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　　一、引言
　　静电现象是自然界人类非常熟知的一种自然现象，对于生活中的摩擦生电，大家已经习以为常了，但是科学家利用这种普普通通的自然现象，在很多的行业中得到了广泛的应用，并取得了很多奇迹般的成就，造福了人类。从1962年法国的塞姆斯公司首先把高压静电应用于塑料粉末静电喷涂，在之后的年代里，如：静电喷漆、静电除尘、静电纺织、静电植绒、静电复印等相继问世，由于它的卓越的实用性能，得到了快速的发展，如今己形成了一个厖大的行业群体。而涂附磨具行业生产中应用的静电植砂大约是在上世纪五十年代，而我国的静电植砂是在上世纪六十年代试验成功，并开始应用于生产的。由于静电植砂方法对提高涂附磨具产品质量和磨削效率具有着十分显着的效果，所以自它问世以来，在国内外得到了迅速的发展，覆盖了绝大多数的涂附磨具产品。静电植砂这个新工艺在我国从无到有，从产生到完善，走过了不同的历史发展阶段，才达到了当今的水平。
　　二、静电植砂课题在我国的立项
　　在上世纪五十年代，我国涂附磨具还处于初级的发展阶段。在列入第一个五年计划建立的第二砂轮厂，引进了民主德国的全套磨料磨具制造设备和技术，堪称是当时世界一流水平的技术，而其中包含了两条先进的、国内第一次出现的悬挂式涂附磨具生产线——动物胶砂布和耐水砂纸生产线。为了保证产品的高质量，裁切包装车间采用全封闭式空调，常年保持恒温状态，这在国内属于首创。即使在这样高技术的进口生产线上，还是采用了一种独特的重力植砂，而偏偏没有静电植砂装置，而且二砂技术人员当时在德国培训时，也没有涉及这方面的内容。这表示无论是国外还是国内，静电植砂新工艺是在上世纪五十年代到六十年代初才发展起来的一种植砂方法。虽在当时的国外文献资料上已有不少的报导，但大都也属于试验研究性的，应用于生产还有一定的技术难度，直到1954年美国才第一次将静电植砂新工艺应用于生产。
　　在我国，虽然经历了五十年代末的大跃进，直至六十年代初国内涂附磨具行业有了很大的发展，1966年全国的总产量达到730万平方米，但产品还是以动物胶砂布、木砂纸和耐水砂纸等三大品种为主导，这类产品主要是用于一般性的手工打磨，因而对涂附磨具产品的表面质量的要求，相对比较低，产品的档次不高。当时涂附磨具生产的设备也十分简陋，全国连一个专用设备的制造厂家也没有，大家都是靠土办法自己制造，所以国内涂附磨具企业对静电植砂的要求不是很迫切，甚至有的连听也没有听到过。
　　在当时国内这样的一种情况下，该不该投入人员和资金从设备到工艺去研究和开发呢？面临的问题是：虽然静电植砂在文献资料上看到了诸多的优异性能，但现在在国内没有任何基础条件下，如此超前立课题去研究它，既有技术难度，又有巨大的风险？一系列的问题引起三磨所领导和技术人员的久久思考........。经调查研究和多方论证，大家认为三磨所作为全国磨料磨具研究的技术中心，应该去研究行业一些前沿技术，来引导行业企业未来的发展。于是“静电植砂工艺的研究” 作为研究所的重点项目于1964年正式立项，课题总费用为1.5万元，是当年所里投入费用最大的课题之一。静电植砂课题主要包括两个方面的工作，一是静电植砂的工艺装备设计和制作，其中包括高压静电发生器研制和实验室涂胶植砂机械装置两部分；二是静电植砂的工艺研究，所以参加课题研究工作以工艺研究人员为主，还配备较强的机械和电气设计人员一起参与试验。
　　三、高压静电发生器和试验设备的研制
　　高压静电发生器的主要参数是输出高电压值及整流后波形的稳定性。第一次设计的直流输出的直流高压为140kV，输出电流为10mA，这是当时条件下直流高压的最高值，一根高压输出用电缆，直径有50mm，用14个高压绝缘子悬挂在试验室，连结到极板上。这台设备是委托当时北京陶然亭电器设备厂制造的，这是一家没有名气的小厂，后来这家小厂不知合并到那儿去了，不见了踪影。涂胶与植砂的机械装置是专为本课题设计制造的一条幅宽250mm的微型生产线，采用间断式操作，试验样品的长度最大只能做到3000mm。
　　经过一段时间的准备，试验条件已经基本具备，可以开展静电植砂的工艺试验，真正进入课题研究的工作程序了。对如此高的直流高压，大家都没有直接接触过，不免有些胆怯，为了安全起见，当时还请来了水利电力部中南电管局高压试验室的专家，对高压发生器的高压输出、接地、联接、防护等方面作了详细的检查和仪器测试，确认安全无误后，设备才开始正式运行。
　　在1964年底的某一天课题小组的同志都集中在静电植砂工艺研究的专用试验室里，有关领导也亲临现场，来看热闹的还有其他试验室的同志，试验室挤满了人，犹如一个大工程的开工仪式，期待着一个奇跡的发生。试验开始了，在场的人一律站在3米以外的安全线处，只见操作人员慢慢地转动调压器，电压一点一点往上攀升，当电压升至40kV时，输砂带送去的棕刚玉46#磨料开始有点“蠢蠢欲动”，到电压升到60、70kV时，电场中的磨料似暴雨般的涮涮地往上冲，两极板间的磨料像雾一般的浓密，大家第一次看到此番新奇景象，在场的人群不由得爆出阵阵掌声，当把第一次试验样品从试验设备取下来时，观察到植砂面上的磨粒排列有序，颗颗尖端朝外，显得非常锋利，煞是好看。静电植砂工艺第一次试验终于走出了成功的一步。在首次试验获得成功的基础上，对静电植砂工艺进行系统的研究，包括静电发生器性能的改进提高，成了主要的课题。
　　第一、对静电发生器进行了改进。
　　由于第一次设计时采用了结构上比较简单的半波整流，经示波器检测显示，输出的直流波形脉动比较明显，直接影响了直流高压的稳定性。后来改进设计，采用全波整流，直流波形的脉动较小，大大提高了直流高压的稳定性，相应的也提高了植砂的质量。
　　第二、对静电植砂的工艺进了系统的试验研究，其中包括：
　　1、静电植砂工艺中磨料粒度适应范围：
　　经试验表明，刚玉类磨料，对30#以粗和320#以细静电植砂难以胜任，而碳化硅磨料还可以放粗一个粒度号。微粉级磨料需要一些特殊处理，才好使用。在同等条件下，碳化硅类磨料比刚玉类磨料的其植砂电压可以降低20~40%；黑色碳化硅与绿色碳化硅对静电植砂无大差别，刚玉类磨料中以单晶刚玉为最好，其他依次为白刚玉、铬刚玉、棕刚玉，对这些刚玉类磨料，在静电植砂的效果上无大差别，而对于棕刚王磨料，如果品质不好、化学成分严重不合格，其静电植砂效果也不好，有的劣质磨料甚至根本不能采用静电植砂。
　　2、以单晶刚玉为例，将试验样品制作成砂带，与重力植砂产品进行磨削对比，其结果是静电植砂产品的磨削效率提高20——30%，而棕刚玉磨料产品，其磨削效率的提高要低5个百分点，而碳化硅磨料产品，其磨削效率却提高5个百分点，这表明磨料的粒度形状对静电植砂效果的影响特别明显，这是静电植砂的一大特点。
　　3、采用静电植砂用于砂带生产时，砂带的使用寿命较重力植砂产品降低5%左右，根据磨料的材质不同，寿命降低的程度不一样。一般碳化硅类磨料降低较多，而刚玉类磨料降低较少。
　　第三、在静电植砂工艺试验中，如果磨料反复多次在静电场中通过，磨料在静电场中的感应能力越来越降低，直至难以进行静电植砂,称其为磨料的“老化”。不同材质的磨料，它们的“老化”程度并不一样，碳化硅类磨料老化并不严重，而刚玉类磨料“老化”比较明显，特别是棕刚玉最严重。对于上述种种现象，其中的原因究竟何在呢？我们要对各种磨料的物理、化学、电性能等进行一系列的检测与分析，如磨料的介电常数、极化系数、导电率、化学组成、化学结构等，以及静电发生器本身的功能等各个方面，进行进一步的深度探索。
　　可是，正要筹划这些试验和设计改进时，席卷全国的文化大革命开始了，知识分子最集中的高校和科研单位首先受到冲击，层次较高的知识分子，更是首当其中，静电植砂试验室也被封了，我这个课题负责人被送去劳动，接受工人阶级再教育了, 研究工作从此无情地被夭折了！因此对于磨料的“老化”这个重大遗留问题，时光虽己过去了四十多年，至今没有人再去深入研究它，更没有人去解决它。我作为当年的课题负责人也已经进入耋耄之年，当回忆往事时，仍深深感到，这是终身的遗憾！现在只能采用尽量减少回砂量或者把少量的回砂混在新磨料中逐步把它消耗掉，而这部分磨料由于感应性能的降低，直接影响植砂的质量，这是看不见的一种质量隐患啊。
　　四、静电植砂在国内的初期推广应用
　　静电植砂新工艺的研究尽管还有一点遗留问题，但在六、七十年代对国内涂附磨具行业的影响还是很大的，由于当时研究所的科研成果都是公开的，所以很快在国内传播开来。上世纪六十年代中期，在武汉、天津、上海等地的砂布厂先后把静电植砂应用到水砂纸生产线上，武汉、天津的完全采用了当时三磨所试验用的直流高压发生器和同样的植砂装置，而上海对极板作了改变，采用了辊与板组合形成的电场，即上极为一个辊筒，下极为一块板。正如当时三磨所在试验时所指出的静电植砂对磨料材质和品质有比较明显的选择性，工厂在采用碳化硅磨料或者棕刚玉磨料时，产生了植砂效果的不稳定，加上生产人员没有经验，生产中出现了一些故障，所以静电植砂新工艺在用了一段时间后，又逐渐退出了生产。只有上海在水砂纸生产线上一直坚持使用，他们为了解决静电植砂的植砂不稳定问题，采用静电和重力相结合的方法，即在通过静电植砂后又加一道重力植砂，以弥补其不足，并称其为“混合型静电植砂”，在当时的设备条件下，这也算是一种新的技术措施。
　　五、高频高压静电发生器
　　到1974年，A型砂带正式投入生产后，为了进一步提高产品质量，试图在生产中采用静电植砂新工艺，但因为A型砂带生产工艺特点：一是间断性操作，一条一条的涂胶植砂生产；二是静电高压区与手工操作区的距离太近，人身不安全；三是直流高压发生器操作时需要予热、升压、降压需要花较长的时间，这对间断性操作并不适用，所以直流高压静电植砂用于A型砂带生产很难实现。
　　为此，当时选用了一种高频高压静电发生器，选用的频率为20兆，高压输出值为120kV。高频高压静电发生器的特点：一是安全性比较好，符合近距离的操作；二是电压升压快，符合A型砂带间断性操作的生产工艺。同时根据A型砂带生产设备的特殊结构，植砂的机械结构也作了相应的改变，把两块极板设计成活动式的，按照操作要求，可以随意的进入和退出，非常方便，完全符合了A型砂带的生产工艺要求。
　　高频高压静电发生器由于它的功率比较小，难以在宽幅的连续式砂布或水砂纸的生产线上推广应用，后来隨着A型砂带这个产品的退出市场，高频高压静电发生器也就完成了它的历史使命。
　　六、交流高压静电发生器及在中国的发展
　　到了上世纪八十年代，当时的第二砂轮厂从西德引进了全套宽砂带生产线，它代表着当时世界涂附磨具制造技术的最高水平，也是国内最早引进的第一条这样的生产线，其中就包括静电植砂装置，而且采用最先进的交流高压静电发生器，它的频率范围为3~30 赫芝，调压范围为0~100kV，波形为方波，这是在中国第一次出现的以高压、交流、低频、方波为特征的静电发生器。当然，交流高压静电发生器虽然是先进的，但它永远不会停留在这个水平上，还要再提高与改进是肯定的。
　　1989年上海砂轮厂紧随二砂之后，也引进了德国斯瓦贝公司相似规模的大卷生产线和瑞士A+S公司的全套转换设备，其中的静电发生器也出自德国的同一家公司，上砂为了在它的其他生产线上也推广应用这种静电植砂装置，因而于1993年与上海理工大学合作开发交流、低频、方波的高压静电发生器，经过艰苦攻关，我国自行制造的设备的综合性能达到进口设备的水平，成功地应用于生产，从此我国拥有了自主知识产权的、自已制造的交流静电发生器。
　　国产交流高压静电发生器从诞生到今天，已有整整20年的历史，产品由当初的第一代，到第二代，如今有了第三代产品，技术水平不断提高。国产交流高压静电发生器的性能具有如下一些特点：
　　1、频率由原来2.5赫芝降低到2.0赫芝，（国外设备一般为2.5赫芝）虽然频率区区降低了0.5赫芝，波形的交变时间却延长了20%，这对粗粒度产品更有效，至少能提高一个粒度号。
　　2、改用电子调压设施，使电压的精度提高，电压更稳定可靠。
　　3、输出阻抗由第一代的72欧姆降低到55欧姆。
　　国产设备的性能有它自己的特点，与进口设备比并不逊色，在价格上更是进口设备不能比的，所以受到了涂附磨具行业的普遍的欢迎，目前国产设备在20年中已经销售了60多台，市场占有率大约在80%以上。
　　七、钢纸砂盘的“静电植砂”
　　这里介绍的钢纸砂盘“静电植砂”是另一种形式，它不同于一般定义上的静电植砂，所以在“静电植砂”名词上加了引号，它的特殊性表现在以下面几个方面：
　　目前国内钢纸砂盘的生产方式，按钢纸的厚度来分类。一般厚度在1mm以下的采用与砂布大卷一样的连续式生产方式；而钢纸厚度超过1mm的，因难以采用悬挂式干燥，所以无法在常规的联动式生产线上生产，而采用单片式生产，植砂也一般采用重力植砂，这样生产的砂盘的锋利度大大降低。为了提高提高磨片的锋利度，上海砂轮厂于1989年从意大利引进了一台适用于单片式生产钢纸砂盘的“静电植砂”设备，它是把刚刚经过涂胶及重力植砂的钢纸砂盘，平放在一条输送带上，以规定的速度，送到一个由两块平行极板组成高压电场中，当砂盘进入电场后，由于磨粒还没有被粘结剂完全粘结牢固，在强大的静电感应下，磨粒按长轴方向站立起来，从而形成一个十分锋利的表面，整齐地排列在砂盘上，以此种方式也达到了正常静电植砂同样的效果。因为钢纸砂盘采用的磨料的粒度较粗，一般的静电发生器所提供的静电力，不足以把磨粒从下而上吸引到砂盘上来，而上述介绍的“静电植砂”方法只是把一颗颗磨粒转动一个方向，所需要的静电力比较小，完全可以达到磨粒站立的目的。因此钢纸砂盘应用的这种“静电植砂”方法，可以说是“静电植砂”工艺的一种创新，我认为它应该可以在我国钢纸砂盘行业得到推广和应用。可是由于该钢纸砂盘生产设备的涂胶采用封闭式喷涂法，造成整个吸尘管道上沾满了粘结剂，清洗非常困难，它没有得到好好利用而停止了生产，只给我们留下了一个历史记忆。
　　七、当今的直流高压静电发生器
　　在当前无论是国内还是国际，广泛使用的交流高压发生器，这是行业发展的主流，市场占有率达到90%以上，但直流高压发生器并没有完全被陶汰出局？在国内从韩国、意大利引进的，以及仿制的涂附磨具生产线中，还在正常使用直流高压静电发生器。当然现有的直流高压发生器与第一代的产品相比，无论在结构和性能上己经有了很大的提高与改进，当然直流高压发生器最为吸引客户的，是它的造价的低廉，大约仅为交流高压发生器20~30%。（高忠）

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