塑料薄膜生产中的静电消除.doc

塑料薄膜生产中的 静电消除在薄膜生产和应用中，静电一直是我们比较头痛的问题之一，摩擦、撞击甚至张力变化都有可能引起静电，不但影响印刷和制袋质量还可能引起安全问题。笔者在多年生产和技术服务中，对下面几个问题深有感触，在此与大家交流探讨。摩擦是怎么产生静电的。薄膜在生产中与金属辊的摩擦很小，那为什么也产生静电呢?电学原理告诉我们，严格说摩擦起电只是一种接触带电的一种表现形式而已。产生静电一个主要原因就是因为两种材料接触时，部分电子云重叠。在迅速分开时，其中一种材料具有较大的吸附电子(或其他带电粒子，下同)的能力就有可能使电子转移到该材料，获得电子而呈现负电，而另一种材料则呈现正电。另外，自然界中还有对物体施加作用力时产生的压电(皮埃佐电)和对物体加热时产生的热电，摩擦起电是这些作用的综合结果。摩擦静电只在不同材料之间发生吗?一个令人震惊的事实是，两个同样形状冰块相互摩擦也会产生静电。笔者在北京地区1月份曾按以下图示左右摩擦，用A冰棒的C点左右摩擦B冰棒全部区域3分钟。用ELD-1静电压表测试得知，在A棒的C点出现电压很高的负电荷，而在B棒的整个摩擦区域，则出现了电压比较低的正电荷。A棒C点B棒附图1、冰棒非对称摩擦示意图上述摩擦在物理学被称为非对称摩擦。分析静电产生原因，虽然摩擦时对两块冰做的功一样，但是对B棒来说，因为摩擦面积大，由摩擦热引起的温度上升不明显，而对于A棒，因为做功相对集中，C点温度相对升高。温度的升高带来分子的活跃和电离带正电的氢离子和带负电的氢氧根离子，其中氢离子比较活跃，容易从温度高的A棒C点游离到温度低的B棒广大区域上，从而使B棒显示正电，相反，A棒C点则显示负电。用两个聚丙烯棒进行以上试验，同样产生静电，只不过电性与冰块相反。日本京都大学研究资料显示，用两块同样形状的聚乙烯薄膜相互对称摩擦后，精确测试可以发现，在上面出现了许多很微小的带正电的点及大片带负电的区域，原因是聚乙烯表面微观的凹凸不平造成的局部不对称摩擦，致使各部分摩擦热和温度的不同，从而导致活跃的带电荷基团不均匀分布。所以说，同样材料的相互摩擦也会导致静电。关键的静电测试。静电测试包括测定静电基本参数，如静电电压、电量、电容和测定材料性能，如表面电阻率、体积电阻率。对于塑料薄膜生产使用者，除部分电器包装需要测定表面电阻率、体积电阻率(用兆欧表)外，一般用户测试薄膜表面的静电压即可。对塑料薄膜这样的非导体的表面静电压测试(包括测试静电的极性和电位数据)，因为探头不能接触薄膜，称为非接触测试。根据测试原理的不同，可分为静电感应和空气电离两种方法。静电感应是将测试探头靠近薄膜，利用探头与薄膜间产生的畸变电场测试，实质上是对薄膜表面电场的测试。空气电离是利用放射性同位素电离空气，在薄膜与仪表输入端、输入端与接地端之间分别产生电阻分压，测试薄膜的对地电压。表1两种方式静电电压表的特点比较可以看出，在车间使用感应式静电电压表时，其与薄膜的位置、薄膜面积相对固定才能降低误差，即所谓相对测试;而空气电离式电位计应该在静止场合使用，并进行数据补偿。附图2:方便携带的ELD-1静电电压表常用静电消除器的比较。静电消除器分无源式和有源式两类，后者又分为高压电源式、离子风式、放射源式等几种，因为都需要另加电源，加大能耗，高压电或放射源的安全因素，很少在塑料加工中使用。塑料薄膜生产应用厂家，过去一般使用无源式静电消除器中的硬毛静电刷(防静电毛刷)，现在，许多要求高的厂家纷纷选择一些新的静电消除器，如软毛静电刷等。以硬毛静电刷为例，消电机理主要因为导体的静电感应，在靠近薄膜处产生与薄膜负电极性相反的正电荷，通过空气电离，形成电晕电流，在电晕区产生大量的正、负离子。如图3所示，在电场的作用下，带负电的粒子向放电毛针B方向运动;带正电的粒子向带负电的薄膜C方向运动，中和薄膜带的负电荷。由于针尖B附近的电场依赖于薄膜C本身的电位及针尖到薄膜的距离，所以，薄膜C的电压越高，针尖B到薄膜C的距离越近，针尖B上感应出的电荷密度越大，附近形成的电场越强，电离的带电离子数目越多，消除静电效果越好(但太近时易产生电弧)。可以想象每一根刷毛就像伸向空中的避雷针一样，要尖而细，才能更好的形成感应电荷集中，早一步放电达到消除静电的目的。考察这种除静电毛刷性能主要有两个指标:临界电压和电晕电流。前者是能够使放电针产生电晕放电的最低电压，当然是越低越好;后者越大，表明单位时间内被消除的电荷越多。实际应用中，用万用表测试静电刷的电阻即可，一般质量好的静电刷电阻小于1/米，也可以用ELD-1静电压表测试静电刷安装前后的电位来判断。决定除静电毛刷的性能有多种因素，放电毛针针尖越细长、材料导电性越好制成的除静电毛刷性能越好。附图3，硬毛静电刷的消电原理如上图可以看出，由于硬毛静电刷消电效果取决于薄膜静电压的感应电压，消电效果不彻底，所以人们做了改进，把接地的A处加上与薄膜静电电荷性能相反的直流高压电源，如正电荷，使消电效果大大提高，这就是直流消电器的原理。如果把上图中B处硬毛换成对薄膜无损伤的软毛，则可以直接接触薄膜C;因为软毛的柔，产生静电感应后因为电荷的吸引力毛尖部分可以紧紧吸附在薄膜上，负电荷可以通过软毛静电刷直接导入大地，消电效果也大幅度提高。据测算，TR-01接触式软毛静电刷的临界电压比普通硬毛静电刷低80%左右，电晕电流则大30%以上。表2薄膜常用消电器的特点比较A;TR-01软毛静电刷B:常用的硬毛静电刷附图4典型的软毛和硬毛静电刷不可忽略的问题，消电器的安装以硬毛静电刷为例，它的安装和性能一样重要，安装不妥，不仅会降低消电效果，有时还会使静电加剧，甚至造成更大的危害。一般来说，安装如图5所示，应避开图中A、B、C、D几个位置。最好在需要消除静电部位的前面，如尽量靠近印刷和制袋前的部位或静电电位最强的部位。安装角度垂直于薄膜运动方向，毛刷应有牢固的支撑并可靠接地。TR-01软毛静电刷安装要在薄膜的正反面都要安装，否则前面消除后面又感应，事倍功半。图5:静电消除器的安装说明:黑色三角处表示可以安装，白