静电吸附

物理现象

微小的不带静电的物体当靠近带静电的物体时，由于静电感应现象，靠近带静电物体的一端感应出与带静电物体相反的电性，而被吸引贴附于带静电物体上的现象。

静电吸附现象的原理

当一个带有静电的物体靠近另一个不带静电的物体时，由于静电感应，没有静电的物体内部靠近带静电物体的一边会集聚与带电物体所携带电荷相反极性的电荷（另一侧产生相同数量的同极性电荷），由于异性电荷互相吸引，就会表现出“静电吸附”现象。

静电吸附的应用

利用静电发生器产生的静电施加在要吸附的物体上，物体立即带上静电并吸附在物体上，使原来不平整如四周向上翘起不平的物体如无织布、纸等加上静电后能平整地吸附在金属板、木板等上以便进行下一步的操作，这种方法在钢材生产、木材生产和模具行业等中有广泛的应用。

利用静电发生器对物体施加静电以产生吸附作用在其它行业也有很多应用，使用时可以根据情况调节静电发生器的输出的高低来调节吸附力的大小。

EST系列静电发生器有保护电路，使得输出在不小心发生短路时能保护，同时也能保护操作人员在使用不当时不会因高压静电造成人员生命的安全问题。

这种静电发生器通常不用非常高的精度，也不用非常高的电压，因此，根据不同的情况选用价格低的EST801静电发生器（0-8kv）或JDF-1静电发生器（0-80kV）是就足够使用了，当然，如果经济条件可以，选用高精度的静电发生器更能保证效果与质量。

基于静电吸附技术对废润滑油净化再生

静电吸附装置

利用静电发生器连接到电极上产生高压静电场，使油中污染物极化而分别显示正、负电性，通过控制调节高压静电场的强度使带电的污染物在电场的作用下朝各自相反的方向移动，中性颗粒被带电颗粒物流挤着移动，最后将所有的杂质，包括固体颗粒、水、胶质和气体等都吸附于吸附材料上，从而达到高度净化的目的。

静电吸附再生废润滑油工艺流程

1、废润滑油的前期处理

废润滑油在使用后产生了一定的粘度变化，会影响后续的处理过程，为了在处理过程中减小处理难度，提高处理速度，在前期对废润滑油进行加热处理。根据斯托克斯定律，得到式（ 1）：

W = D（ d1-d2） /18η （ 1）

式中： W 为颗粒的沉降速度，m·s-1； D 为颗粒直径，m； d1为颗粒密度，kg·m-3； d2为油密度，kg·m-3； η 为油在沉降温度下的绝对粘度，kg·（m2·s）-1。

从式中我们可以看出，粘度越大，沉降速度就越慢，适当加温能够降低油液粘度，增加沉降速度。但是，温度过高又会引起油液的氧化，因此，在前期应选取适当的加热温度。

2、废润滑油水分与机械杂质的处理

润滑油在使用过程中会由于各种原因侵入水分和产生机械杂质。侵入水分的润滑油中会发生油质劣化，使其润滑油性能降低；机械杂质和水分同时存在不但在油液中产生催化作用，而且会对后续的静电吸附功能产生影响。静电吸附装置的处理废润滑油的含水率要求为0.05% 以下。因此，在前期对机械杂质和水分进行处理是必要的。

3、废润滑油的处理流程

图2是基于静电吸附技术处理废润滑油的工艺流程。

在废润滑油箱中的废润滑油通过进料泵B1经预过滤装置YL输送至真空脱水装置 ZK 中，对废润滑油的进行脱水处理，真空脱水装置中设置真空度为-0.08MPa。在这其间对废润滑油进行两级加热，一级加热温度为50℃ ，二级加热为70℃ 。经研究证明，此压力和温度不会对废润滑油中油品的有效成分产生影响，且脱水效果明显。含油废水最后进行收集冷凝静置处理，油水收集在 FY，经冷凝静置处理后油水分为 2 层，下层为水，上层为油，中间开孔，水可直接作为冷凝水循环使用或进行絮凝处理后直接排放，上层油可进行收集再次处理。为了提高净化再生效果，增强静电吸附装置对细小污染物的捕捉作用，发挥对微水、胶质和气体的吸附能力和纳污能力。经出料泵输送至过滤装置中进行并联式 3 级过滤，一、二级过滤为袋式过滤器

DS1 和 DS2 进行过滤，滤网分别为 300 目和 200 目，能够过滤废润滑油中较大的颗粒杂质，三级过滤为静电吸附装置 JD。各级处理时间由 EVB1、EVB2 和 EVB3电动阀控制。为了提高后续静电吸附的处理速度和效果，对废润滑油进行了多次连续循环处理。经过预过滤-真空脱水-三级并联式过滤的废润滑油，润滑油中的水分含量降至 0.05% 以下，颗粒较大的污物杂质被过滤，经静电吸附后油液中亚微米级的污物杂质被吸附处理。袋式过滤器的过滤网进行反冲洗后可重新再次使用；吸附板上断电之后，杂物由于重力进行脱落，由排污孔排出，经快接头开启后可进行仔细清洗。处理后的含油废渣可进行无害化焚烧处理。

整个工艺流程采用自动化控制，并在各处理环节的处理装置上设有自动压力报警装置，当压差过大时能够自动报警，表示需要更换滤袋或静电吸附装置需要排污处理。

在薄膜拉伸领域的应用和改进

静电吸附原理

静电吸附装置附片是平膜拉伸工艺生产中应用较普遍的附片方法，特别适合于生产PET（聚酯）、PA（尼龙）等材料的拉伸工艺，其作用是使铸片与急冷辊紧密接触，防止急冷辊快速转动时卷入空气，以保证传热、冷却效果。静电吸附装置由金属丝电极（0.15～0.18mm的钼丝或钨丝）、高压发生器及电极丝卷曲电机等组成。其工作原理是：利用高压发生器产生的数千至上万伏直流电压（6～12k V），使电极丝、铸片辊分别变成负极和正极（铸片辊接地），膜材在此高压静电场中因静电感应而带上与铸片辊极性相反的静电荷，在异性相吸的作用下，膜材与急冷辊表面紧密吸附在一起，达到排除空气和均匀冷却膜片的目的。由于电极丝在生产过程中容易吸附膜材的挥发物而影响吸附效果，故而须将静电丝设计成按一定速度运动的状态而保持电极丝实时更新。静电吸附装置主要由以下部分组成：电极丝收丝端、电极丝放丝端、高压发生器以及三维位置调节机构等相关部件。

静电吸附装置的结构和改进

下面着重静电吸附装置的结构和改进的过程。

1、静电吸附装置的结构和工作原理

静电丝（0.15～0.18mm的钼丝或钨丝）被接入高压电源（6～12k V），在收丝端伺服电机的驱动下，以缓慢的速度（约0.5m～1m/min）由放丝端的放丝轮卷入收丝端的收丝轮。为了使静电丝保持平直，静电丝需要保持一定的张力。通过三维调节机构，使静电丝与铸片辊保持正确的工作位置。

2、阻尼装置的改进

阻尼装置为静电丝保持平直的工作状态提供适宜、稳定的张力，现对以下两种提供收丝张力的装置进行比较。

1）永磁铁手调张力阻尼器

为了使静电吸附丝始终处于紧绷状态而又不至于被拉断，需要在收放丝轮之间建立一定的张力，最初的设计是在放丝轴上安装一只永磁铁制动器，可根据经验判断静电丝的张紧程度而进行手动调节制动器的扭矩，但随着放丝轮外径的递减，静电丝的张力也随之衰减，这样就要经常对永磁铁制动器进行调节，这样的设计不仅增加了操作人员的劳动强度，而且对操作人员的操作经验提出了较高的要求。

2）磁滞自动张力阻尼器

鉴于永磁铁手调张力阻尼器的诸多缺陷，我们将永磁制动器换成磁滞制动器，可通过电流调节制动器扭矩，并在收丝端安装张力传感器，在上位机上设定张力，根据设定张力，系统自动调节磁滞制动器的电流，闭环控制扭矩，达到张力自动调节的效果。改进后的静电丝运行平稳，张力基本保持恒定，贴附效果显著提高。

3、收丝轮排线机构的改进

静电丝在释放静电的同时，还要以非常缓慢的速度行走，以达到实时更新的目的，这个过程是由收丝端伺服电机带动收丝轮旋转实现的。收丝轮的外径×内径×高度为：Φ90×Φ60×15；如果静电丝总在收丝轮宽度的一个位置缠绕的话，势必形成一个尖点，很容易造成垮塌现象从而引起静电丝的张力瞬时波动，影响贴附效果，甚至造成静电丝与膜片接触放电、击穿膜片的现象，因此必须在收丝端设计静电丝的排线装置，使静电丝在收丝轮的宽度方向上有序排列，这样对静电丝的张力稳定是十分有益的。静电丝的排线机构我们也是经过多次改进而形成今天的设计效果。以下为改进过程。

1）圆锥齿轮传动导轮游动排线

最初的设计是在收丝主轴上安装一圆锥齿轮副，通过圆锥齿轮副带动凸轮轴的旋转和垂直换向运动，通过凸轮副的运动，带动直线导轨上的导向轮进行上下往复运动，从而达到静电丝在收丝轮上的有序排布。通过生产过程的实践，发现以上设计存在诸多缺陷，首先，结构复杂安装精度难以保证；其次，由于结构的限制，圆锥齿轮的速比无法做到很大（目前是1：2），丝轮轴每转2周，导轮就要游动一个周期，不仅造成静电丝张力波动，而且排线间隙过大，造成收丝轮空隙过大，更换收丝轮过于频繁。

2）往复螺纹导轮排线

为了简化结构，我们借鉴了电线生产行业的布线机构，利用带有往复螺纹的槽筒作为导向轮，实现静电丝在收丝轮上的排布。虽然结构大大简化了，但槽筒外径受结构的限制无法做到大直径，往复螺纹也难以做到多匝结构，以上的缺陷也无法有效克服。

3）蜗杆传动槽轮机构收丝轮游动排线

通过以上两种排线机构的缺陷分析，我们确定了需要突破的两个关键问题：其一是导轮游动属于强制排线，会引起静电丝的张力波动；其二排线游动的速度如果与收丝轮转动速度过于接近，会造成排线间隙过大，静电丝在收丝轮上空隙过大，更换收丝轮过于频繁。抓住以上的关键点，我们的研发有了明确的方向，通过参考类似机构（钓鱼竿收线轮等），我们设计出第三套方案：主传动轴设计成花键轴，在花键轴上套一个单头蜗杆，与蜗杆配套的蜗轮端面上安装一个偏心滚轮，偏心滚轮带动直线导轨上的滑体做上下往复游动，滑体上装有拨轮机构，拨轮带动与花键轴配合的花键套往复运动，而与花键套刚性连接的收丝轮同时进行往复运动。由于导轮是不做往复运动的，而收丝轮的运动不会造成对静电丝的强制移动，又能让静电丝整齐地在收丝轮的宽度空间上有序排列，也不会造成静电丝的张力剧烈波动，这样第一个问题就迎刃而解了。至于第二个问题，由于是蜗轮蜗杆传动，其特点是可实现大速比，前面我们提到收丝轮的高度是15mm；静电丝的直径是0.15～0.18mm；我们将静电丝的排列间隙设定为0.2mm，这样收丝轮宽度上排满为：15mm/0.2mm=75匝；也就是说收丝轮旋转75转，由上到下游动一个周期，也就是装有偏心滚轮的蜗轮旋转1/2圈；这样我们计算出蜗轮蜗杆的传动比需要1：150（75×2），这样收丝轮（蜗杆）每转动150转，蜗轮旋转一周，而蜗轮上的偏心滚轮一个轮回。由速比可知，蜗轮的齿数需要150齿，模数为1的蜗轮分度圆直径d=m×z=150×1=φ150mm，由于空间的限制，蜗轮的外径最好限制在φ60mm以内，我们取蜗轮分度圆直径d=φ58，齿数z=58，外径φ60mm，速比=1：58，也就是蜗轮旋转0.5圈收丝轮排满一个高度，58/2=29匝，反算，静电丝间距约等于0.5mm。这样就大大缩小了静电丝的排列间隙，使收丝轮使用效率得到有效提高。

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