靜電在各行業(yè)中的應(yīng)用

日期：2025-10-12 00:52

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摘要：

靜電在各行業(yè)中的應(yīng)用

利用靜電感應(yīng)、高壓靜電場(chǎng)的氣體放電等效應(yīng)和原理，實(shí)現(xiàn)多種加工工藝和加工設(shè)備。在電力、機(jī)械、輕工、紡織、航空航天以及高技術(shù)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

　　靜電除塵和分選　靜電除塵是利用靜電場(chǎng)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(lái)而將其去除。這是靜電應(yīng)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(jié)構(gòu)是：將棒狀或絲狀高壓放電電極兩端絕緣起來(lái)，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(fù)高壓，當(dāng)達(dá)到電暈起始電壓以上時(shí)，高壓極表面就出現(xiàn)紫色的光點(diǎn)，同時(shí)發(fā)出嘶嘶聲，含有粉塵或煙霧的氣體通入時(shí)，粉塵及煙霧等粒子因負(fù)離子作用而直接帶電，在電場(chǎng)作用下它們被吸附在集塵極并堆積起來(lái)，被凈化的氣體從中抽出。所堆積的粉塵，在敲打集塵極時(shí)脫落下來(lái)，加以**。靜電除塵與一般的用離心力分離、清洗、過(guò)濾等除塵方法相比，具有較高的除塵效率，一般可達(dá)95％以上，高的可達(dá)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(hù)簡(jiǎn)便,所花費(fèi)用較少,能處理腐蝕性氣體或塵埃,可進(jìn)行高溫排氣處理,一般達(dá)350℃,特殊設(shè)計(jì)可達(dá)500℃；耗電少，處**量大,對(duì)發(fā)電容量為100萬(wàn)千瓦的火電廠，處理煙氣量可達(dá)每小時(shí)數(shù)百萬(wàn)米3。但對(duì)于處**量較小的裝置，初始成本較高；對(duì)于各種不同的粉塵，必須調(diào)節(jié)除塵條件，當(dāng)處理可燃性氣體時(shí)，必須設(shè)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(fù)電暈放電，其閃絡(luò)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(zhì)、施加電壓和電流、氣體流速與流量、再飛揚(yáng)等多種因素有關(guān)。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(yáng)現(xiàn)象。一般可采用加入添加劑、三電極系統(tǒng)、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(qiáng)電場(chǎng)對(duì)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(shè)備均有以下兩個(gè)基本部分。

　　①帶電機(jī)構(gòu)：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(jìn)入分選區(qū)時(shí)帶反號(hào)電荷，這樣，方向相反的電場(chǎng)力使二者分開(kāi)；二是兩種不同種類的粒子進(jìn)入分選區(qū)時(shí)僅有一種粒子顯著帶電，或者雖帶同號(hào)電荷，但電量顯著不同，借差別大的電場(chǎng)力使二者分開(kāi)；三是不同種類的粒子進(jìn)入分選區(qū)時(shí)被極化，所產(chǎn)生的偶極矩顯著不同，使之分開(kāi)。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(yīng)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(chǎng)，又為分選時(shí)對(duì)粒子施加需要的作用力。

　　②粒子軌道調(diào)節(jié)裝置：用來(lái)調(diào)節(jié)對(duì)粒子的作用力和作用時(shí)間，以便在預(yù)定時(shí)間內(nèi)使不同粒子具有不同的軌道。在裝置中，不僅利用電場(chǎng)力，還可利用重力、離心力或摩擦力。

　　分選設(shè)備按供料系統(tǒng)和產(chǎn)品收集系統(tǒng)的不同可分為接觸起電與自由落體分選機(jī)（適用于兩種介質(zhì)材料的分選）；離子碰撞帶電與高壓分選機(jī)（可把良導(dǎo)體從非導(dǎo)體中分選出來(lái)）；感應(yīng)起電與傳導(dǎo)分選機(jī)（適用于從良好絕緣體中分選出良導(dǎo)體來(lái)）。靜電分選技術(shù)已成功地應(yīng)用于冶煉選礦、糧食凈化、纖維選揀、產(chǎn)品篩選等很多方面。實(shí)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(yīng)電荷之間的吸附力使涂料牢固地附在被涂物上。一般經(jīng)2～3秒，涂層即可達(dá)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(tǒng)的質(zhì)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(chǎng)強(qiáng)度及粒子飛過(guò)這一區(qū)域速度的函數(shù)，涂料粒子的帶電性能通常用荷質(zhì)比（庫(kù)侖/千克）來(lái)描述。為了達(dá)到牢固地吸敷,平均荷質(zhì)比應(yīng)以5×10-4 庫(kù)侖/千克為宜。②涂料的轉(zhuǎn)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(duì)任何一個(gè)噴涂系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，希望能有高的轉(zhuǎn)移效率，它與噴頭電壓及涂料流量有關(guān)，實(shí)際運(yùn)行中須作綜合考慮。靜電噴涂技術(shù)廣泛應(yīng)用于制作儀器儀表和用電設(shè)備中的加強(qiáng)絕緣、元器件的外保護(hù)和導(dǎo)體的外絕緣等。

　　靜電噴漆是在高壓靜電場(chǎng)作用下，使從噴槍噴出來(lái)的漆霧帶上電荷，這種帶電的漆霧，向帶異號(hào)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(dá)80～90％。主要用于汽車、機(jī)械、家用電器等行業(yè)。

　　噴撒農(nóng)藥的靜電噴霧機(jī)和靜電噴粉機(jī)均裝設(shè)靜電噴頭,利用數(shù)百到數(shù)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(biāo)則由靜電感應(yīng)而引發(fā)出相反極性的電荷，從而使藥液或藥粉顆粒在靜電場(chǎng)作用下奔向防治目標(biāo)。利用靜電作用能顯著提高命中率，減少藥劑損失和對(duì)環(huán)境的污染，并可將藥劑噴灑到目標(biāo)的背面以增強(qiáng)防治效果。

　　靜電紡紗　在紡紗過(guò)程中利用靜電場(chǎng)對(duì)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(shí)起到平衡的作用，使紡紗能連續(xù)進(jìn)行。是屬于自由端紡紗范疇的一種新型紡紗技術(shù)。美國(guó)于1949年首先進(jìn)行研究，現(xiàn)在世界上仍處于理論探討和試驗(yàn)階段，尚未達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模。中國(guó)從1958年開(kāi)始研究，現(xiàn)已建立了中試車間，并能穩(wěn)定地進(jìn)行幾十個(gè)品種的生產(chǎn)。靜電紡紗裝置是由單纖維供應(yīng)機(jī)構(gòu)、靜電場(chǎng)發(fā)生器、加拈器和卷繞機(jī)構(gòu) 4個(gè)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(chǎng)中定向排列及高速回轉(zhuǎn)加拈成紗。存在問(wèn)題是紗疵較多，勞動(dòng)生產(chǎn)率及經(jīng)濟(jì)效益還趕不上傳統(tǒng)紡紗工藝。但其優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)量高，大成形，將粗紗、細(xì)紗、筒子 3道工序合為一道，且用電省。特別是用于生產(chǎn)包芯竹節(jié)、彩色竹節(jié)及混紡方面更能顯示靜電紡紗的優(yōu)越性。

　　靜電植絨　利用靜電場(chǎng)作用力使絨毛極化并沿電場(chǎng)方向排列，同時(shí)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(gè)平行板電極構(gòu)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(qiáng)電場(chǎng)。以仿麂皮絨產(chǎn)品為例，其工作過(guò)程是：將35～60千伏高壓電源的負(fù)極接入裝有絨毛的金屬網(wǎng)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(wǎng)框和金屬托架之間形成靜電場(chǎng)。經(jīng)過(guò)整形處理后的絨毛通過(guò)金屬網(wǎng)孔以后，進(jìn)入電場(chǎng)被極化，并使其轉(zhuǎn)動(dòng)而平行于電場(chǎng)方向，沉于基底而被粘敷,形成植絨物品。目前主要產(chǎn)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(hù)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(hù)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(fù)印　利用光電導(dǎo)敏感材料在曝光時(shí)按影像發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移而存留靜電潛影，經(jīng)一定的干法顯影、影像轉(zhuǎn)印和定影而得到復(fù)制件。所用材料為非銀感光材料。靜電復(fù)印有直接法和間接法兩種。前者將原稿的圖像直接復(fù)印在涂敷氧化鋅的感光紙上,又稱涂層紙復(fù)印機(jī);后者將原稿圖像先變?yōu)楦泄怏w上的靜電潛像，然后再轉(zhuǎn)印到普通紙上，故又稱普通紙復(fù)印機(jī)。按顯影劑形態(tài)是干粉還是液體又可分為干式和濕式兩類。目前世界各國(guó)生產(chǎn)的以干式間接法靜電復(fù)印機(jī)為主。常用的復(fù)印材料有氧化鋅、硒、硫化鎘等無(wú)機(jī)光電導(dǎo)材料，以及聚乙烯咔唑(PVK)、三硝基芴酮(TNF)等有機(jī)光電導(dǎo)材料。靜電復(fù)印過(guò)程為:首先使敏感層均勻充電;然后用原稿進(jìn)行反射曝光；由于光照部位光電導(dǎo)層電荷密度的差異而形成靜電潛像，經(jīng)熱塑性的調(diào)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(zhuǎn)移到紙上(轉(zhuǎn)印)；經(jīng)瞬時(shí)加熱使調(diào)色劑固定在紙上（定影）而得到復(fù)印件。靜電復(fù)印體系同過(guò)去的濕法顯影復(fù)印技術(shù)相比有顯著的優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)便，迅速，清晰，對(duì)操作人員無(wú)污染。靜電復(fù)印技術(shù)近年來(lái)得到了很大的發(fā)展，現(xiàn)代的靜電復(fù)印機(jī)具有很高的復(fù)印速率，可擴(kuò)印和縮印，也可復(fù)印彩色原件。它滿足了現(xiàn)代社會(huì)對(duì)于信息記錄和信息顯示的需要。70年代，由微處理機(jī)控制的復(fù)印機(jī)問(wèn)世，使復(fù)印機(jī)能執(zhí)行復(fù)雜的程序并具有多種功能，例如，自診斷顯示系統(tǒng)能使用戶或維修人員快速排除故障，提高了工作質(zhì)量和效率。靜電復(fù)印與現(xiàn)代通信技術(shù)以及電子計(jì)算機(jī)技術(shù)和激光技術(shù)等結(jié)合起來(lái)，成為信息網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)重要組成部分。在近距離或遠(yuǎn)距離傳輸過(guò)程中作為讀取和記錄信息的終端，是辦公自動(dòng)化中的一環(huán)。

　　靜電制版是利用靜電復(fù)印原理，使具有光電導(dǎo)性能的紙版成為靜電照相版。與傳統(tǒng)的照相制版相比，靜電制版速度快、工序少、成本低、操作簡(jiǎn)便、節(jié)約白銀。其中光電導(dǎo)紙版是關(guān)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(shù)脂中，并和其他一些物質(zhì)涂布在紙基上制成。

　　在高技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用　靜電在高技術(shù)領(lǐng)域也得到一些應(yīng)用，主要有：①靜電火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。屬電火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的一種，與化學(xué)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)不同，所用的能源與工質(zhì)分開(kāi)。靜電火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是比沖高、壽命長(zhǎng)（可起動(dòng)上萬(wàn)次，累計(jì)工作上萬(wàn)小時(shí)），但推力很小，適用于航天器的姿態(tài)控制、位置保持和星際航行等。靜電火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的工質(zhì)（如汞、銫、氫等）從貯存箱經(jīng)過(guò)電離室電離成離子，在引出電極的靜電場(chǎng)力作用下加速形成射束。離子射束與中和器發(fā)射的電子耦合形成中性的高速束流，噴射而產(chǎn)生推力。推力通常在（0.5～25）×10-5牛之間，比沖達(dá) 8500～20000秒。②靜電軸承。利用電場(chǎng)力使軸懸浮的滑動(dòng)軸承。用電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力共同懸浮的是組合式軸承。因靜電軸承需要很高的電場(chǎng)強(qiáng)度，其應(yīng)用受到限制，只在少數(shù)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(zhuǎn)子的周圍裝有均勻分布的高壓電極,對(duì)轉(zhuǎn)子形成靜電場(chǎng),用靜電力支承高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。這種方式屬于球形支承，轉(zhuǎn)子不僅能繞自轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，同時(shí)也能繞垂直于自轉(zhuǎn)軸的任何方向轉(zhuǎn)動(dòng)，故屬自由轉(zhuǎn)子陀螺儀類型。靜電場(chǎng)僅有吸力，轉(zhuǎn)子離電極越近吸力就越大，這就使轉(zhuǎn)子處于不穩(wěn)定狀態(tài)。用一套支承電路改變轉(zhuǎn)子所受的力，可使轉(zhuǎn)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(dá)10-3～10-5度/時(shí)，是高精度慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的重要元件。但它不能承受較大的沖擊和振動(dòng)。其另一缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)和制造工藝復(fù)雜，成本較高。④靜電透鏡，是電子透鏡中的一種。在旋轉(zhuǎn)對(duì)稱型的若干個(gè)導(dǎo)體電極上分別加上一定的直流電壓所形成的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱靜電場(chǎng)。例如，由等半徑或不等半徑的雙圓筒電極構(gòu)成的浸沒(méi)透鏡;由等半徑或不等半徑的3個(gè)圓筒或3個(gè)光闌構(gòu)成的單電位透鏡,以及由陰極、調(diào)制極和陽(yáng)極構(gòu)成的陰極透鏡。

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