靜電防護(hù)技術(shù)

　　一、靜電的產(chǎn)生、放電與引燃

　　1、靜電產(chǎn)生的原因

　　因其本身具有較好的導(dǎo)電性能，靜電將很快泄漏。但如汽油、苯、乙醚等，它們的電阻率都在1011-1014Ω.cm，都很容易產(chǎn)生和積累靜電。因此，電阻率是靜電能否積聚的條件。物質(zhì)的介電常數(shù)是決定靜電電容的主要因素，它與物質(zhì)的電阻率同樣密切影響著靜電產(chǎn)生的結(jié)果，通常采用相對介電常{TodayHot}數(shù)來表示。

　　2、產(chǎn)生靜電的幾種形式

　　A.接觸起電

　　接觸起電可發(fā)生在固體-固體、液體-液體或固體-液體的分界面上。氣體不能由這種方式帶電，但如果氣體中懸浮有固體顆?；蛞旱?，則固體顆粒或液滴均可以由接觸方式帶電，以致這種氣體能夠攜帶靜電電荷。

　　B.破斷起電

　　不論材料破斷前其內(nèi)部電荷分布是否均勻，破斷后均可能在宏觀范圍內(nèi)導(dǎo)致正負(fù)電荷分離，產(chǎn)生靜電。這種起電稱破斷起電。固體粉碎、液體分裂過{HotTag}程的起電都屬于破斷起電。

　　C.感應(yīng)起電

　　導(dǎo)體能由其周圍的一個(gè)或一些帶電體感應(yīng)而帶電。任何帶電體周圍都有電場，電場中的導(dǎo)體能改變周圍電場的分布，同時(shí)在電場作用下，導(dǎo)體上分離出極性相反的兩種電荷。如果該導(dǎo)體與周圍絕緣則將帶有電位，稱感應(yīng)帶電。導(dǎo)體帶有電位，加上它帶有分離開來的電荷。因此，該導(dǎo)體能夠發(fā)生靜電放電。

　　D.電荷遷移

　　當(dāng)一個(gè)帶電體與一個(gè)非帶電體相接觸時(shí)，電荷將按各自導(dǎo)電率所允許的程度在它們之間分配，這就是電荷遷移。當(dāng)帶電霧滴或粉塵撞擊在固體上(如靜電除塵)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生有力的電荷遷移。當(dāng)氣體離子流射在初始不帶電的物體上時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)類似的電荷遷移。

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　　3、影響靜電產(chǎn)生的因素

　　靜電產(chǎn)生受物質(zhì)種類、雜質(zhì)、表面狀態(tài)、接觸特征、分離速度、帶電歷程等因素的影響。

　　A.物質(zhì)種類

　　相互接觸的兩種物體材質(zhì)不同時(shí)，界面雙電層和接觸電位差亦不同，起電強(qiáng)弱也不同。在靜電序列中相隔較遠(yuǎn)的兩種物體相接觸產(chǎn)生的接觸電位差較大。

　　B.雜質(zhì)

　　一般情況下，混入雜質(zhì)有增加靜電的趨向。但當(dāng)雜質(zhì)的加入降低了原有材料的電阻率時(shí)，則有利于靜電的泄漏。由于靜電產(chǎn)生多表現(xiàn)為界面現(xiàn)象，所以，當(dāng)固體材料表面被水及其污物污染時(shí)會(huì)增強(qiáng)靜電。

　　C.表面狀態(tài)

　　表面粗糙，使靜電增加;表面受氧化也使靜電增加。

　　D.接觸特征

　　接觸面積增大、接觸壓力增大都可使靜電增加。

　　E.分離速度

　　分離速度越高，所產(chǎn)生靜電越強(qiáng)。所產(chǎn)生靜電大致與分離速度的二次方成正比。

　　F.帶電歷程

　　帶電歷程會(huì)改變物體表面特性，從而改變帶電特征。一般情況下，初次或初期帶電較強(qiáng)，重復(fù)性或持續(xù)性帶電較弱。

　　4、靜電的積聚和放電

　　A.靜電積聚

　　絕緣體帶電后由于材料本身的高電阻而使電荷保持在絕緣體上;被絕緣的導(dǎo)體也使電荷保持在導(dǎo)體上，二者均稱為靜電的積聚。通常情況下，純凈的氣體是絕緣體，因此懸浮狀態(tài)的顆粒云、液滴云或霧都能將它們的電荷保持很長時(shí)間而與其自身的電導(dǎo)率無關(guān)。

　　在所有情況下，電荷以一定速率泄漏，其速率由系統(tǒng)內(nèi)絕緣體的電阻決定。因此，系統(tǒng)危險(xiǎn)程度直接取決于該系統(tǒng)的電阻、電阻率或電導(dǎo)宰的大小。靜電泄漏是按指數(shù)規(guī)律進(jìn)行的。

　　在許多工業(yè)生產(chǎn)過程中，靜電連續(xù)產(chǎn)生，并積累在一個(gè)孤立的導(dǎo)體上。例如，穩(wěn)定的帶電液體或粉體，沉入一個(gè)孤立金屬容器時(shí)就是如此。孤立導(dǎo)體上的電位是電荷的輸入速率與泄漏速率平衡的結(jié)果。

　　B.靜電放電.

　　積聚在液體或固體上的電荷，對其他物體或接地導(dǎo)體放電時(shí)可能引起災(zāi)害。靜電放電在形式上和引燃能力上有很大差別。下圖繪制了幾種常見靜電放電的火花形狀：

　　(a)火花放電

　　火花放電是發(fā)生在液態(tài)或固態(tài)導(dǎo)體之間的放電。其特征是有明亮的放電通道，通道內(nèi)有很高的電流，整個(gè)通道內(nèi)的氣體完全電離。放電很快且有很響的爆裂聲。

　　兩導(dǎo)體之間的電場強(qiáng)度超過擊穿強(qiáng)度時(shí)就會(huì)發(fā)生火花放電。對于平行板或曲率半徑很大的面，如果間隙為10mm或10mm以上，擊穿強(qiáng)度約為3×103kV/m;如果間隙減少，擊穿強(qiáng)度隨之略增大。因?yàn)榘l(fā)生放電的是導(dǎo)體，所以所有電荷幾乎全部進(jìn)入火花，即幾乎火花消耗掉所有靜電能量。如果導(dǎo)體和大地之間的放電通路上有電阻，火花能量將小于該值，但火花持續(xù)時(shí)間較長。

　　(b)電暈放電

　　當(dāng)導(dǎo)體上有曲率半徑很小的尖端存在時(shí)，則發(fā)生電暈放電。電暈放電可能指向其他物體也可能不指向某一特定方向。電暈放電時(shí)，尖端附近的場強(qiáng)很強(qiáng)，尖端附近氣體被電離，電荷可以離開導(dǎo)體;而遠(yuǎn)離尖端處場強(qiáng)急劇減弱，電離不完全，因而只能建立起微小的電流。電暈放電的特征是伴有“嘶嘶”的響聲，有時(shí)有微弱的輝光。

　　電暈放電可以是連續(xù)放電，也可以是不連續(xù)的脈沖放電。電暈放電的能量密度遠(yuǎn)小于火花放電的能量密度。在某些情況下，如果升高尖端導(dǎo)體的電位，電暈會(huì)發(fā)展成為通向另一物體的火花。

　　(c)刷形放電

　　刷形放電發(fā)生在導(dǎo)體與非導(dǎo)體之間，是自非導(dǎo)體上許多點(diǎn)發(fā)出短小火花的放電。每個(gè)火花由非導(dǎo)體表面能夠流進(jìn)其內(nèi)的電量來決定。其放電總體經(jīng)常有刷子似的形狀。如果導(dǎo)體很尖，導(dǎo)體處的放電將具有電暈放電那樣向前擴(kuò)展的特征。

　　(d)場致發(fā)射放電 是從物體表面發(fā)射出電子的放電。其能量很小，因此只有在涉及敏感度很高的易爆物品時(shí)才需要重視。

　　(e)雷形放電

　　當(dāng)懸浮在空氣中的帶電粒子形成大范圍;高電荷密度的空間電荷云時(shí)，可發(fā)生閃雷狀的所謂雷形放電。受壓液體、液化氣高速噴出時(shí)可能發(fā)生雷形放電，雷形放電能量很大，引燃危險(xiǎn)也很大。

　　5、靜電引燃

　　靜電放電能否引燃易燃、易爆混合物，取決于混合物的成分和溫度、放電能量以及能量隨時(shí)間的分布和在空間的分布。引燃源經(jīng)常是導(dǎo)體的火花放電。因此，火花放電通常被用來測試引燃能量。通常，選取試驗(yàn)電壓為10kV。大多數(shù)有機(jī)蒸氣和烴類氣體的最小引燃能量都在幾0.0l一0.1mJ之間。乙炔和氫在空氣中的最小引燃能量都是0.02mJ左右，而炸藥的最小引燃能量可低至0.001mJ。丙酮為1.15mJ，異丙酵為0.65 mJ。

     二、防止靜電危害的基本措施

　　防止靜電首先要設(shè)法不使靜電產(chǎn)生;對已產(chǎn)生的靜電，應(yīng)盡量限制，使其達(dá)不到危險(xiǎn)的程度。其次使產(chǎn)生的電荷盡快泄漏或中和，從而消除電荷的大量積聚。

　　1、減少摩擦起電

　　在傳動(dòng)裝置中，應(yīng)減少皮帶與其他傳動(dòng)件上的打滑現(xiàn)象。如皮帶要松緊適當(dāng)，保持一定的拉力，并避免過載運(yùn)行等。選用的皮帶應(yīng)盡可能采用導(dǎo)電膠帶或傳動(dòng)效率較高的導(dǎo)電的三角膠帶。在輸送可燃?xì)怏w，易燃液體和易燃易爆物體的設(shè)備上，應(yīng)采用直接軸(或聯(lián)軸節(jié))傳動(dòng)，一般不宜采用皮帶傳動(dòng);如需要皮帶傳動(dòng)，則必須采取有效的防靜電措施。

　　限制易燃和可燃液體的流速，可以大大減少靜電的產(chǎn)生和積聚。當(dāng)液體平流時(shí)，產(chǎn)生的靜電量與流速成正比，且與管道的內(nèi)徑大小無關(guān);當(dāng)液體紊流時(shí)產(chǎn)生的靜電量與流速的1.75次方成正比，并與管道內(nèi)徑的o.75次方成正比。

　　目前，世界各國控制流速的標(biāo)準(zhǔn)尚不統(tǒng)一。

　　總之，在確定流速時(shí)，不但要考慮管道的內(nèi)徑，而且要注意流體的性質(zhì)、所含雜質(zhì)的成分和數(shù)量、管道的材質(zhì)等各種因素的影響。

　　在管道中流動(dòng)的可燃液體，即使有較高的平均電荷密度，但往往由于管道內(nèi)有較大電容，并不顯示出有較高的電壓，且在管道中又因?yàn)闆]有空氣，所以不會(huì)引起燃燒和爆炸。在這種情況下，雖然靜電在管道內(nèi)部并不構(gòu)成危險(xiǎn)，但其嚴(yán)重的危害卻主要是在管道的出口處，這是必須引起重視的。

　　2、靜電接地

　　靜電接地的作用是泄放導(dǎo)體上可能集聚的電荷，使導(dǎo)體與大地等電位，使導(dǎo)體間電位差為零。

　　A.靜電接地原理

　　靜電接地就是用接地的辦法提供一條靜電荷泄漏的通道。實(shí)際上，靜電的產(chǎn)生和泄漏是并行的，是給帶電體輸入和輸出電荷的過程。物體上所積累的靜電電位，當(dāng)對地電容一定時(shí)，完全取決于物體的起電量和泄漏電量之差。其中靜電起電速率是一個(gè)隨機(jī)變量。隨時(shí)間變化可以很緩慢地增加，也可能急劇變化。為了確保物體靜電安全，就以泄漏(接地)的辦法來解決。

　　靜電接地的應(yīng)用范圍是有條件的，并不是一切物體帶電都可以借助于接地的辦法來解決。一般說來，可能引起火災(zāi)、爆炸相危及安全的場所的金屬導(dǎo)體、設(shè)備，屬于靜電導(dǎo)體的非金屑材料、人體都必須進(jìn)行靜電接地。同時(shí)還需考慮全系統(tǒng)接地的問題，否則接地反而會(huì)造成靜電放電現(xiàn)象。例如，當(dāng)處于絕緣狀態(tài)的帶電人體(或物體)與接地體接近或接觸時(shí)，產(chǎn)生放電火花。相反，接地的人體(或物體)接近帶電的孤立導(dǎo)體時(shí)，同樣會(huì)產(chǎn)生火花放電。

　　B.靜電接地方式

　　(a)直接接地 直接接地就是電氣接地，即用金屬導(dǎo)線把帶電體直接和接地干線連接起來。

　　(b)間接接地

　　間接接地就是使金屬以外的物體進(jìn)行靜電接地，將其表面的全部或局部與接地體緊密相接的一種接地方式?；蛘哒f，通過具有一定電阻值的靜電導(dǎo)體將帶電體和接地體連接起來。

　　3、降低電阻率

　　當(dāng)物質(zhì)的電阻率小于106 Ω.cm時(shí)，就能防止靜電荷的積聚。

　　A.添加導(dǎo)電填料

　　用摻入導(dǎo)電性能良好的物質(zhì)的方法來降低其電阻率。如在橡膠的煉制過程中，摻入一定的石墨粉，使之成為導(dǎo)電橡膠;在塑料生產(chǎn)中，摻進(jìn)少量的金屬粉末和石墨粉使之成為低電阻性塑料;在工業(yè)用油中，摻以少量的酒精或微量的醋酸;在苯中注入一些油酸鎂等金屬皂，均能降低其電阻率。

　　B.采用防靜電劑

　　防靜電劑以油脂為原料，主要成分為季胺鹽，它的作用是化纖、橡膠、塑料等物體的表面吸附空氣中的水分，增加導(dǎo)電率。如SN陽離子抗靜電油劑，在聚乙烯化纖紡織和聚乙烯醇合成纖維抽絲過程中，只要涂抹少量，即能使靜電電壓限制在幾十伏內(nèi)。在生產(chǎn)滌綸纖維上使用的陽離子型PK抗靜電油劑和在長纖維上使用的MOA3、KP油劑等，也都有較好的防靜電性能。在生產(chǎn)防靜電輸送帶時(shí)，即在原料丁睛橡膠中，加入防靜電劑;在聚酯薄膜或其他塑料制品上，加入或涂上SM防靜電油劑也都有一定效果。在化纖紡絲中，加入環(huán)氧丙烷親水基因;在航空煤油等液體中加入ASA3防靜電添加劑;在感光膠片上涂上防靜電劑等，都能使表面電阻率或體積電阻率大大降低而減少靜電的積聚。

　　4、增加空氣濕度

　　當(dāng)空氣的相對濕度在65—70%以上時(shí)，物體表面往往會(huì)形成一層極微薄的水膜。水膜能溶解空氣中的CO2，使表面電阻率大大降低，靜電荷就不易積聚。如果周圍空氣的相對濕度降至40一50%時(shí)，靜電不易逸散，就有可能形成高電位。增加空氣濕度的常用方法是向空氣中噴水霧，一般均選用旋轉(zhuǎn)式風(fēng)扇噴霧器，不過該機(jī)不防爆，必須從墻外吹入。

　　5、空氣電離法

　　利用靜電消除器來電離空氣中的氧、氮離子，使空氣變成導(dǎo)體，就能有效地消除物體表面的靜電荷。常用的靜電消除器有：

　　(a)感應(yīng)式靜電消除器

　　它還可以分為鋼件接地感應(yīng)式、刷型感應(yīng)式、針尖感應(yīng)式等幾種。主要用于造紙、橡膠、紡織、塑料等生產(chǎn)及加工行業(yè)。

　　(b)高壓式靜電消除器

　　它主要有外加式、工頻交流式、可控硅、交流高頻高壓式等。在化工、紡織等工業(yè)中可根據(jù)不同的要求選用。此外，還有高壓離子流、放射性輻射等形式，適用于其他特殊場所。