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静电如何产生?

一切物质都由分子构成,分子又由原子组成。原子包含带负电的电子与带正电的质子。当两种不同物体相互接触时,物体会发生电荷转移:电子从一方转移至另一方。失去电子的物体带上正电,得到多余电子的物体带上负电。如果两者分离时电荷难以中和,电荷就会不断积聚,使物体带上静电。因此很多物体在与其他物体接触、分离(例如摩擦)的过程中都会产生静电。固体、液体、气体都常常会携带静电。气候干燥时,人体极易积聚大量静电,发生静电电击。

静电一般指静止的电荷。物体表面电子数量失衡就会产生静电:表面电子不足则带正电,表面电子过剩则带负电。我们将电荷产生与消失的电学现象称作静电现象。所有物质均由原子构成,原子内部包含质子(带正电)、中子(不带电)与电子(带负电)。质子和中子质量较大、结合力强,不易分离,紧密结合形成原子核;电子质量极小,围绕原子核运转。

正常情况下,原子内质子数量与电子数量相等,正负电荷相互平衡,原子呈电中性(不带电)。当受到外力作用(如摩擦、光电效应等),环绕原子核运转的电子脱离原有轨道,原子的电中性状态被打破。电子从 A 原子脱离,转移到 B 原子上。A 原子因缺少电子带上正电,成为阳离子;B 原子因电子数量增多带上负电,成为阴离子。外力促使电子脱离轨道,造成电子分布失衡,进而产生静电。外力形式包含各类能量(动能、势能、热能、化学能等)。因此在日常生产生活中,接触、摩擦、冲刷、冻结、电解、压电效应、温差、静电感应等场景,都会产生静电。

日常各类动作产生的静电强度与环境的关系

日常生活中,行走、翻书、胶带转动、光碟从包装袋取出、穿脱衣物(尤其是化纤制品),甚至空气流动,都会产生静电。静电强弱和物体材质、摩擦相对运动速度、压力、环境温湿度密切相关。表格展示了未做防静电处理的生产环境中,电子厂员工日常作业产生的静电强度与环境湿度的对应关系。

二、工业生产中静电带来的危害

工业生产过程中静电无法完全避免,其危害主要分为两大类:

(一)静电放电(ESD)引发的危害

  1. 造成电子设备故障、误动作,产生电磁干扰;
  2. 击穿集成电路与精密电子元器件,或加速元器件老化,降低产品良率;
  3. 高压静电放电会引发电击,威胁人身安全;
  4. 在易燃易爆物料、粉尘、油雾浓度较高的生产区域,极易引发火灾、爆炸事故。

(二)静电吸附(ESA)引发的危害

  1. 电子行业:吸附灰尘污染集成电路、半导体元器件,大幅降低良品率;
  2. 薄膜与塑料行业:造成薄膜收卷不齐;薄膜、光盘塑料基材吸附粉尘,影响产品品质;
  3. 造纸印刷行业:纸张收卷不规整、套印不准、吸墨不均,甚至纸张粘连,干扰生产;
  4. 纺织行业:出现飞丝、断纱、纱线缠绕等问题。

静电危害显而易见,越来越多工厂开始推行不同等级的防静电方案。但必须注意:一套有效、完善的防静电措施,需要结合不同企业、不同作业对象的实际工况定制。防静电治理需要系统化、整体化布局,否则效果大打折扣,甚至适得其反。

三、静电消除方法

生产工艺中的静电消除方式

消除静电主要分为两大思路:一是创造条件加速静电泄漏或电荷中和;二是通过工艺管控,从源头减少静电生成。

第一种思路包含两类方法:泄漏法与中和法。

接地、增湿、添加抗静电剂都属于泄漏法;使用感应式静电消除器、高压静电消除器、辐射式静电消除器、离子风静电消除器属于中和法。

第二种思路即工艺控制法,涵盖原材料选型、工艺设计、设备结构优化、作业管理等手段。

  1. 控制流体流速

降低流速能够减弱摩擦程度,减少静电产生。管道内油品流动产生的静电量,与流速的平方成正比,因此管控流速是减少静电电荷生成的有效手段。

  1. 规范注料方式

为避免液体在容器内喷射、冲击,油品应从底部注入,或将输油管延伸至容器底部。一般液体浸没管口前,流速需控制在 1 米 / 秒以内;液体浸没管口后,可按照常规流速灌装。

  1. 加快静电电荷消散
  2. 消除额外静电产生源
  3. 合理选材与物料搭配
  4. 密闭分段处理法

人体静电消除

可以通过接地、穿戴防静电鞋、防静电工作服等方式减少人体静电积聚,消除人体静电。

为保障作业安全,工作期间尽量避免会使人体带电的行为;非必要情况下,不要在作业区域穿脱工作服;不要靠近、接触带电物体。

在静电高危区域巡检、作业时,请勿携带与工作无关的金属物品,例如钥匙、硬币、手表、首饰等。