一种程控式静电喷涂装置

摘要

一种程控式静电喷涂装置，包括箱体、控制主板、开关电源，其特征在于：还包括高压静电喷头模块、喷头运动支架、浆料输送系统、自动升降平台、气接头，所述箱体包括箱室A、箱室B，所述箱室A内设置有控制主板、开关电源、高压静电喷头模块、喷头运动支架、自动升降平台、气接头；所述箱室B内设置有浆料输送系统；所述高压静电喷头模块设置在喷头运动支架上；所述高压静电喷头模块下方设置有自动升降平台；所述浆料输送系统通过聚四氟乙烯管与高压静电喷头模块相连接；所述气接头设置在箱室A侧壁，通过软管与自动升降平台相连接；本发明提供的一种程控式静电喷涂装置，显著提高喷涂浆料利用率，节约昂贵浆料的用量。

权利要求

1.一种程控式静电喷涂装置，包括箱体、控制主板、开关电源，其特征在于：还包括高压静电喷头模块、喷头运动支架、浆料输送系统、自动升降平台、气接头，所述箱体包括箱室A、箱室B，所述箱室A内设置有控制主板、开关电源、高压静电喷头模块、喷头运动支架、自动升降平台、气接头；所述箱室B内设置有浆料输送系统；所述高压静电喷头模块设置在喷头运动支架上，高压静电喷头模块可在X-Y轴平面内移动；所述高压静电喷头模块下方设置有自动升降平台，所述自动升降平台可以垂直方向上下移动；所述浆料输送系统通过聚四氟乙烯管与高压静电喷头模块相连接；所述气接头设置在箱体的侧壁，通过软管与自动升降平台相连接，用于在自动升降平台上保持真空吸附力；

所述高压静电喷头模块包括高压静电发生器、喷头、高压瞬态保护电路、喷雾调节电路、隔离电源；

所述自动升降平台包括真空吸附平台、加热模块、温度传感器，控制主板通过连接加热模块和温度传感器，对真空吸附平台进行加热温度的控制；

所述控制主板，通过连接电脑或读取存储卡中的程序来控制喷头运动支架和自动升降平台的运动；

所述喷头包括外壳、金属鲁尔接头、不锈钢针头，所述外壳采用介电强度大于10kV/mm绝缘塑料；外壳底部设置有金属鲁尔接头，所述金属鲁尔接头的凸起端设置为6%鲁尔的外圆锥接头，金属鲁尔接头的正中心设置有一个内径2mm的通孔，通孔内设置有与浆料输送系统相连通的聚四氟乙烯管；所述不锈钢针头与金属鲁尔接头的凸起端相连接。

2.根据权利要求1所述的一种程控式静电喷涂装置，其特征在于：所述的高压静电发生器输出端包括高压正极、高压负极；高压正极与自动升降平台相连接并与箱体的金属外壳一起接地；高压负极与喷头中的金属鲁尔接头相连接。

3.根据权利要求1所述的一种程控式静电喷涂装置，其特征在于：所述隔离电源的总功率不高于2W，输出1.5V 12V电压；隔离电源作为高压静电发生器的输入电源，高压静电发生~器的总功率不高于2W，输出电压不高于90kV。

4.根据权利要求1所述的一种程控式静电喷涂装置，其特征在于：所述浆料输送系统包括注射泵进料系统、浆料超声分散系统，所述注射泵进料系统与浆料超声分散系统相连接后，通过聚四氟乙烯管与高压静电喷头模块相连接。

5.根据权利要求1所述的一种程控式静电喷涂装置，其特征在于：所述高压瞬态保护电路由高压电阻、高压电感与高压负极串联组成。

6.根据权利要求1所述的一种程控式静电喷涂装置，其特征在于：所述喷雾调节电路由二极管与旋钮式电位器并联组成。

7.根据权利要求1所述的一种程控式静电喷涂装置，其特征在于：所述喷头运动支架通过齿轮传动皮带，由X轴电机和Y轴电机驱动，在平面内沿X轴、Y轴方向运动。

8.根据权利要求1所述的一种程控式静电喷涂装置，其特征在于：所述的自动升降平台通过滚珠丝杆，由Z轴电机驱动沿Z轴方向上下运动。

9.根据权利要求4所述的一种程控式静电喷涂装置，其特征在于：所述注射泵进料系统由注射泵、一次性注射器组成。

说明书

一种程控式静电喷涂装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种程控式静电喷涂装置，属于静电喷涂装置，主要用于平面薄层电极这类对喷涂质量要求较高的涂层制备。

背景技术

[0002] 静电喷涂技术，是一种利用高压静电场进行喷涂的方法。具体方法是喷头的尖端与收集端分别带上不同的电荷，并形成高压静电场；然后将带电浆料输送到喷头的尖端，由于高压电场的作用，使浆料雾化并喷涂到收集端的被喷涂物件表面。依靠电场力的牵引，静电喷涂法能实现物体凹面或死角的喷涂。

[0003] 传统的静电喷涂设备是静电喷枪，一般用于涂装行业，包括喷枪一支，雾化喷嘴一个，静电发生器一台，以及供漆泵浦一台，静电喷涂枪市场上应用较多见。

[0004] 此外静电喷涂设备根据功能的不同分为：手动静电喷涂和自动静电喷涂，原理都是一样。最常见的是手持式静电喷枪的应用，喷涂工人直接用手握住静电喷枪进行喷涂作业。自动静电喷涂主要是安装在自动化生产线上使用，如机器人或机械手臂，但其仅仅只对喷涂区域进行了程序控制，而忽略了静电喷涂工艺过程中影响涂层质量的其他重要因素。因此喷涂质量一般较差，甚至不如手动静电喷涂的涂层质量。且安装在往复机上的静电喷枪的灵活性没有手动静电喷涂那么高，很多产品必须使用手动静电喷涂才能达到喷涂要求，因此应用受到了限制。仅用于要求不高的喷涂应用，比如家具表面涂漆等。

[0005] 对于太阳能电池、燃料电池、锂电池等技术领域的薄层电极，其表面涂层的微观结构、厚度均一性等因素直接决定了电池的效率和性能，因此这类涂层对喷涂质量的要求很高。制备这类涂层需要严格控制静电喷涂的工艺条件，以达到涂层的高质量和一致性，这对于静电喷涂装置的设计提出了更高的要求：

[0006] 1.精确可调的喷涂路径；

[0007] 2. 精准的重复定位、严格一致的喷涂间距；

[0008] 3. 对喷涂浆料的超强雾化能力；

[0009] 4. 精准、平稳的喷涂浆料流量控制；

[0010] 5. 管路的防堵塞设计；

[0011] 6.喷涂涂层中溶剂蒸发速度的控制；

[0012] 7. 被喷涂物件位置的固定和尺寸的固定，喷涂浆料中溶剂的溶胀作用，可能会导致被喷涂物件的位置和尺寸发生变化。

发明内容

[0013] 目的：专用于平面薄层电极这类对喷涂质量的一致性和可控性要求较高的程控式静电喷涂装置，目前还未见报道。本发明涉及一种程控式静电喷涂装置，所要解决以上传统静电喷涂装置无法实现的技术及功能。

[0014] 技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

[0015] 一种程控式静电喷涂装置，包括箱体、控制主板、开关电源，其特征在于：还包括高压静电喷头模块、喷头运动支架、浆料输送系统、自动升降平台、气接头，所述箱体包括箱室A、箱室B，所述箱室A内设置有控制主板、开关电源、高压静电喷头模块、喷头运动支架、自动升降平台、气接头；所述箱室B内设置有浆料输送系统；所述高压静电喷头模块设置在喷头运动支架上，高压静电喷头模块可在X-Y轴平面内移动；所述高压静电喷头模块下方设置有自动升降平台，所述自动升降平台可以垂直方向上下移动；所述浆料输送系统通过聚四氟乙烯管与高压静电喷头模块相连接；所述气接头设置在箱体的侧壁，通过软管与自动升降平台相连接，用于在自动升降平台上保持真空吸附力；

[0016] 所述高压静电喷头模块包括高压静电发生器、喷头、高压瞬态保护电路、喷雾调节电路、隔离电源；

[0017] 所述自动升降平台包括真空吸附平台、加热模块、温度传感器，控制主板通过连接加热模块和温度传感器，对真空吸附平台进行加热温度的控制；

[0018] 所述控制主板，通过连接电脑或读取存储卡中的程序来控制喷头运动支架和自动升降平台的运动。

[0019] 所述喷头包括外壳、金属鲁尔接头、不锈钢针头，所述外壳采用介电强度大于10kV/mm绝缘塑料；外壳底部设置有金属鲁尔接头，所述金属鲁尔接头的凸起端设置为6%鲁尔的外圆锥接头，金属鲁尔接头的正中心设置有一个内径2mm的通孔，通孔内设置有与浆料输送系统相连通的聚四氟乙烯管；所述不锈钢针头与金属鲁尔接头的凸起端相连接。

[0020] 所述的高压静电发生器输出端包括高压正极、高压负极；高压正极与自动升降平台相连接并与箱体的金属外壳一起接地；高压负极与喷头中的金属鲁尔接头相连接。

[0021] 所述隔离电源的总功率不高于2W，输出1.5V 12V电压；隔离电源作为高压静电发~生器的输入电源，高压静电发生器的总功率不高于2W，输出电压不高于90kV。

[0022] 所述浆料输送系统包括注射泵进料系统、浆料超声分散系统，所述注射泵进料系统与浆料超声分散系统相连接后，通过聚四氟乙烯管与高压静电喷头模块相连接；所述注射泵进料系统由注射泵、一次性注射器组成。

[0023] 所述高压瞬态保护电路由高压电阻、高压电感与高压负极串联组成。

[0024] 所述喷雾调节电路由二极管与旋钮式电位器并联组成。

[0025] 所述喷头运动支架通过齿轮传动皮带，由X轴电机和Y轴电机驱动，在平面内沿X轴、Y轴方向运动。

[0026] 所述的自动升降平台通过滚珠丝杆，由Z轴电机驱动沿Z轴方向上下运动。

[0027] 有益效果：本发明提供了一种程控式静电喷涂装置，能够解决以上传统静电喷涂装置无法实现的技术及功能。包括：1.精确可调的静电喷涂路径；2.精准的重复定位、严格一致的喷涂间距；3.超强的喷涂浆料雾化能力；4.精准、平稳的浆料流量控制；5.管路的防堵塞设计；6.喷涂涂层中溶剂蒸发速度的控制；7.被喷涂物件位置的固定和尺寸的固定；8.显著提高喷涂浆料利用率，节约昂贵浆料的用量。

附图说明

[0028] 图1为本发明的结构示意图；

[0029] 图2为浆料输送系统的结构示意图；

[0030] 图3为喷头的结构示意图；

[0031] 图4为自动升降平台的结构示意图。

具体实施方式

[0032] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

[0033] 如图1所示，一种程控式静电喷涂装置，包括箱体、控制主板、开关电源，还包括高压静电喷头模块1、喷头运动支架2、浆料输送系统3、自动升降平台4、气接头5，所述箱体包括箱室A6、箱室B7，所述箱室A6内设置有控制主板、开关电源、高压静电喷头模块1、喷头运动支架2、自动升降平台4、气接头5；所述箱室B7内设置有浆料输送系统3；所述高压静电喷头模块1设置在喷头运动支架2上，高压静电喷头模块1可在X-Y轴平面内移动；所述高压静电喷头模块1下方设置有自动升降平台4，所述自动升降平台4可以垂直方向上下移动；所述浆料输送系统3通过聚四氟乙烯管8与高压静电喷头模块1相连接；所述气接头5设置在箱室A6侧壁，通过软管9与自动升降平台4相连接，使用时，气接头5与外接的真空泵相连接，用于在自动升降平台上保持真空吸附力。所述喷头运动支架2通过齿轮传动皮带，由X轴电机和Y轴电机驱动，在平面内沿X轴、Y轴方向运动；所述的自动升降平台4通过滚珠丝杆，由Z轴电机驱动沿Z轴方向上下运动。

[0034] 所述高压静电喷头模块1包括高压静电发生器、喷头、高压瞬态保护电路、喷雾调节电路、隔离电源。

[0035] 如图2所示，所述浆料输送系统3包括注射泵进料系统31、浆料超声分散系统32，所述注射泵进料系统31与浆料超声分散系统32相连接后，通过聚四氟乙烯管8与高压静电喷头模块1相连接；所述注射泵进料系统31由注射泵311、一次性注射器312组成。

[0036] 如图3所示，所述喷头101包括外壳102、金属鲁尔接头103、不锈钢针头104，所述外壳102采用介电强度大于10kV/mm绝缘塑料材质；外壳102底部设置有金属鲁尔接头103，所述金属鲁尔接头103的凸起端设置为6%鲁尔的外圆锥接头，金属鲁尔接头103的正中心设置有一个内径2mm的通孔，通孔内设置有与浆料输送系统3相连通的聚四氟乙烯管8；所述不锈钢针头104与金属鲁尔接头103的凸起端相连接；金属鲁尔接头103通过导线105与高压负极相连接。

[0037] 如图4所示，所述自动升降平台4包括真空吸附平台41、加热模块42、温度传感器43，控制主板通过连接加热模块42和温度传感器43，对真空吸附平台41进行加热温度的控制。

[0038] 具体实施例如下：

[0039] 【实施例1】：

[0040] 将纳米级的铂碳催化剂浆料利用本发明喷涂于质子交换膜表面，用于制备燃料电池膜电极中的催化层。具体的使用步骤为：

[0041] 1．将质子交换膜平铺于真空吸附平台的正中，将真空吸附平台的温度设定为70~100℃，待质子交换膜受热收缩后，启动外接的真空泵，吸附固定质子交换膜。

[0042] 2．用一次性塑料注射器抽取一定体积的催化剂浆料，装夹到浆料输送系统中的注射泵中，连接聚四氟乙烯管后启动注射泵，将催化剂浆料推进到喷头前端的不锈钢针头中。

[0043] 3．用USB线连接程控式静电喷涂装置与电脑并直接运行扫描式喷涂程序，或使用带有运行轨迹程序的SD卡，插入程控式静电喷涂装置的SD卡槽中。选择将要运行的喷涂运行轨迹程序，立即启动静电喷涂程序。此时喷头将顺序碰撞X、Y、Z轴的光电开关，寻找基准零点。随后移动到质子交换膜的上方，进行静电喷涂作业。

[0044] 4．针对不同配方的催化剂浆料，可以通过喷雾调节电路中的旋钮，调节喷头的静电雾化功率。也可以通过控制浆料输送系统中的注射泵的推进速度，控制静电喷雾的浆料流量。

[0045] 5．针对易于沉降的催化剂浆料，聚四氟乙烯管中的浆料将首先经过浆料超声分散系统，再进入喷头。

[0046] 6．纳米铂碳催化剂浆料首先通过喷头带上高压负电荷，由于同种电荷相互排斥的原理，在喷涂过程中可以实现纳米级的雾化，又由于静电场引力的作用，带负电的纳米铂碳催化剂浆料几乎完全被吸引到了带高压正点的被喷涂物体——质子交换膜表面，真空吸附平台把浆料中的溶剂迅速蒸发，从而形成了一层高质量的催化剂薄层，并实现了极高的浆料利用率。

[0047] 【实施例2】：

[0048] 将纳米级的铂碳催化剂浆料利用本发明喷涂于气体扩散层的表面，用于制备燃料电池膜电极中的催化层。具体的使用步骤为：

[0049] 1．将质子交换膜平铺于真空吸附平台的正中，将真空吸附平台的温度设定为70~100℃，随后启动外接真空泵，吸附固定气体扩散层。

[0050] 2．用一次性塑料注射器抽取一定体积的催化剂浆料，将注射器装夹到浆料输送系统中的注射泵中，连接聚四氟乙烯管后启动注射泵，将催化剂浆料推进到喷头前端的不锈钢针头中。

[0051] 3．用USB线连接程控式静电喷涂装置与电脑并直接运行扫描式喷涂程序，或使用带有运行轨迹程序的SD卡，插入程控式静电喷涂装置的SD卡槽中。选择将要运行的喷涂运行轨迹程序，立即启动静电喷涂程序。此时喷头将顺序碰撞X、Y、Z轴的光电开关，寻找基准零点。随后移动到气体扩散层的上方，进行静电喷涂作业。

[0052] 4．针对不同配方的催化剂浆料，可以通过喷雾调节电路中的旋钮，调节喷头的静电雾化功率。也可以通过控制浆料输送系统中的注射泵的推进速度，控制静电喷雾的浆料流量。

[0053] 5．针对易于沉降的催化剂浆料，聚四氟乙烯管中的浆料将首先经过浆料超声分散系统，再进入喷头。

[0054] 6．纳米铂碳催化剂浆料首先通过喷头带上高压负电荷，由于同种电荷相互排斥的原理，在喷涂过程中可以实现纳米级的雾化，又由于静电场引力的作用，带负电的纳米铂碳催化剂浆料几乎完全被吸引到了带高压正点的被喷涂物体——气体扩散层的表面，从而形成了高质量的催化剂薄层，并实现了极高的浆料利用率。

[0055] 【实施例3】：

[0056] 将纳米级的碳黑颗粒浆料利用本发明喷涂于碳纤维材料的表面，用于制备燃料电池气体扩散层。具体的使用步骤为：

[0057] 1．将碳纤维材料平铺于真空吸附平台的正中，将真空吸附平台的温度设定为70~100℃，随后启动外接真空泵，吸附固定碳纤维。

[0058] 2．用一次性塑料注射器抽取一定体积的碳黑浆料，将注射器装夹到浆料输送系统中的注射泵中，连接聚四氟乙烯管后启动注射泵，将碳黑浆料推进到喷头前端的不锈钢针头中。

[0059] 3．用USB线连接程控式静电喷涂装置与电脑并直接运行扫描式喷涂程序，或使用带有运行轨迹程序的SD卡，插入程控式静电喷涂装置的SD卡槽中。选择将要运行的喷涂运行轨迹程序，立即启动静电喷涂程序。此时喷头将顺序碰撞X、Y、Z轴的光电开关，寻找基准零点。随后移动到碳纤维材料的上方，进行静电喷涂作业。

[0060] 4．针对不同配方的碳黑浆料，可以通过喷雾调节电路中的旋钮，调节喷头的静电雾化功率。也可以通过控制浆料输送系统中的注射泵的推进速度，控制静电喷雾的浆料流量。

[0061] 5．针对易于沉降的碳黑浆料，聚四氟乙烯管中的浆料将首先经过浆料超声分散系统，再进入喷头。

[0062] 6．纳米碳黑浆料首先通过喷头带上高压负电荷，由于同种电荷相互排斥的原理，在喷涂过程中可以实现纳米级的雾化，又由于静电场引力的作用，带负电的碳黑浆料几乎完全被吸引到了带高压正点的被喷涂物体——气体扩散层的表面，从而形成了高质量的催化剂薄层，并实现了极高的浆料利用率。

[0063] 【实施例4】：

[0064] 将纳米级的TiO2颗粒浆料利用本发明喷涂于导电玻璃的表面，用于制备染料敏化太阳能电池的光阳极。具体的使用步骤与以上1-3实施例相似。

[0065] 【实施例5】：

[0066] 将纳米导电石墨浆料利用本发明喷涂于铝箔/铜箔的表面，用于制备锂电池的负极材料。具体的使用步骤与以上1-4实施例相似。

[0067] 【实施例6】：

[0068] 将导电碳浆料利用本发明喷涂于金属薄片电极的表面，用于制作电极表面的防腐蚀导电涂层。具体的使用步骤与以上1-5实施例相似。

[0069] 【实施例7】：

[0070] 将涂料或油漆利用本发明喷涂于金属薄片的表面，用于制作防腐蚀涂层。具体的使用步骤与以上1-6实施例相似。

[0071] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。