Elektryczność statyczna i zjawisko elektryzacji są podstawą procesu wytwarzania powłok w lakierniach proszkowych. Złożona natura przyczyn powstawania i gromadzenia się ładunków elektrostatycznych oraz niewłaściwe metody eksploatacji lakierni powodują, iż elektryczność statyczna w tym procesie często wymyka się spod kontroli, stanowiąc również czynnik dodatkowego zagrożenia.
Formalnie za elektryczność statyczną uważa się zespół zjawisk towarzyszących powstawaniu ładunku elektrostatycznego – niezrównoważonego ładunku elektrycznego na materiałach o małej przewodności elektrycznej (dielektrykach, materiałach izolacyjnych) lub na odizolowanych od ziemi obiektach przewodzących (np. ciele człowieka, elementach urządzeń itp). Ładunki te mają zatem ograniczoną zdolność do przemieszczania się a ich ruch jest związany głównie z ruchem samego materiału, a nie ładunków w obrębie tego materiału. Wytwarzają one wokół siebie silne pole elektrostatyczne, mogą również inicjować wyładowania elektryczne (wyładowania elektrostatyczne, ang. ESD). Zjawisku elektryzacji sprzyja powszechne stosowanie materiałów wysokorezystywnych (np. proszków lakierniczych, wykładzin podłogowych, przewodów transportujących itp), znaczna prędkość wielu procesów technologicznych (np. transport pneumatyczny) oraz stosowanie urządzeń będących źródłem silnych pól elektrostatycznych (np. wysokonapięciowych pistoletów proszkowych).
Bezpośrednie skutki występowania niekontrolowanych i nadmiernych ładunków elektrostatycznych to:• zagrożenie pożarowo-wybuchowe
• zakłócenia w pracy urządzeń i procesów technologicznych
• zagrożenie dla zdrowia ludzi.
Jak pokazała praktyka, wymienione zagrożenia są na tyle duże, iż konieczne było wprowadzenie odpowiednich norm i przepisów określających dopuszczalne poziomy naelektryzowania lub też określające metody zapobiegania nadmiernej elektryzacji. Ponieważ w większości przypadków w lakierni niemożliwe lub niewskazane jest całkowite wyeliminowanie zjawiska elektryzacji, a jedynie jego ograniczenie, powstają zatem pytania:
• jak oceniać poziom naelektryzowania?
• jak ograniczać poziom naelektryzowania?
• jaki poziom naelektryzowania można uznać za bezpieczny?
Przyczyny elektryzacji i zagrożeń elektrostatycznych w lakierni proszkowej
Elektryzacja podczas elektrostatycznego osadzania farb proszkowych może powstawać w wyniku zaistnienia kilku podstawowych procesów i zjawisk:
a) tarcia (lub kontaktu) wzajemnego materiałów,
b) wyładowania ulotowego,
c) indukcji w silnym polu elektrycznym.
Tarcie wzajemne i kontakt materiałów
Ten rodzaj elektryzacji dotyczy głównie ciał stałych w postaci litej lub rozdrobnionej. Możliwa jest elektryzacja w układach np. dielektryk-dielektryk lub dielektryk-przewodnik, a do wytłumaczenia zjawiska elektryzacji w tym przypadku stosowany jest model pasmowy. Na podstawie doświadczeń i obserwacji już w 1898 r. A. Coehn sformułował następującą regułę określającą zdolność elektryzacji podczas kontaktu dwóch dielektryków lub dielektryka z metalem:
• spośród dwóch stykających się dielektryków dodatnio elektryzuje się dielektryk o większej przenikalności elektrycznej• gęstość powierzchniowa ładunków jest proporcjonalna do różnicy przenikalności elektrycznych obu stykających się dielektryków
• przy kontakcie dielektryków stałych z metalami, metal ładuje się dodatnio lub ujemnie w zależności od tego czy przeważa przechodzenie do dielektryku elektronów, czy też przechodzenie jonów. Metale nieszlachetne przy kontakcie z dielektrykiem elektryzują się zwykle ujemnie, a szlachetne dodatnio. Reguła ta najlepiej się sprawdza w przypadku substancji „chemicznie czystych” (cząstki farby proszkowej należy traktować tu jako materiał złożony) i pozwala przewidywać występowanie zjawiska elektryzacji, jak i dobierać materiały konstrukcyjne tak, by zjawisko elektryzacji nie występowało lub występowało szczególnie intensywnie (np. pistolety tryboelektryczne-tarciowe) (rys. 2). Szczególne położenie w tym szeregu zajmuje PTFE, który w kontakcie z wszystkimi pozostałymi materiałami elektryzuje się ujemnie.
Elektryzacja poprzez wyładowanie ulotowe
W silnym niejednorodnym polu elektrycznym może rozwinąć się wyładowanie ulotowe. Wyładowanie to, jonizując gaz w otoczeniu elektrody ulotowej, może być przyczyną elektryzacji (umożliwia elektryzację). W zależności od polaryzacji stosowanego wysokiego napięcia stałego oraz wartości tego napięcia możliwe jest uzyskiwanie naelektryzowania ładunkiem dodatnim lub ujemnym o większej lub mniejszej gęstości. Istotną cechą tego rodzaju elektryzacji jest fakt, iż w odróżnieniu od elektryzacji kontaktowej pozwala ono na uzyskiwanie powtarzalnego poziomu naelektryzowania. Proces elektryzacji pod wpływem wyładowań ulotowych jest na ogół procesem bardzo wydajnym, jest też źródłem jonów, które mogą być osadzane (mogą skutecznie elektryzować) na częściach maszyn, obiektach i ludziach w bezpośrednim sąsiedztwie źródła ulotu.
