由電荷守恒定律可知:電荷既不能被創(chuàng)造,也不能被消滅。電荷只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體,或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分。
根據(jù)電荷守恒定律的原理,靜電障害的防控只能是疏導(dǎo),應(yīng)從靜電泄放和耗散、靜電中和、靜電屏蔽與接地、環(huán)境增濕這幾個(gè)方面著手將靜電控制在安全的范圍內(nèi)。
1.加速靜電的泄露和耗散。
原理:當(dāng)物體表面產(chǎn)生靜電時(shí),通過材料本身的特性將靜電荷進(jìn)行泄露和耗散,使靜電不能再無(wú)體表面上積累,降低單位面積的靜電電量,從而起到防止靜電放電發(fā)生的作用。
因此,在物體表面或物體中植入靜電導(dǎo)體或靜電耗散材料,構(gòu)建靜電泄漏和耗散的通道,通過此類材料的作用,將物體上的靜電及時(shí)的泄放,使靜電不能再物體表面積累,降低其單位面積的靜電電量,從而將靜電控制在安全范圍以內(nèi),防止靜電集中釋放。
應(yīng)用導(dǎo)電紗線,在防靜電紡織品中構(gòu)建靜電泄漏和耗散通道,就是這一原理應(yīng)用的典型案例。
從材料學(xué)的角度講,可以將材料分為:導(dǎo)靜電(亦稱靜電導(dǎo)體)材料,靜電亞導(dǎo)體(亦稱靜電耗散)材料。
GB12158-2006《防止靜電事故通用導(dǎo)則》中規(guī)定:
靜電導(dǎo)體:在任何情況下,體電阻率≤1×105Ω(即電導(dǎo)率≥1×10-6s/m)的物料及表面電阻率≤1×107Ω的固體表面。
靜電亞導(dǎo)體:在任何條件下: 體電阻率≥106Ω·m而小于1010Ω·m的物體, 表面電阻率>107Ω而<1011Ω的固體表面。
靜電非導(dǎo)體
在任何條件下,體電阻率≥1010Ω·m(即電導(dǎo)率≤10-10s/m)的物料及表面電阻率≥1011Ω的固體表面。
2.靜電泄放與接地
物體通過導(dǎo)電,防靜電材料或防靜電制品與大地在電氣上作可靠連接,使靜電與大地的電位接近,給靜電亞導(dǎo)體提供泄露的通道。
靜電接地是靜電泄放最直接也是最有效的措施。
在此應(yīng)特別注意的是:只有當(dāng)物體具有電荷泄露特性時(shí),靜電接地才能有效地將物體所帶有的電荷向大地泄放。也就是說(shuō),靜電接地僅適用于靜電導(dǎo)體和靜電亞導(dǎo)體材料,而不適用于靜電非導(dǎo)體(或稱絕緣體)材料,因?yàn)榻^緣體基本不具有轉(zhuǎn)移電荷的能力。
①GJB 2527-95《彈藥防靜電要求》指出了靜電接地與通常意義接地的區(qū)別:
Ⅰ、量值得不同:
通常接地:接地電阻在Ω量級(jí)。
靜電接地:接地電阻可以是106Ω或108Ω量級(jí),視具體場(chǎng)合而定。
Ⅱ、接地材料可以不同:
通常接地:使用金屬導(dǎo)體接地。
靜電接地:可以使用靜電導(dǎo)體接地。
②靜電接地的方式:
Ⅰ、靜電直接接地:
通過金屬導(dǎo)體構(gòu)成的靜電接地系統(tǒng)。
Ⅱ、靜電間接接地:
通過含有非金屬導(dǎo)體,防靜電材料或其制品使物體靜電接地。
③靜電接地方式的選擇:
Ⅰ、固定的金屬導(dǎo)體,一般是直接接地的對(duì)象。
Ⅱ、活動(dòng)的金屬導(dǎo)體,特殊的金屬導(dǎo)體有時(shí)需要間接接地。
Ⅲ、金屬以外的靜電導(dǎo)體和靜電亞導(dǎo)體以及表面電阻率在1012Ω以上的物體是
間接接地的對(duì)象。
Ⅳ、靜電非導(dǎo)體(表面電阻率在1012Ω以上的物體),一般不能作為接地的對(duì)象。
Ⅴ、人體做為一種特殊的靜電導(dǎo)體,即是直接接地對(duì)象(如用腕帶等),也是間接地接地對(duì)象(如通過防靜電鞋和防靜電地面等達(dá)到靜電接地的目的)。
Ⅵ、人體接地的基本方法
人穿導(dǎo)電或防靜電鞋(不準(zhǔn)用絕緣鞋墊),并通過防靜電地面使人體與大地構(gòu)成靜電通路;操作人員坐的椅子、凳子應(yīng)靜電接地,不應(yīng)有絕緣襯墊和絕緣腳。在特別危險(xiǎn)的場(chǎng)所操作靜電敏感的場(chǎng)所,操作人員還應(yīng)穿防靜電工作服;必要時(shí),人體應(yīng)該使用腕帶直接靜電接地。
3.靜電中和。
靜電中和,實(shí)質(zhì)上就是電性中和。即正負(fù)電荷結(jié)合,在電荷量上達(dá)到平衡,對(duì)外不顯電性。
兩個(gè)帶等量異種電荷的物體,一個(gè)失去電子而帶正電荷,另一個(gè)得到電子而帶負(fù)電荷,一個(gè)失去多少電子另一個(gè)就得到多少電子;當(dāng)發(fā)生電的中和時(shí),帶負(fù)電的物體會(huì)將多余的電子傳給因缺少電子而帶正電的物體,使得兩物體的原子都恢復(fù)電中性的過程即為靜電中和。故兩物體對(duì)外都不顯示電性。
物質(zhì)中的電子和質(zhì)子總是成對(duì)存在的,在數(shù)量上是平衡的(質(zhì)子帶正電,電子帶負(fù)電),所以對(duì)外不顯電性。這種平衡一旦被打破,物質(zhì)對(duì)外就顯現(xiàn)其電性(失去電子的物質(zhì)帶正電,得到多余電子的物質(zhì)帶負(fù)電)。靜電中和就是通過人為的干預(yù),使物質(zhì)恢復(fù)其電中性的過程。即:使缺少電子的物質(zhì)得到電子的補(bǔ)充,而將有多余電子物質(zhì)的多余電子轉(zhuǎn)移出去,從而在新的條件下達(dá)到電子與質(zhì)子在數(shù)量上的平衡,使物質(zhì)對(duì)外顯示電中性。
靜電中和的方法大致有兩大類:
⑴使用離子發(fā)生器(離子風(fēng)機(jī)、離子棒等)。
作用原理:由高壓電源發(fā)生器和放電極組成離子發(fā)生器,通過尖端高壓電暈放電將空氣電離成離子體,并由風(fēng)扇通過送風(fēng)管道將離子風(fēng)輸送到可能產(chǎn)生靜電的物體表面,將物體表面所帶的電荷進(jìn)行中和;當(dāng)物體表面所帶為負(fù)電荷時(shí),它會(huì)吸引氣流中的正離子;而當(dāng)物體表面所帶為正電荷時(shí),它會(huì)吸引氣流中的負(fù)離子,從而使物體表面的靜電荷被中和。
離子:是原子或原子團(tuán)由于得失電子而形成的帶電微粒。在離子中質(zhì)子數(shù)與電子數(shù)不等,依據(jù)離子的電性不同,可以分為陰離子(負(fù)離子)和陽(yáng)離子(正離子)。
陰離子:即帶負(fù)電的原子或原子團(tuán)。
陽(yáng)離子:即帶正電的原子或原子團(tuán)。
電離:電離有兩種,一種是化學(xué)上的電離;另一種是物理上的電離。
化學(xué)上的電離:指電解質(zhì)在一定條件下(如溶解于某些溶劑,加熱熔化等),電離成為可自由移動(dòng)的離子的過程。
※在電離前,可能是不含有離子(如氯化氫),也可能是盡管有離子,但里面的離子不能自由移動(dòng)(如氯化鈉固體)。
物理上的電離:指不帶電的粒子在高壓電弧或者高能射線等的作用下,變成帶電離子的過程。如:地球的大氣層中的電離層里的粒子就屬此種情況。
空氣電離:空氣是由氧、氮、水蒸氣、二氧化碳等多種氣體組成的氣體混合物,在正常情況下,氣體分子不帶電(顯中性),但在射線、受熱及電場(chǎng)的作用下,就會(huì)使中性氣體原子中的電子獲得足夠的能量,以克服原子核對(duì)它的引力而成為自由電子,同時(shí),中性的原子或分子由于失去了帶負(fù)電荷的電子而變成帶電荷的正離子。這種使中性氣體或原子釋放正負(fù)離子的過程稱為氣體電離。
※離子化可以在5秒鐘內(nèi)中和絕緣體上的靜電荷。
⑵將靜電序列中相距較遠(yuǎn)的兩種物質(zhì)按一定比例混合在一起使用,即將能夠產(chǎn)生正電荷的物質(zhì)與能夠產(chǎn)生負(fù)電荷的物質(zhì)按一定比例混合,使正負(fù)電荷在數(shù)量上相等,達(dá)到相互中和的目的。如在過濾材料中就有利用兩種材料不同的電性混合使用的案例。
注:在實(shí)際應(yīng)用中,第一種方法(即使用離子發(fā)生器)的使用較為普遍且實(shí)用;第二種方法(即靜電序列中相距較遠(yuǎn)的兩種物質(zhì)混合使用)的應(yīng)用有一定局限性,僅適用特定的使用條件,如:摩擦速度、摩擦壓力、風(fēng)速、流速、溫濕度等條件一定的情況下。
靜電中和一般應(yīng)用于不便使用靜電防護(hù)材料(靜電導(dǎo)體或靜電亞導(dǎo)體)的情況下,如絕緣材料的使用或金屬物體無(wú)法進(jìn)行接地的情況。
※接地和隔離無(wú)法從絕緣體中釋放電荷,所以靜電中和就顯得尤為重要。