可分為垂直型與水平型。按集塵電極的形狀可分為圓筒型和平板型。一般采用負電暈放電，其閃絡電壓較高，可提高施加電壓，有利于提高除塵效率。除塵效率與電極形狀和尺寸、粉塵性質、施加電壓和電流、氣體流速與流量、再飛揚等多種因素有關。電集塵中難度較大的是大于5×1010歐厘米的高電阻率粉塵的處理，因其易引起反電離與再飛揚現象。一般可采用加入添加劑、三電極系統、脈沖電源和寬的電極間距等措施加以改善。有人在直流電壓上疊加25千伏左右的脈沖電壓，收到了較好的效果。靜電分選是利用強電場對帶電體或極化體的靜電力作用，有選擇地分離各種固體材料。各種分選設備均有以下兩個基本部分。

　　①帶電機構：使待分選的固體材料的電荷分布滿足下列條件，一是兩種不同種類的固體粒子進入分選區時帶反號電荷，這樣，方向相反的電場力使二者分開；二是兩種不同種類的粒子進入分選區時僅有一種粒子顯著帶電，或者雖帶同號電荷，但電量顯著不同，借差別大的電場力使二者分開；三是不同種類的粒子進入分選區時被極化，所產生的偶極矩顯著不同，使之分開。使粒子帶電的方式可以是由接觸起電或摩擦起電，離子或電子碰撞起電以及感應起電等。分選裝置中的電源一般為高壓直流電，電壓范圍10～100千伏,既可為粒子帶電提供電場，又為分選時對粒子施加需要的作用力。

　　②粒子軌道調節裝置：用來調節對粒子的作用力和作用時間，以便在預定時間內使不同粒子具有不同的軌道。在裝置中，不僅利用電場力，還可利用重力、離心力或摩擦力。

　　分選設備按供料系統和產品收集系統的不同可分為接觸起電與自由落體分選機（適用于兩種介質材料的分選）；離子碰撞帶電與高壓分選機（可把良導體從非導體中分選出來）；感應起電與傳導分選機（適用于從良好絕緣體中分選出良導體來）。靜電分選技術已成功地應用于冶煉選礦、糧食凈化、纖維選揀、產品篩選等很多方面。實際上，靜電除塵也是一種分選。

　　靜電噴涂　利用靜電吸附作用將聚合物涂料微粒涂敷在接地金屬物體上，然后將其送入烘爐以形成厚度均勻的涂層。電暈放電電極使直徑 5～30微米的涂料粒子帶電，在輸送氣力和靜電力的作用下，涂料粒子飛向被涂物，粒子所帶電荷與被涂物上的感應電荷之間的吸附力使涂料牢固地附在被涂物上。一般經2～3秒，涂層即可達40～50微米厚。

　　涂料粒子的帶電、飛移和涂敷是靜電噴涂工藝的重要流程，決定著靜電噴涂系統的質量和效率。①涂料粒子的帶電。涂料在電暈放電電極附近受到離子轟擊而帶電，所帶電量是電極附近的電場強度及粒子飛過這一區域速度的函數，涂料粒子的帶電性能通常用荷質比（庫侖/千克）來描述。為了達到牢固地吸敷,平均荷質比應以5×10-4 庫侖/千克為宜。②涂料的轉移。涂料帶電之后，在輸送氣力的作用下飛移到被涂物上，*后靠靜電力吸附其表面。對任何一個噴涂系統來說，希望能有高的轉移效率，它與噴頭電壓及涂料流量有關，實際運行中須作綜合考慮。靜電噴涂技術廣泛應用于制作儀器儀表和用電設備中的加強絕緣、元器件的外保護和導體的外絕緣等。

　　靜電噴漆是在高壓靜電場作用下，使從噴槍噴出來的漆霧帶上電荷，這種帶電的漆霧，向帶異號電荷的工件表面吸附，沉積成均勻的涂膜。靜電噴涂的漆液利用率甚高，可達80～90％。主要用于汽車、機械、家用電器等行業。

　　噴撒農藥的靜電噴霧機和靜電噴粉機均裝設靜電噴頭,利用數百到數千伏的高壓直流電源通電到噴頭,使藥液或藥粉顆粒帶電，而防治目標則由靜電感應而引發出相反極性的電荷，從而使藥液或藥粉顆粒在靜電場作用下奔向防治目標。利用靜電作用能顯著提高命中率，減少藥劑損失和對環境的污染，并可將藥劑噴灑到目標的背面以增強防治效果。

　　靜電紡紗　在紡紗過程中利用靜電場對纖維的作用力，使纖維得到伸直、排列和凝聚，并在自由端須條加拈時起到平衡的作用，使紡紗能連續進行。是屬于自由端紡紗范疇的一種新型紡紗技術。美國于1949年首先進行研究，現在世界上仍處于理論探討和試驗階段，尚未達到工業生產規模。中國從1958年開始研究，現已建立了中試車間，并能穩定地進行幾十個品種的生產。靜電紡紗裝置是由單纖維供應機構、靜電場發生器、加拈器和卷繞機構 4個部分所組成。主要工藝流程為并條給濕，低速刺輥分梳，氣流剝棉輸送，封閉容器電場中定向排列及高速回轉加拈成紗。存在問題是紗疵較多，勞動生產率及經濟效益還趕不上傳統紡紗工藝。但其優點是產量高，大成形，將粗紗、細紗、筒子 3道工序合為一道，且用電省。特別是用于生產包芯竹節、彩色竹節及混紡方面更能顯示靜電紡紗的優越性。

　　靜電植絨　利用靜電場作用力使絨毛極化并沿電場方向排列，同時被吸著在涂有粘合劑的基底上成為絨毛制品。其裝置由兩個平行板電極構成。其中下電極接地，并在其上放置基底材料和短纖維；上電極板施加高壓直流電，兩電極間形成強電場。以仿麂皮絨產品為例，其工作過程是：將35～60千伏高壓電源的負極接入裝有絨毛的金屬網框上，涂有粘合劑的基底材料置于金屬托架上,并接入電源的正極,使金屬網框和金屬托架之間形成靜電場。經過整形處理后的絨毛通過金屬網孔以后，進入電場被極化，并使其轉動而平行于電場方向，沉于基底而被粘敷,形成植絨物品。目前主要產品類型有:纖維制品如地毯、坐墊、人造皮毛和印花絨布等；塑料制品如裝飾布、保護用吸聲布及賦有表面彈性的制品等；金屬制品有裝飾材料、保護材料和隔熱材料等；其他還有用于裝飾的木制殼體和紙制殼體等。

　　靜電復印　利用光電導敏感材料在曝光時按影像發生電荷轉移而存留靜電潛影，經一定的干法顯影、影像轉印和定影而得到復制件。所用材料為非銀感光材料。靜電復印有直接法和間接法兩種。前者將原稿的圖像直接復印在涂敷氧化鋅的感光紙上,又稱涂層紙復印機;后者將原稿圖像先變為感光體上的靜電潛像，然后再轉印到普通紙上，故又稱普通紙復印機。按顯影劑形態是干粉還是液體又可分為干式和濕式兩類。目前世界各國生產的以干式間接法靜電復印機為主。常用的復印材料有氧化鋅、硒、硫化鎘等無機光電導材料，以及聚乙烯咔唑(PVK)、三硝基芴酮(TNF)等有機光電導材料。靜電復印過程為:首先使敏感層均勻充電;然后用原稿進行反射曝光；由于光照部位光電導層電荷密度的差異而形成靜電潛像，經熱塑性的調色劑作覆蓋干法顯影處理(顯影)；將白紙覆在敏感層上再次充電使影像轉移到紙上(轉印)；經瞬時加熱使調色劑固定在紙上（定影）而得到復印件。靜電復印體系同過去的濕法顯影復印技術相比有顯著的優點：簡便，迅速，清晰，對操作人員無污染。靜電復印技術近年來得到了很大的發展，現代的靜電復印機具有很高的復印速率，可擴印和縮印，也可復印彩色原件。它滿足了現代社會對于信息記錄和信息顯示的需要。70年代，由微處理機控制的復印機問世，使復印機能執行復雜的程序并具有多種功能，例如，自診斷顯示系統能使用戶或維修人員快速排除故障，提高了工作質量和效率。靜電復印與現代通信技術以及電子計算機技術和激光技術等結合起來，成為信息網絡中的一個重要組成部分。在近距離或遠距離傳輸過程中作為讀取和記錄信息的終端，是辦公自動化中的一環。

　　靜電制版是利用靜電復印原理，使具有光電導性能的紙版成為靜電照相版。與傳統的照相制版相比，靜電制版速度快、工序少、成本低、操作簡便、節約白銀。其中光電導紙版是關鍵，一般采用成本低、制作易、毒性小的氧化鋅紙版，它由氧化鋅微粉體分散在絕緣樹脂中，并和其他一些物質涂布在紙基上制成。

　　在高技術領域的應用　靜電在高技術領域也得到一些應用，主要有：①靜電火箭發動機。屬電火箭發動機的一種，與化學火箭發動機不同，所用的能源與工質分開。靜電火箭發動機的特點是比沖高、壽命長（可起動上萬次，累計工作上萬小時），但推力很小，適用于航天器的姿態控制、位置保持和星際航行等。靜電火箭發動機的工質（如汞、銫、氫等）從貯存箱經過電離室電離成離子，在引出電極的靜電場力作用下加速形成射束。離子射束與中和器發射的電子耦合形成中性的高速束流，噴射而產生推力。推力通常在（0.5～25）×10-5牛之間，比沖達 8500～20000秒。②靜電軸承。利用電場力使軸懸浮的滑動軸承。用電場力和磁場力共同懸浮的是組合式軸承。因靜電軸承需要很高的電場強度，其應用受到限制，只在少數特殊儀表中使用。③靜電陀螺儀。又稱電浮陀螺。是陀螺傳感器的一種。在金屬球形空心轉子的周圍裝有均勻分布的高壓電極,對轉子形成靜電場,用靜電力支承高速旋轉的轉子。這種方式屬于球形支承，轉子不僅能繞自轉軸旋轉，同時也能繞垂直于自轉軸的任何方向轉動，故屬自由轉子陀螺儀類型。靜電場僅有吸力，轉子離電極越近吸力就越大，這就使轉子處于不穩定狀態。用一套支承電路改變轉子所受的力，可使轉子保持在中心位置。靜電陀螺儀采用非接觸支承，不存在摩擦，所以精度很高,其漂移率低達10-3～10-5度/時，是高精度慣性導航系統的重要元件。但它不能承受較大的沖擊和振動。其另一缺點是結構和制造工藝復雜，成本較高。④靜電透鏡，是電子透鏡中的一種。在旋轉對稱型的若干個導體電極上分別加上一定的直流電壓所形成的旋轉對稱靜電場。例如，由等半徑或不等半徑的雙圓筒電極構成的浸沒透鏡;由等半徑或不等半徑的3個圓筒或3個光闌構成的單電位透鏡,以及由陰極、調制極和陽極構成的陰極透鏡。

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