防火防盗防静电!工业除静电三大奇招要知道!

发布时间: 2021年09月06日 浏览次数:98

所有物理对象都是由原子组成的。原子内部有质子、电子和中子。质子带正电,电子带负电,中子带中性。

所以,万物皆由电荷构成。相反的电荷相互吸引(从负到正)。同种电荷相互排斥(正到正或负到负)。大多数情况下,物体中的正负电荷是平衡的,这使得该物体成中性。

静电是物体中正负电荷不平衡的结果。这些电荷会在物体表面积聚,直到它们找到释放或放电的方法。

2017 年 4 月 12 日,在海军陆战队彭德尔顿营地进行综合吊装训练期间,一名海军陆战队员在将 M777 榴弹炮连接到 CH-53E 超级种马直升机之前,使用静电放电棒释放多余的静电。 图源:美国国防部

美国海军发行的火药瓶,由黄铜制成,可防止因火花或静电而意外点燃火药 图源:美国国家公园管理局,NP 画廊

 

工业静电是怎么回事?

 

工业静电是生产、储运过程中在物料、装置、人体、器材和构筑物上产生和积累起来的静电。在工业制造中,静电放电和静电吸引的静电效应会对工业制造造成不可避免的危害。

对于制造设备而言,这是一个巨大的问题。制造工厂不断面临着提高生产率和降低材料成本的双重压力。因此,消除工业静电已成为工业生产的重要组成部分。

 

静电如何产生的?

 

静电是指绝缘物质上携带的相对静止的电荷,它是由不同物体接触摩擦时在物质间发生了电子转移而形成的带电现象。这些电荷聚积于物体的表面上,不会像金属导体里的电流那样容易流动,因而称为静电。

产生静电的因素很多,如两物体直接接触分离起电;带电微粒附着到绝缘固体上,使之带静电;感应起电;固定的金属与流动的液体之间电解起电;固体材料在机械力作用下产生压电效应以及流体、粉末喷出时,与喷口剧烈摩擦而带电等。

图源:American Chemical Society

 

静电在工业中的危害

 

静电的产生在工业生产中是不可避免的,其造成的危害主要可归结为以下两种机理:

其一,静电放电(ESD),是带电体周围的场强超过周围介质的绝缘击穿场强时,因介质电离而使带电体上的电荷部分或全部消失的现象。其静电能量变为热量、声音光、电磁波等而消耗,这种放电能量较大时,就会成为火灾、爆炸的引火源。

图源:BUNZL

静电放电造成的危害:

  • 当人体带电时,或带静电的人体接近接地体时,也有可能产生静电电击。高压静电放电造成电击,危及人身安全。
  • 引起电子设备的故障或失误动作,造成电磁干扰。
  • 击穿集成电路和精密的电子元件,或者促使元件老化,影响产品的技术指标,降低其可靠性。
  • 在这些危害中,由静电在多易燃易爆品或粉尘、油雾的生产场引起的爆炸和火灾是最为严重的危害。

其二,静电引力(ESA),当导体接近带电物体时产生的电荷分布于导体表面的现象。

静电引力造成的危害:

  • 电子工业:吸附灰尘,造成集成电路和半导体元件的污染,大大降低成品率。
  • 胶片和塑料工业:使胶片或薄膜收卷不齐;胶片、CD塑盘沾染灰尘,影响品质。
  • 造纸印刷工业:纸张收卷不齐,套印不准,吸污严重,甚至纸张黏结,影响生产。
  • 纺织工业:造成根丝飘动、缠花断头、纱线纠结等危害。

 

静电的种类

 

①固体静电:固体物质大面积的摩擦,固体物质在压力下接触后分离,固体物质在挤出过滤时与管道、过滤器等发生的摩擦,固体物质的粉碎、研磨和搅拌过程等均可能产生静电。

②粉体静电:粉体是固体的一种特殊形态,具有分散性和悬浮性的特点。分散性使得表面积增加更容易产生静电,悬浮性使得铝粉、镁粉等金属粉末通过空气与地绝缘也能产生和积聚静电。

图源:Firstlinetech

③液体静电:液体在输送、喷射、混合、搅拌、过滤、灌注、剧烈晃动过程中,会产生带电现象。

④气体(蒸汽)静电:纯净的气体在通常条件下不会起静电,但由于气体中往往含有悬浮液体微粒或灰尘等固体颗粒,当高压喷出时相互间摩擦、分离,能产生较强的静电。

 

三种解决方案

 

①静电消除器将正负离子中和

静电消除器可以通过用正离子和负离子中和目标来消除静电。

静电消除器也可以叫除静电设备,与电导率措施不同,静电消除器很容易安装到现有区域中,并以低成本提供长期有效性。静电消除器主要离子风机、离子风枪、离子风棒、离子风鼓、离子风蛇、离子风嘴、离子风帘、高压发生器、板面清洁机等。与湿度控制设备相比,它的占地面积更小,因此实施起来效率更高,更经济。

图源:基恩士(中国)有限公司

其原理可产生大量的带正负电荷的气团,可以将经过它的离子辐射区的物体上所带的电荷中和掉。当物体表面所带为负电荷时,它会吸引辐射区内的正电荷,当物体表面所带为正电荷时,它会吸引辐射区内的负电荷,从而使物体表面上的静电被中和,达到消除静电的目的。

②空气雾化

从控制环境中的空气湿度入手,可以解决生产环境中的静电问题。

增加空气湿度的常用方法是向空气中喷水雾,一般选用雾化器(超声波加湿器)。超声波加湿器主要是采用高频的震荡,再通过雾化片的高频震动使得加湿器中的水被抛离水面产生飘逸的水雾,达到空气加湿的目的既可以较大空间进行均匀加湿,也可对特殊空间进行局部温度补偿,具有较高的使用灵活性。

图源:正岛

③改变电导率

抗静电剂(也称导电剂、静电消除剂等)是一种用于处理材料体或其表面的化合物,目的是为了减少或消除静电的积累。可以将抗静电剂喷涂到绝缘体的表面上,以形成防止绝缘体带电的导电膜。

另一种方法是直接在绝缘子的原材料中混合导电元素,例如金刚石,石墨、半导体单质、金属颗粒。

图源:聚力防静电