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塑料薄膜生產(chǎn)中關(guān)于靜電的幾個(gè)問題

時(shí)間：2009/6/8閱讀：4061
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在薄膜生產(chǎn)和應(yīng)用中,，靜電一直是我們比較頭痛的問題之一,，摩擦、撞擊甚至張力變化都有可能引起靜電,，不但影響印刷和制袋質(zhì)量還可能引起安全問題,。筆者在多年生產(chǎn)和技術(shù)服務(wù)中，對下面幾個(gè)問題深有感觸,，在此與大家交流探討,。
●摩擦是怎么產(chǎn)生靜電的。
薄膜在生產(chǎn)中與金屬輥的摩擦很小,，那為什么也產(chǎn)生靜電呢,？電學(xué)原理告訴我們，嚴(yán)格說摩擦起電只是一種接觸帶電的一種表現(xiàn)形式而已,。產(chǎn)生靜電一個(gè)主要原因就是因?yàn)閮煞N材料接觸時(shí),，部分電子云重疊。在迅速分開時(shí),，其中一種材料具有較大的吸附電子（或其他帶電粒子,，下同）的能力就有可能使電子轉(zhuǎn)移到該材料，獲得電子而呈現(xiàn)負(fù)電,，而另一種材料則呈現(xiàn)正電,。另外，自然界中還有對物體施加作用力時(shí)產(chǎn)生的壓電（皮埃佐電）和對物體加熱時(shí)產(chǎn)生的熱電,，摩擦起電是這些作用的綜合結(jié)果,。
●摩擦靜電只在不同材料之間發(fā)生嗎？
一個(gè)令人震驚的事實(shí)是,，兩個(gè)同樣形狀冰塊相互摩擦也會產(chǎn)生靜電,。筆者在北京地區(qū)1月份曾按以下圖示左右摩擦，用A冰棒的C點(diǎn)左右摩擦B冰棒全部區(qū)域3分鐘,。用ELD-1靜電壓表測試得知,，在A棒的C點(diǎn)出現(xiàn)電壓很高的負(fù)電荷,，而在B棒的整個(gè)摩擦區(qū)域，則出現(xiàn)了電壓比較低的正電荷,。
                             A棒

C點(diǎn)
B棒

附圖1,、冰棒非對稱摩擦示意圖
上述摩擦在物理學(xué)被稱為“非對稱摩擦”。分析靜電產(chǎn)生原因,，雖然摩擦?xí)r對兩塊冰做的功一樣,，但是對B棒來說，因?yàn)槟Σ撩娣e大,，由摩擦熱引起的溫度上升不明顯,，而對于A棒，因?yàn)樽龉ο鄬?，C點(diǎn)溫度相對升高,。溫度的升高帶來分子的活躍和電離――帶正電的氫離子和帶負(fù)電的氫氧根離子，其中氫離子比較活躍,，容易從溫度高的A棒C點(diǎn)游離到溫度低的B棒廣大區(qū)域上,，從而使B棒顯示正電，相反,，A棒C點(diǎn)則顯示負(fù)電,。
用兩個(gè)聚丙烯棒進(jìn)行以上試驗(yàn)，同樣產(chǎn)生靜電,，只不過電性與冰塊相反,。
日本京都大學(xué)研究資料顯示，用兩塊同樣形狀的聚乙烯薄膜相互對稱摩擦后,，測試可以發(fā)現(xiàn),，在上面出現(xiàn)了許多很微小的帶正電的點(diǎn)及大片帶負(fù)電的區(qū)域，原因是聚乙烯表面微觀的凹凸不平造成的局部不對稱摩擦,，致使各部分摩擦熱和溫度的不同,，從而導(dǎo)致活躍的帶電荷基團(tuán)不均勻分布。
所以說,，同樣材料的相互摩擦也會導(dǎo)致靜電,。
●關(guān)鍵的靜電測試。
靜電測試包括測定靜電基本參數(shù),，如靜電電壓,、電量、電容和測定材料性能,，如表面電阻率,、體積電阻率,。對于塑料薄膜生產(chǎn)使用者,，除部分電器包裝需要測定表面電阻率,、體積電阻率（用兆歐表）外，一般用戶測試薄膜表面的靜電壓即可,。
對塑料薄膜這樣的非導(dǎo)體的表面靜電壓測試（包括測試靜電的極性和電位數(shù)據(jù)）,，因?yàn)樘筋^不能接觸薄膜，稱為非接觸測試,。根據(jù)測試原理的不同,，可分為靜電感應(yīng)和空氣電離兩種方法。靜電感應(yīng)是將測試探頭靠近薄膜,，利用探頭與薄膜間產(chǎn)生的畸變電場測試,，實(shí)質(zhì)上是對薄膜表面電場的測試?？諝怆婋x是利用放射性同位素電離空氣,，在薄膜與儀表輸入端、輸入端與接地端之間分別產(chǎn)生電阻分壓,，測試薄膜的對地電壓,。
表1 兩種方式靜電電壓表的特點(diǎn)比較

項(xiàng)目
ELD-1靜電電壓表（感應(yīng)）
ESD2000型靜電電位計(jì)（電離）
體積
小
大
精度
低
高
影響精度因素
1、 電場感應(yīng)測定探頭所對應(yīng)薄膜面積平均電場,，如果其上同時(shí)存在正負(fù)電荷則只能測定電場抵消后的電位,。
2、 探頭面積與被測薄膜面積的差別,、與薄膜距離形成電容差,，導(dǎo)致結(jié)果變大或儀器靈敏度差。
1,、 需要電離空氣,，如果有風(fēng)或被測物移動會有影響。
2,、 電離后的離子會與被測物異性電荷中和,，使結(jié)果偏小。
3,、 鉛制金屬屏蔽筒受靜電感應(yīng)形成的電場對結(jié)果有影響,。
適應(yīng)場合
適合運(yùn)動薄膜（生產(chǎn)在線）
適合相對測試（如考察靜電降低程度）
適合靜止薄膜，實(shí)驗(yàn)室用
適合測試即靜電電位

可以看出,，在車間使用感應(yīng)式靜電電壓表時(shí),，其與薄膜的位置、薄膜面積相對固定才能降低誤差,，即所謂相對測試,；而空氣電離式電位計(jì)應(yīng)該在靜止場合使用，并進(jìn)行數(shù)據(jù)補(bǔ)償,。
附圖2：方便攜帶的ELD-1靜電電壓表
 
●常用靜電消除器的比較,。
靜電消除器分無源式和有源式兩類,，后者又分為高壓電源式、離子風(fēng)式,、放射源式等幾種,，因?yàn)槎夹枰砑与娫矗哟竽芎?，高壓電或放射源的安全因素,，很少在塑料加工中使用?/div>
塑料薄膜生產(chǎn)應(yīng)用廠家，過去一般使用無源式靜電消除器中的硬毛靜電刷（防靜電毛刷）,，現(xiàn)在,，許多要求高的廠家紛紛選擇一些新的靜電消除器，如軟毛靜電刷等,。
以硬毛靜電刷為例,，消電機(jī)理主要因?yàn)閷?dǎo)體的靜電感應(yīng)，在靠近薄膜處產(chǎn)生與薄膜負(fù)電極性相反的正電荷,，通過空氣電離,，形成電暈電流，在電暈區(qū)產(chǎn)生大量的正,、負(fù)離子,。如圖3所示，在電場的作用下,，帶負(fù)電的粒子向放電毛針B方向運(yùn)動,；帶正電的粒子向帶負(fù)電的薄膜C方向運(yùn)動，中和薄膜帶的負(fù)電荷,。由于針尖B附近的電場依賴于薄膜C本身的電位及針尖到薄膜的距離,，所以，薄膜C的電壓越高,，針尖B到薄膜C的距離越近,，針尖B上感應(yīng)出的電荷密度越大，附近形成的電場越強(qiáng),，電離的帶電離子數(shù)目越多,，消除靜電效果越好（但太近時(shí)易產(chǎn)生電弧）,?？梢韵胂竺恳桓⒚拖裆煜蚩罩械谋芾揍樢粯樱舛?xì),，才能更好的形成感應(yīng)電荷集中,，早一步放電達(dá)到消除靜電的目的。考察這種除靜電毛刷性能主要有兩個(gè)指標(biāo)：臨界電壓和電暈電流,。前者是能夠使放電針產(chǎn)生電暈放電的zui低電壓,，當(dāng)然是越低越好；后者越大,，表明單位時(shí)間內(nèi)被消除的電荷越多。實(shí)際應(yīng)用中,，用萬用表測試靜電刷的電阻即可,，一般質(zhì)量好的靜電刷電阻小于1Ω/米，也可以用ELD-1靜電壓表測試靜電刷安裝前后的電位來判斷,。決定除靜電毛刷的性能有多種因素,，放電毛針針尖越細(xì)長、材料導(dǎo)電性越好制成的除靜電毛刷性能越好,。
 
                                               
 
 
 
 
 
 
附圖3,，硬毛靜電刷的消電原理
如上圖可以看出，由于硬毛靜電刷消電效果取決于薄膜靜電壓的感應(yīng)電壓,，消電效果不*,，所以人們做了改進(jìn)，把接地的A處加上與薄膜靜電電荷性能相反的直流高壓電源,，如正電荷,，使消電效果大大提高，這就是直流消電器的原理,。
如果把上圖中B處硬毛換成對薄膜無損傷的軟毛,，則可以直接接觸薄膜C；因?yàn)檐浢?ldquo;柔”,，產(chǎn)生靜電感應(yīng)后因?yàn)殡姾傻奈γ獠糠挚梢跃o緊吸附在薄膜上,，負(fù)電荷可以通過軟毛靜電刷直接導(dǎo)入大地，消電效果也大幅度提高,。據(jù)測算,，TR-01接觸式軟毛靜電刷的臨界電壓比普通硬毛靜電刷低80%左右，電暈電流則大30%以上,。
表2 薄膜常用消電器的特點(diǎn)比較

項(xiàng)目
普通硬毛靜電刷
直流消電器
TR-01軟毛靜電刷
消電效果
低
消電效果取決于薄膜電壓,，在薄膜電壓低于一定數(shù)值時(shí)無作用
高
消電效果由直流電源決定，可以*消除靜電
高
消電時(shí)直接接觸薄膜,，可以基本消除薄膜靜電,。
是否消耗電能
否，直接接地
是,，需要直流電源
否,，直接接地
是否易產(chǎn)生電弧、火花
易
距離薄膜較近時(shí),，電暈電流容易轉(zhuǎn)化為電弧電流,。
易
距離薄膜較近時(shí),，電暈電流容易轉(zhuǎn)化為電弧電流。
不易
直接接觸薄膜,，基本無電暈電流
經(jīng)濟(jì)性
好,，100－300元/米
差，2500－4000元/套
好,，200－400元/米

 
A;TR-01軟毛靜電刷                             B:常用的硬毛靜電刷
附圖4 典型的軟毛和硬毛靜電刷
●不可忽略的問題,，消電器的安裝
以硬毛靜電刷為例，它的安裝和性能一樣重要,，安裝不妥,，不僅會降低消電效果，有時(shí)還會使靜電加劇,，甚至造成更大的危害,。一般來說，安裝如圖5所示,，應(yīng)避開圖中A,、B、C,、D幾個(gè)位置,。在需要消除靜電部位的前面，如盡量靠近印刷和制袋前的部位或靜電電位zui強(qiáng)的部位,。安裝角度垂直于薄膜運(yùn)動方向,，毛刷應(yīng)有牢固的支撐并可靠接地。TR-01軟毛靜電刷安裝要在薄膜的正反面都要安裝,，否則前面消除后面又感應(yīng),，事倍功半。
圖5：靜電消除器的安裝
說明：黑色三角處表示可以安裝,，白色三角位置不能安裝,，因?yàn)椋?span>A處有摩擦的靜電產(chǎn)生源，前面消除后面產(chǎn)生,，使消除工作事倍功半,。B處背面有接地體，C處臨近接地體,，D處有其他消電裝置,，均可以干擾電場感應(yīng)，使其達(dá)不到應(yīng)有的消除效果,。
試驗(yàn)結(jié)果表明,，使用正確的安裝方法，軟毛靜電刷zui多時(shí)可以消除95％以上的靜電。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


 

附圖6 蘭德梅克推薦的TR-01軟毛靜電刷安裝圖

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