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塑料 | 橡膠 | 纖維 | 復(fù)合材料 | 涂料、油墨及膠粘劑 | 天然高分子 | 新產(chǎn)業(yè) | 標(biāo)準(zhǔn) | 技術(shù)項(xiàng)目 | 返回首頁 |
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塑料的靜電及其防治
一 什么叫靜電： 即相對靜止不動的電荷，通常指因不同物體之間相互摩擦而產(chǎn)生的在物體表面所帶的正負(fù)電荷。
二 靜電放電： 指具有不同靜電電位的物體由于直接接觸或靜電感應(yīng)所引起的物體之間靜電電荷的轉(zhuǎn)移通常指在靜電場的能量達(dá)到一定程度之后，擊穿其間介質(zhì)而進(jìn)行放電的現(xiàn)象。
三 靜電產(chǎn)生的原因： 1 微觀原因 根據(jù)原子物理理論，電中性時(shí)物質(zhì)處于電平衡狀態(tài)。由于不同物質(zhì)原子的接觸產(chǎn)生電子的得失，使物質(zhì)失去電平衡，產(chǎn)生靜電現(xiàn)象。
2 宏觀原因： 物體間摩擦生熱，激發(fā)電子轉(zhuǎn)移；
物體間的接觸和分離產(chǎn)生電子轉(zhuǎn)移；
電磁感應(yīng)造成物體表面電荷的不平衡分布；
摩擦和電磁感應(yīng)的綜合效應(yīng);
四 塑料都屬于高分子材料，表面電阻 體積電阻都大于10的12次方以上。因此，賦予了塑料材料的良好絕緣性能。而正由于這種原因他極易產(chǎn)生靜電，因?yàn)樗芰霞捌渲破吩谏a(chǎn) 搬運(yùn) 接觸 分離 摩擦 碰撞 介入電磁感應(yīng)場合都是及其可能，甚至是決不可能避免這些場合。那就帶來了靜電的產(chǎn)生因素。如何有效的防制，這是多年來人們關(guān)注和期待的話題。
五 塑料防靜電的概念：當(dāng)塑料及制品表面阻值：大于10次方時(shí)極易產(chǎn)生靜電；在8－10次方之間具有一定防靜電性能；在6－8次方之間有很好的防靜電性能；在4－6次方之間具有最佳的防靜電性能；當(dāng)達(dá)到4次方以下具有了相當(dāng)?shù)膶?dǎo)電性能，屬于導(dǎo)體 半導(dǎo)體材料。 六 塑料靜電的防治：1加入一些具有吸濕作用而又對塑料無害（助劑）材料，來降低其表面電阻，這就是塑料的防靜電劑，根據(jù)塑料品種不同選擇的抗靜電劑的種類使用；無論是離子型非離子型都屬于吸濕性抗靜電劑，就是加入這些助劑后，*這類材料吸取空氣中的水分，降低表面電阻，以達(dá)到防靜電性能。 2直接采用具有導(dǎo)電性能的塑料來加工其制品，這就是導(dǎo)電塑料（樹脂）產(chǎn)生的由來。從目前國內(nèi)市場來看，大多數(shù)導(dǎo)電塑料還處于黑顏色的 添加型導(dǎo)電塑料；淺顏色地導(dǎo)電塑料品種還在開發(fā) 研制過程中。 七 抗靜電劑.導(dǎo)電塑料的選擇：1抗靜電劑 主要產(chǎn)地為浙江 上海 北京等地，按照塑料品種分為PVC PP.PE ABS.HIPS等各型價(jià)格均在幾十元／公斤，添加量1－3％，加入后一般表面阻值在：10的8－10次方，尤其是在濕度較大地區(qū)，數(shù)值明顯較小。國外進(jìn)口的效果好于國產(chǎn)的，即便在較為干燥地區(qū)使用也可達(dá)到8次方。由于該類抗靜電劑的作用機(jī)理無法在來提高抗靜電性能。抗靜電母料，是為了適用大多數(shù)塑料原料均為顆粒狀，而添加方便制造的，其主要成分：載體＋抗靜電劑＋其他助劑組成，而載體通常又以LLDPE樹脂或其他樹脂為主。 2 導(dǎo)電塑料 目前國內(nèi)常見到的均以樹脂添加納米級導(dǎo)電炭黑制造而成，其品種有PC PET PP PE ABS HIPS PVC以及各種塑料合金，但大多數(shù)是黑色地。淺色地少見到。價(jià)格分別在16－30元／公斤。主要產(chǎn)地廣東 浙江 山東 北京等地。 3淺色防靜電塑料 以添加納米氧化鋅晶須在塑料中，可降低塑料表面阻值，大目前價(jià)格昂貴。較少使用，正在推廣 試驗(yàn)過程中。 防靜電塑料的出現(xiàn)，為推動和發(fā)展塑料制品起到非常重要的作用，也為防靜電產(chǎn)品的需求帶來了保障。尤其是電子產(chǎn)品的包裝和要求防靜電場合使用的塑料產(chǎn)品。從現(xiàn)狀分析需求量增大 具有很好的發(fā)展勢頭！
靜電的危害與防靜電包裝
[摘要]簡述了靜電產(chǎn)生的原因，靜電積累和放電對敏感產(chǎn)品的危害，介紹了某些電子和軍工產(chǎn)品的靜電感度。對防靜電包裝原理進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析。通過對防靜電包裝技術(shù)現(xiàn)狀的分析，作者認(rèn)為應(yīng)采取果斷措施，強(qiáng)制推行靜電防護(hù)技術(shù)。建議加強(qiáng)對靜電危害的測試研究，從理論和實(shí)踐的結(jié)合上，深化對靜電危害的認(rèn)識，并盡快制定相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
關(guān)鍵詞：靜電 感度 防靜電包裝
1 靜電的積累和靜電放電
兩種物質(zhì)相互摩擦?xí)r，容易失去電子的一方帶上正電，容易得到電子的一方帶上負(fù)電。這兩種獨(dú)立存在的正電荷和負(fù)電荷就是人們通常所指的靜電（即靜止的電荷）。除摩擦作用之外，電場或電磁場的感應(yīng)也是靜電產(chǎn)生的一個(gè)重要原因。
靜電可以積累，即失去的電子越多，積累的正電荷就越多；得到的電子越多，積累的負(fù)電荷就越多。
靜電積累可產(chǎn)生極高的電壓，達(dá)到十分驚人的程度。日常生活中的一些常見活動產(chǎn)生的靜電電壓如表1。
實(shí)驗(yàn)測得的某些塑料摩擦后所帶靜電電壓如表2。
表1 日常生活中所產(chǎn)生的靜電電壓
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產(chǎn) 生 方 式 靜 電 電 壓（V）
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10%~20%（RH) 65%~90%（RH）
------------------------------------------------------------ 在地毯上行走 3500 1500
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在聚烯烴類地毯上行走 1200 250
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在工作臺上工作 6000 100
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撕開信封 7000 600
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從工作臺上拿起聚乙烯袋子 20000 1200
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坐在充填聚氨酯泡沫的工作椅上18000 1500
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表2 某些塑料摩擦后所帶的靜電電壓
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塑料種類 靜電電壓（kV）
硬質(zhì)PVC 2-4
軟質(zhì)PVC 1-3
HDPE 1-2
LDPE 0.4-0.8
PP 2-4
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注：摩擦片為不銹鋼，在200C，65%RH下測定。
積累的靜電遇到合適的條件（如兩物體相互接近），便產(chǎn)生靜電放電（Electrostatic Discharge），瞬間釋放出巨大的能量。日常生活中，當(dāng)我們脫去化纖衣服時(shí)，會聽到“啪啪”的響聲。如果在黑暗中還會看到明亮的閃光。這就是化纖在摩擦中產(chǎn)生的靜電放電現(xiàn)象。自然現(xiàn)象中的雷電，實(shí)質(zhì)上也就是水分子在相互摩擦中所產(chǎn)生的靜電積累在一定條件下的放電現(xiàn)象。
2 靜電的危害
靜電的危害指靜電放電對靜電敏感產(chǎn)品造成的損害。靜電危害的大小或靜電損害的嚴(yán)重程度取決于靜電積累的程度（靜電電壓）和靜電敏感產(chǎn)品的靜電感度。靜電電壓越高，危害越大；產(chǎn)品的靜電感度越大，越易于受到靜電的危害。
（1）靜電對光電產(chǎn)品的危害
靜電對光電產(chǎn)品的危害主要表現(xiàn)在三個(gè)方面。一是使光電產(chǎn)品吸附灰塵，影響光電產(chǎn)品的透光度，同時(shí)造成光電產(chǎn)品的銹蝕、生霉。這方面的危害主要發(fā)生在產(chǎn)品總裝前后。二是使光電產(chǎn)品的性能衰減，這可能影響到光電產(chǎn)品的壽命。三是造成光電產(chǎn)品失效報(bào)廢。第二、三兩個(gè)方向的危害來自電子元、器件的靜電損傷，即由電子元、器件的損傷或失效所引起。這一點(diǎn)，可以從一些常用電子元、器件的靜電感度上看出（見表3）。
表3 某些常用電子產(chǎn)品的靜電感度
產(chǎn) 品 靜電感度（靜電電壓V）
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晶體管 30~7000 ----------------------------------------------------------
工作放大器（微型組件) 20-2500
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二極管 300-2500
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薄膜電阻 300-3000
------------------------------------------------------------ 低功率集成電路 500-2500
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可控硅整流器 700-1000
------------------------------------------------------------ 值得重視的是，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，微電子元件的集成度越來越高。一個(gè)極微弱的靜電電壓就可能擊穿元件，造成斷路或短路，使器件失效或報(bào)廢。例如，MOS場效應(yīng)管靜電感度為100V，而某些采用新工藝生產(chǎn)的大規(guī)模集成電路，靜電感度僅20~30V。
日本曾對不合格的電子產(chǎn)品進(jìn)行過解剖分析，發(fā)現(xiàn)元件不合格的45%是由靜電造成。美國也曾作過統(tǒng)計(jì)，它的電子工業(yè)每年由于靜電造成的損失高達(dá)100億美元。英國的電子產(chǎn)品，每年因靜電造成的損失為20億英磅。
靜電對電子產(chǎn)品危害的嚴(yán)重性，從60年代開始，就引起了人們的高度重視。美國在60年代就制訂了一系列的防靜電計(jì)劃和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在軍事工業(yè)和電子工業(yè)中，強(qiáng)制推行防靜電技術(shù)。
（2）靜電對彈藥、火工品、火炸藥的危害
美國軍方頒布的第一個(gè)防靜電包裝材料標(biāo)準(zhǔn)（MIL-P-82646，1969.2）就是針對特種兵器產(chǎn)品（火工品、火炸藥）的靜電危害的。此后，又頒布了另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)（MIL-P-81705，1969.7.14）也是道德針對導(dǎo)彈發(fā)射藥和火工品的靜電危害。由于彈藥、引信、火工品、火炸藥本身就是易燃易爆危險(xiǎn)品。它們的材料構(gòu)成就決定了它們極易受到靜電的危害，造成重大燃爆事故，帶來無法挽回的損失。因而對這類產(chǎn)品的靜電防護(hù)就顯得特別重要。
海軍某艦艇在雷達(dá)開機(jī)時(shí)，強(qiáng)大的電磁場誘使魚雷發(fā)射。某戰(zhàn)役中，某部存放在陣地上的火箭彈，在雷雨中從包裝箱內(nèi)飛出。某廠在進(jìn)行子母彈子彈靜破甲試驗(yàn)時(shí)，職工衣著化纖服裝，腳穿普通膠鞋，在用木制器具將產(chǎn)品送往試驗(yàn)場途中突然發(fā)生爆炸，造成嚴(yán)重傷亡事故。
在兵工行業(yè)，尤其是火炸藥、火工品的科研、生產(chǎn)部門，人們對靜電的危害是有充分認(rèn)識的。因而在生產(chǎn)過程中，非常重視靜電的防護(hù)。需要注意的是產(chǎn)品包裝的靜電防護(hù)。彈藥、火工品、火炸藥在運(yùn)輸、裝卸、儲存中的某些重大爆炸、燃燒事故，極有可能是由于包裝防護(hù)不當(dāng)所造成的。
靜電對彈藥、火工品、火炸藥的危害程度取決于這些產(chǎn)品的靜電感度和靜電電壓的大小。產(chǎn)品的靜電感度越高，越容易受到靜電的危害。靜電電壓越高，危害程度越大。某些火工品的常用藥劑靜電感度見表4。
表4 彈藥、火工品常用藥劑的靜電感度
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名稱 二硝基重氮酚 雷汞 四氮烯 三硝基間苯二酚鉛 迭氮化鋁
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靜電感度（J）0.0012 0.025 0.01 0.0009 0.007
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注：以靜電能量表示的靜電感度，遵循如下公式：
2
E=1/2CV
E棗靜電發(fā)火能量（J）
C棗電容（μμF）
V棗靜電電壓（V）
一般情況下，人體靜電能量最大值為12.3mJ。若按人體電容為280pF計(jì)算，對應(yīng)的靜電電壓為9.4kV。
使單基藥發(fā)火所需最小靜電能量為0.01~10J。黑火藥的靜電感度測量結(jié)果（表5）表明，它們的靜電感度高得驚人。
表5 黑火藥的靜電感度測試結(jié)果
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電容C（pF） 0.3×108
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放電電壓V（V） 3000 1000 500 500 400 350 350 300
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藥量G（g） 8 8 8 8 8 8 8 8
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著火次數(shù)/放電次數(shù) 1/1 1/1 1/1 1/4 1/2 1/4 1/5 1/2
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注：表中所列靜電放電電壓，嚴(yán)格地講不能看作是靜電感度，因?yàn)椴荒茏C明它們就是黑火藥著火的臨界靜電電壓。
1991年7月，59所受海后裝備研究所委托，到某地測試了部分產(chǎn)品在運(yùn)輸過程中與包裝材料之間的靜電，驚人的靜電電壓，使參加測試的所有人員感到恐懼。產(chǎn)品與包裝材料（聚苯乙烯泡沫）之間運(yùn)輸過程中所產(chǎn)生的靜電電壓競高達(dá)3萬伏。這一嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)，為我們提出了防靜電包裝的緊迫課題。
3 防靜電包裝原理
靜電是一種常見的物理現(xiàn)象。靜電的產(chǎn)生并不可怕，對光電產(chǎn)品、彈藥、火工品造成危害并釀成重大事故的是靜電的積累和放電。知道了這一點(diǎn)，防止靜電的危害就不難了。簡單地說，只要能夠造成一個(gè)不積累靜電的條件，就可以避免靜電的危害。
靜電的產(chǎn)生主要來自兩個(gè)方面。一是物體（尤其是絕緣體）間的相互摩擦，一是外界電場或電磁場的感應(yīng)。一般講，物體電導(dǎo)率越高（電阻率越低）越不容易產(chǎn)生和積累靜電。因?yàn)殡妼?dǎo)率高的物體，一旦因摩擦等外界作用失去電子，很快就會有其它部位的電子去填補(bǔ)空缺，即產(chǎn)生電荷的轉(zhuǎn)移，使物體顯現(xiàn)出電中性。反之，如果物體電導(dǎo)率極低（電阻率大，如絕緣體），當(dāng)摩擦作用使其某一部份失去電子時(shí)，就不可能在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移，于是物體的一部份產(chǎn)生正電荷的積累（失去電子），另一部份產(chǎn)生負(fù)電荷的積累（得到電子）。由于電荷的積累僅出現(xiàn)在物體的表面，物體的表面電導(dǎo)率（通常用表面電阻率來表示）就成為研究靜電的產(chǎn)生和積累的重要物理參數(shù)。
大量的研究和實(shí)踐表明，從包裝角度來看，材料表面電阻率與靜電防護(hù)程度有圖1的關(guān)系。
有效的靜電防護(hù)除了必須了解上述材料表面電阻率與防護(hù)程度的關(guān)系之外，還必須熟悉產(chǎn)品本身的靜電感度和產(chǎn)品流轉(zhuǎn)、儲存可能經(jīng)由的環(huán)境。
產(chǎn)品本身的靜電感度決定了選用何種防靜電材料較為合適。例如，對靜電不太敏感（鈍感）的產(chǎn)品，以表面電阻率為109~2012Ω的包裝材料較為理想。因?yàn)檫@類材料已屬不容易因摩擦振動而產(chǎn)生靜電，具有了防靜電的功能，成本低、材料易得。一般普通紙張、棉麻等天然纖維制品即具有這種功能。如果產(chǎn)品對靜電極為敏感，如場效應(yīng)晶體管、大規(guī)模集成電子元件、電起爆器、電點(diǎn)火具等，則必須選用表面電阻率在109Ω以下的包裝材料。
對產(chǎn)品流通環(huán)境的了解，有助于幫助我們了解靜電可能產(chǎn)生的大小。大家知道，靜電積累的程度與環(huán)境相對濕度的關(guān)系極大。相對濕度較低（空氣越干燥），靜電越容易積累；相對濕度越大（空氣潮濕），靜電越不易積累。這是因?yàn)榭諝庵械乃肿邮菢O性分子，大量水分子的存在可以帶走一部份電荷的緣故，尤其是在空氣流通的情況下。知道了產(chǎn)品流轉(zhuǎn)和儲存環(huán)境，可預(yù)測出靜電危害的大小。例如，冬季的北方，干燥的沙漠，產(chǎn)品包裝材料與材料之間，產(chǎn)品與包裝之間，在運(yùn)輸振動摩擦中就可能產(chǎn)生極高的靜電電壓，構(gòu)成對產(chǎn)品的嚴(yán)重威脅和危害。這種情況就更要特別注意靜電的防護(hù)。
4 國內(nèi)防靜電包裝技術(shù)的發(fā)展
國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家在60年代對靜電危害已有充分認(rèn)識，相繼制定了大量的防靜電包裝標(biāo)準(zhǔn)。防靜電包裝材料也隨之迅速發(fā)展，有效地控制了靜電的危害。表現(xiàn)在工業(yè)上，電子產(chǎn)品質(zhì)量可*性不斷提高，電子器件的使用壽命在幅度增長，軍事上的易燃易爆品燃爆事故大為減少。
國內(nèi)近年來對靜電的危害也有了認(rèn)識，表現(xiàn)在生產(chǎn)過程中，已經(jīng)普遍注意到了靜電的防護(hù)。
但是，不能不看到，無論電子產(chǎn)品還是軍用為炸藥、火工品、彈藥等對靜電極為敏感的產(chǎn)品，至今沒有明確提到包裝防靜電問題，更不要說制定相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)了。這里有幾個(gè)方面的原因值得我們探索。
一是對靜電的危害尚缺乏充分的認(rèn)識。一些電子元件生產(chǎn)廠，競?cè)挥猛耆痪哂蟹漓o電功能的普通塑料箱進(jìn)行半成品的周轉(zhuǎn)。火炸藥生產(chǎn)廠也用一般的塑料袋作為硝公棉的內(nèi)包裝袋。對某些燃爆事故的原因分析，也從未從靜電危害的角度去分析問題等等。二是缺乏對防靜電包裝技術(shù)的深入研究。至今我們還并不十分清楚某些產(chǎn)品（尤其是電火工品）的靜電感度到底是多少。防靜電包裝材料的研究也缺乏系統(tǒng)性，可供選擇的包裝材料十分有限。
1986年以來，針對國內(nèi)防靜電包裝材料奇缺的狀況。59所開展了這方面的研究。到目前為止，已初步形成防靜電包裝的系列材料。這主要包括防靜電包裝用塑料薄膜，緩沖泡沫、注塑成形和擠出成形用防靜電塑料。這些材料的電性能和力學(xué)性能可滿足不同產(chǎn)品靜電防護(hù)的需要，有的產(chǎn)品性能已達(dá)到國外80年代水平。初步滿足了目前國內(nèi)部份市場的需求。
我們相信，隨著人們對靜電危害認(rèn)識的深化，在電子行業(yè)和軍工行業(yè)，防靜電包裝技術(shù)必將得到迅速發(fā)展。
5 結(jié)論和建議
靜電的積累和放電已經(jīng)對微電子行業(yè)和軍工行業(yè)造成了巨大的損失。靜電的危害并不可怕，可怕的是人們對它缺乏認(rèn)識。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，靜電的危害必將引起越來越多的部門的高度重視。防靜電包裝技術(shù)也將得到迅速發(fā)展。
為了將靜電的危害減小到最低限度，有必要采取果斷措施，強(qiáng)制推行防靜電技術(shù)。在此建議：
（1）加強(qiáng)對靜電危害的宣傳。增強(qiáng)靜電敏感產(chǎn)品行業(yè)各類人員的防靜電意識。
（2）軍工產(chǎn)品的研究和生產(chǎn)部門共同協(xié)作，從理論和實(shí)踐的結(jié)合上進(jìn)一步弄清某些常用藥劑的靜電感度，為防靜電包裝奠定理論基礎(chǔ)。
（3）對軍工行業(yè)中的火炸藥、火工品、彈藥（包括引信、可燃藥筒等）進(jìn)行一次全面的調(diào)查，弄清各種環(huán)境條件下產(chǎn)品周轉(zhuǎn)和儲存中靜電的大小。為防靜電包裝提供基礎(chǔ)資料。
（4）對于靜電敏感產(chǎn)品從生產(chǎn)過程到產(chǎn)品出廠，嚴(yán)格控制各個(gè)環(huán)節(jié)的靜電防護(hù)。針對出廠包裝這一薄弱環(huán)節(jié)，盡快抓緊防靜電包裝的立法工作。