物質(zhì)都是由分子組成,分子是由原子組成,原子中有帶負(fù)電的電子和帶正電荷的質(zhì)子組成。在正常狀況下,一個(gè)原子的質(zhì)子數(shù)與電子數(shù)量相同,正負(fù)平衡,所以對(duì)外表現(xiàn)出不帶電的現(xiàn)象。但是電子環(huán)繞于原子核周圍,一經(jīng)外力即脫離軌道,離開原來的原子兒而侵入其他的原子B,A原子因缺少電子數(shù)而帶有正電現(xiàn)象,稱為陽(yáng)離子、B原子因增加電子數(shù)而呈帶負(fù)電現(xiàn)象,稱為陰離子。
造成不平衡電子分布的原因即是電子受外力而脫離軌道,這個(gè)外力包含各種能量(如動(dòng)能、位能、熱能、化學(xué)能……等)在日常生活中,任何兩個(gè)不同材質(zhì)的物體接觸后再分離,即可產(chǎn)生靜電。
當(dāng)兩個(gè)不同的物體相互接觸時(shí)就會(huì)使得一個(gè)物體失去一些電荷如電子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體使其帶正電,而另一個(gè)體得到一些剩余電子的物體而帶負(fù)電。若在分離的過程中電荷難以中和,電荷就會(huì)積累使物體帶上靜電。所以物體與其它物體接觸后分離就會(huì)帶上靜電。通常在從一個(gè)物體上剝離一張塑料薄膜時(shí)就是一種典型的"接觸分離"起電,在日常生活中脫衣服產(chǎn)生的靜電也是"接觸分離"起電。
固體、液體甚至氣體都會(huì)因接觸分離而帶上靜電。這是因?yàn)闅怏w也是由分子、原子組成,當(dāng)空氣流動(dòng)時(shí)分子、原子也會(huì)發(fā)生"接觸分離"而起電。
人身上的靜電主要由衣物之間或則衣物與身體的摩擦照成的,因此穿著不同材質(zhì)的衣服時(shí)"帶電"多少是不同的,比如穿化學(xué)纖維制成的衣物就比較容易產(chǎn)生靜電,而棉質(zhì)衣物產(chǎn)生的就較少。而且由于干燥的環(huán)境更有利于電荷的轉(zhuǎn)移和積累,所以冬天的時(shí)候人們會(huì)覺得身上的靜電比較大。
在干燥和多風(fēng)的秋天,在日常生活中,我們常常會(huì)碰到這種現(xiàn)象:晚上脫衣服睡覺時(shí),黑暗中常聽到噼啪的聲響,而且伴有藍(lán)光,見面握手時(shí),手指剛一接觸到對(duì)方,會(huì)突然感到指尖針刺般刺痛,令人大驚失色;早上起來梳頭時(shí),頭發(fā)會(huì)經(jīng)常"飄"起來,越理越亂,拉門把手、開水龍頭時(shí)都會(huì)"觸電",時(shí)常發(fā)出"啪、啪" 的聲響,這就是發(fā)生在人體的靜電,上述的幾種現(xiàn)象就是體內(nèi)靜電對(duì)外"放電"的結(jié)果。
人體活動(dòng)時(shí),皮膚與衣服之間以及衣服與衣服之間互相摩擦,便會(huì)產(chǎn)生靜電。隨著家用電器增多以及冬天人們多穿化纖衣服,家用電器所產(chǎn)生的靜電荷會(huì)被人體吸收并積存起來,加之居室內(nèi)墻壁和地板多屬絕緣體,空氣干燥,因此更容易受到靜電干擾。
在沒有進(jìn)行防靜電治理的生產(chǎn)環(huán)境里,電子工廠人員日常工作的產(chǎn)生靜電強(qiáng)度和濕度的關(guān)系如表-1所示。
表1生靜電強(qiáng)度和濕度的關(guān)系
人身的活動(dòng)情形 | 靜電電壓(V) |
10~20%RH | 65%~90%RH |
走過化纖地毯 | 35000 | 1500 |
拿TEFLON硅片架 | 30000 | 1200 |
走過塑料地板 | 12000 | 250 |
坐在椅子上工作 | 6000 | 100 |
翻看塑料面說明文件 | 7000 | 600 |
拿起普通聚乙烯袋 | 20000 | 1000 |
坐在聚氨酯泡沫墊上 | 18000 | 1500 |
由表1可見,增加工作環(huán)境的濕度,可以降低靜電電壓。
靜電電壓高:靜電能量不大,但其電壓很高。固體靜電可達(dá)20×104V以上,液體靜電和粉體靜電可達(dá)數(shù)萬伏,氣體和蒸氣靜電可達(dá)10000V以上,人體靜電也可達(dá)10000V以上。靜電泄漏慢:由于積累靜電的材料的電阻率都很高,其上靜電泄漏很慢。靜電的影響因素多:靜電的產(chǎn)生和積累受材質(zhì)、雜質(zhì)、物料特征、工藝設(shè)備(如幾何形狀、接觸面積)和工藝參數(shù)(如作業(yè)速度)、濕度和溫度、帶電歷程等因素的影響。
任何物體內(nèi)部都是帶有電荷的,一般狀態(tài)下,其正,負(fù)電荷數(shù)量是相等的,對(duì)外不顯出帶電現(xiàn)象,但當(dāng)兩種不同物體接觸或摩擦?xí)r,一種物體帶負(fù)電荷的電子就會(huì)越過界面,進(jìn)入另一種物體內(nèi),靜電就產(chǎn)生了。而且因它們所帶電荷發(fā)生積聚時(shí)產(chǎn)生了很高靜電壓,當(dāng)帶有不同電荷的兩個(gè)物體分離或接觸時(shí)出現(xiàn)電火花,這就是靜電放電的現(xiàn)象。產(chǎn)生靜電的原因主要有摩擦、壓電效應(yīng)、感應(yīng)起電、吸附帶電等。
在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,靜電具有很大的作用,如靜電植絨、靜電噴漆、靜電除蟲等,同時(shí)由于靜電的存在,也往往會(huì)產(chǎn)生一些危害,如靜電放電造成的火災(zāi)事故等。隨著石化工業(yè)的飛速發(fā)展,易產(chǎn)生靜電的材料的用途越來越廣泛,其火災(zāi)危險(xiǎn)性也隨之加大。
靜電的危害很多,它的第一種危害來源于帶電體的互相作用。在飛機(jī)機(jī)體與空氣、水氣、灰塵等微粒摩擦?xí)r會(huì)使飛機(jī)帶電,如果不采取措施,將會(huì)嚴(yán)重干擾飛機(jī)無線電設(shè)備的正常工作,使飛機(jī)變成聾子和瞎子;在印刷廠里,紙頁(yè)之間的靜電會(huì)使紙頁(yè)粘合在一起,難以分開,給印刷帶來麻煩;在制藥廠里。 由于靜電吸引塵埃,會(huì)使藥品達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的純度;在放電視時(shí)熒屏表面的靜電容易吸附灰塵和油污,形成一層塵埃的薄膜,使圖像的清晰程度和亮度降低;就在混紡衣服上常見而又不易拍掉的灰塵,也是靜電搗的鬼。靜電的第二大危害,是有可能因靜電火花點(diǎn)燃某些易燃物體而發(fā)生爆炸。漆黑的夜晚,我們脫尼龍、毛料衣服時(shí),會(huì)發(fā)出火花和"叭叭"的響聲,這對(duì)人體基本無害。但在手術(shù)臺(tái)上,除電火花會(huì)引起麻醉劑的爆炸,傷害醫(yī)生和病人;在煤礦,則會(huì)引起瓦斯爆炸,會(huì)導(dǎo)致工人死傷,礦井報(bào)廢。
靜電的產(chǎn)生在工業(yè)(相關(guān)產(chǎn)品)生產(chǎn)中是不可避免的,其造成的危害主要可歸結(jié)為以下兩種機(jī)理:其一:靜電放電(ESD)造成的危害。 (1) 引起電子設(shè)備的故障或誤動(dòng)作,造成電磁干擾。 (2) 擊穿集成電路和精密的電子元件,或者促使元件老化,降低生產(chǎn)成品率。 (3)高壓靜電放電造成電擊,危及人身安全。 (4) 在多易燃易爆品或粉塵、油霧的生產(chǎn)場(chǎng)所極易引起爆炸和火災(zāi)。
(1) 電子工業(yè)(相關(guān)產(chǎn)品):吸附灰塵,造成集成電路和半導(dǎo)體元件的污染,大大降低成品率。(2) 膠片和塑料工業(yè)(相關(guān)產(chǎn)品):使膠片或薄膜收卷不齊;膠片、CD塑盤沾染灰塵,影響品質(zhì)。
以下列舉一些靜電在生產(chǎn)中的具體危害:
1.當(dāng)物體產(chǎn)生的靜電荷越積越多,形成很高的電位時(shí),與其他不帶電的物體接觸時(shí),就會(huì)形成很高的電位差,并發(fā)生放電現(xiàn)象。當(dāng)電壓達(dá)到300伏以上,所產(chǎn)生的靜電火花,即可引燃周圍的可燃?xì)怏w、粉塵。此外,靜電對(duì)工業(yè)生產(chǎn)也有一定危害,還會(huì)對(duì)人體造成傷害。
2、固體物質(zhì)在搬運(yùn)或生產(chǎn)工序中會(huì)受到大面積摩擦和擠壓,如傳動(dòng)裝置中皮帶與皮帶輪之間的摩擦;固定物質(zhì)在壓力下接觸聚合或分離;固體物質(zhì)在擠出、過濾時(shí)與管道。過濾器發(fā)生摩擦;固體物質(zhì)在粉碎。研磨和攪拌過程及其他類似工藝過程中,均可產(chǎn)生靜電。而且隨著轉(zhuǎn)速加'快。所受壓力的增大,以及摩擦。擠壓時(shí)的接觸面過大、空氣干燥且設(shè)備無良好接地等原因,致使靜電荷聚集放電,出現(xiàn)火災(zāi)危險(xiǎn)性。
3、一般可燃液體都有較大的電阻,在灌裝、輸送、運(yùn)輸或生產(chǎn)過程中,由于相互碰撞、噴濺與管壁摩擦或受到?jīng)_擊時(shí),都能產(chǎn)生靜電。特別是當(dāng)液體內(nèi)沒有導(dǎo)電顆粒、輸送管道內(nèi)表面粗糙、液體流速過快等,都會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)摩擦,所產(chǎn)生的靜電荷在沒良好導(dǎo)除靜電裝置時(shí),便積聚電壓而發(fā)生放電現(xiàn)象,極易引發(fā)火災(zāi)。
4.粉塵在研磨、攪拌、篩分等工序中高速運(yùn)動(dòng),使粉塵與粉塵之間,粉塵與管道壁、容器壁或其他器具、物體問產(chǎn)生碰撞和摩擦而產(chǎn)生大量的靜電,輕則妨礙生產(chǎn),重則引起爆炸。
5.壓縮氣體和液化氣體,因其中含有液體或固體雜質(zhì),從管道口或破損處高速噴出時(shí),都會(huì)在強(qiáng)烈摩擦下產(chǎn)生大量的靜電,導(dǎo)致燃燒或爆炸事故。
6.靜電造成的電擊可能發(fā)生在人體接近帶靜電物質(zhì)的時(shí)候,也可能發(fā)生在帶靜電荷的人體接近接地體的時(shí)候,此刻人體所帶靜電可高達(dá)上萬伏。靜電電擊的嚴(yán)重程度與帶靜電體儲(chǔ)存的能量有關(guān),能量越大,電擊越嚴(yán)重。帶靜電體的電容越大或電壓越高,則電擊程度越嚴(yán)重。在生產(chǎn)工藝過程中產(chǎn)生的靜電能量很小,所以由此引起的電擊不會(huì)直接使人致命。但人體可能因電擊墜落、摔倒,引起二次事故。此外,電擊還能引起工作人員精神緊張,影響工作。
7.靜電會(huì)妨礙生產(chǎn),或降低產(chǎn)品質(zhì)量。在紡織行業(yè),靜電使纖維纏結(jié)、吸附塵土,降低紡織品質(zhì)量,造成根絲飄動(dòng)、纏花斷頭、紗線糾結(jié)等危害。;在印刷行業(yè),靜電使紙線不齊、不能分開,影響印刷速度和印刷質(zhì)量;在感光膠片行業(yè),靜電火花使膠片感光,降低膠片質(zhì)量;在粉體加工行業(yè),靜電使粉體吸附于設(shè)備上,影響粉體的過濾和輸送;靜電還可能引起電子元件的誤動(dòng)作;干擾無線電通訊等。
總之,靜電危害起因于用電力和靜電火花,靜電危害中最嚴(yán)重的靜電放電引起可燃物的起火和爆炸。人們常說,防患于未然,防止產(chǎn)生靜電的措施一般都是降低流速和流量,改造起電強(qiáng)烈的工藝環(huán)節(jié),采用起電較少的設(shè)備材料等。最簡(jiǎn)單又最可靠的辦法是用導(dǎo)線把設(shè)備接地,這樣可以把電荷引人大地,避免靜電積累。細(xì)心的乘客大概會(huì)發(fā)現(xiàn);在飛機(jī)的兩側(cè)翼尖及飛機(jī)的尾部都裝有放電刷,飛機(jī)著陸時(shí),為了防止乘客下飛時(shí)被電擊,飛機(jī)起落架上大都使用特制的接地輪胎或接地線; 以泄放掉飛機(jī)在空中所產(chǎn)生的靜電荷。我們還經(jīng)??吹接凸捃嚨奈膊客弦粭l鐵鏈,這就是車的接地線。適當(dāng)增加工作環(huán)境的濕度,讓電荷隨時(shí)放出,也可以有效地消除靜電。潮濕的天氣里不容易做好靜電試驗(yàn),就是這個(gè)道理??蒲腥藛T研究的抗靜電劑,則能很好地消除絕緣體內(nèi)部的靜電。
靜電對(duì)人體也存在一定的危險(xiǎn),據(jù)醫(yī)學(xué)專家介紹,靜電會(huì)給人體帶來一定的危害。人體產(chǎn)生的靜電干擾可以改變?nèi)梭w體表的正常電位差,影響心肌正常的電生理過程及心電在無干擾下的正常傳導(dǎo)。這種靜電能使病人加重病情或誘發(fā)早搏等,持久的靜電還會(huì)使血液的堿性升高,導(dǎo)致血清中的鈣含量下降,鈣的排泄增加,從而引起皮膚瘙癢、色素沉著,影響人的機(jī)體生理平衡,干擾人的情緒等。
不少電腦工作者臉部多發(fā)紅斑、色素沉著等面部疾病,由于電腦屏幕產(chǎn)生的靜電吸引大量懸浮的灰塵,使面部受到刺激引起的。此外,由于老年人的皮膚比年輕人相對(duì)干燥,加上心血管系統(tǒng)老化、抗干擾能力減弱等因素,更容易受靜電的危害,引發(fā)心血管疾病。
冬天空氣過于干燥,人體皮膚和服裝之間還容易產(chǎn)生靜電,高者瞬間靜電壓可達(dá)上萬伏,造成人體不適。有人對(duì)日常生活產(chǎn)生的靜電做過調(diào)查和實(shí)測(cè),在地毯上走動(dòng)可產(chǎn)生1500~35000伏靜電,在乙烯樹酯地板上走動(dòng)時(shí)可產(chǎn)生250~12000伏靜電,室內(nèi)屁股在椅子上一蹭就會(huì)產(chǎn)生1800伏以上的靜電。靜電的高低主要取決于周圍空氣的濕度。通常靜電干擾超過7000伏,人就會(huì)有電擊感。相關(guān)資料表明,靜電對(duì)人體有非常大的危害。持久的靜電可使血液中的堿性升高,血清中鈣含量減少,尿中鈣排泄量增加,這對(duì)于正在生長(zhǎng)發(fā)育的兒童,血鈣水平甚低的老年人,以及需鈣量甚多的孕婦和乳母無疑是雪上加霜。過多的靜電在人體內(nèi)堆積,還會(huì)引起腦神經(jīng)細(xì)胞膜電流傳導(dǎo)異常,影響中樞神經(jīng),從而導(dǎo)致血液酸堿度和機(jī)體氧特性的改變,影響機(jī)體的生理平衡,使人出現(xiàn)頭暈、頭痛、煩躁、失眠、食欲不振、精神恍惚等癥狀。靜電也會(huì)干擾人體血液循環(huán)、免疫和神經(jīng)系統(tǒng),影響各臟器(特別是心臟)的正常工作,有可能引起心率異常和心臟早搏。在冬季,約三分之一心血管疾病的發(fā)生與靜電有關(guān)。在易燃易爆地區(qū),人體帶有靜電還會(huì)引起火災(zāi)。
靜電已經(jīng)危害到人民生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域,如軍工、火工、石油、天然氣、化工、海運(yùn)、感光材料、煤礦、橡膠、醫(yī)藥、煤氣等生產(chǎn);再如,余杭燃料罐儲(chǔ)部門、電子器件制造業(yè)、微電子相關(guān)產(chǎn)業(yè)、機(jī)械電子、光電子、辦公自動(dòng)化、信息通訊、電子醫(yī)療、計(jì)算機(jī)等產(chǎn)業(yè)。
靜電產(chǎn)生的危害在化工行業(yè)生產(chǎn)部門已受到了相當(dāng)?shù)闹匾?,但在這些行業(yè)的倉(cāng)儲(chǔ)部門中對(duì)靜電造成的危害與防治的研究還是-個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。隨著倉(cāng)儲(chǔ)的功能和規(guī)模的不斷擴(kuò)展,如何控制和防范靜電帶來的危害已逐漸引起人們的矚目。
倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)節(jié)中的靜電產(chǎn)容易生。靜電的產(chǎn)生有其內(nèi)因和外因。內(nèi)因取決于物質(zhì)的導(dǎo)電特性,外因最為常見的是物質(zhì)相互的摩擦造成起電現(xiàn)象。如儲(chǔ)運(yùn)過程中物質(zhì)間的摩擦、滾動(dòng)、撞擊等。其次是附著帶電、感應(yīng)帶電等。就倉(cāng)儲(chǔ)部門而言,許多商品和包裝物都具備了靜電產(chǎn)生的內(nèi)部條件,同時(shí)在倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)務(wù)中都離不開搬運(yùn)、堆碼、苫墊、覆蓋等操作,因而商品之間不可避免地會(huì)產(chǎn)生摩擦、滾動(dòng)、撞擊等。例如石油或有機(jī)溶媒倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的輸送和向罐內(nèi)排放時(shí),這些物料與管道壁及設(shè)備之間就會(huì)產(chǎn)生摩擦,這些都會(huì)產(chǎn)生很高的靜電積累。一般商品的塑料包裝在堆碼過程中由于相互摩擦也會(huì)產(chǎn)生靜電。
倉(cāng)儲(chǔ)中靜電的危害。靜電在倉(cāng)儲(chǔ)活動(dòng)中造成的危害主要是由于它能在物體表面上聚集形成很高的靜電位并容易發(fā)生靜電放電火花,其危害主要在兩個(gè)方面:
易引發(fā)燃爆事故。例如倉(cāng)庫(kù)中存放的易燃液體(如汽油、煤油、柴油)、有機(jī)溶媒(苯類、醚類、酮類),它們揮發(fā)出的蒸氣與空氣混合達(dá)一定比例、或固體粉塵達(dá)一定濃度即爆炸極限時(shí),一旦遇靜電放電火花即會(huì)成為點(diǎn)火源引發(fā)燃爆。
易產(chǎn)生電擊現(xiàn)象。如在搬運(yùn)過程中產(chǎn)生靜電高電位放電給操作人員帶來電擊的不適感,這在倉(cāng)庫(kù)搬運(yùn)塑料包裝物品的工人中屢有發(fā)生,搬運(yùn)、堆碼過程中由于強(qiáng)烈的摩擦產(chǎn)生了靜電高電位放電,甚至發(fā)生過操作工人被靜電放電擊倒的現(xiàn)象。
油品在儲(chǔ)、運(yùn)、灌、加的過程中,不可避免地發(fā)生攪拌、沉降、過濾、搖晃、沖擊、噴射、飛濺以及流動(dòng)等接觸、磨擦、分離的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生靜電積聚。油品在流動(dòng)過程中,靜電的多少不僅取決于靜電的產(chǎn)生,還取決靜電的消散。當(dāng)靜電荷的產(chǎn)生速度高于靜電荷的消散速度時(shí),便形成同性電荷的積聚。油庫(kù)的油品屬于低電導(dǎo)率物質(zhì),汽油電阻率為2.5*1013,煤油、柴油的電阻率為7.3*1014,都比較容易產(chǎn)生和積聚靜電。
油品產(chǎn)生靜電的類型按其狀態(tài)可分為3種:1、油品與固體之間的靜電,如油品在管道中流動(dòng)、攪拌、固體顆粒在油品中沉降產(chǎn)生的靜電;2、油品與氣體之間的靜電,如油品從管道口或噴嘴噴出、氣泡在油品中上升產(chǎn)生的靜電;3、油品與不相容液體之間的靜電,如水滴在油品中沉降、高壓水沖洗儲(chǔ)罐產(chǎn)生的靜電。
按機(jī)械運(yùn)動(dòng)形式分為6種:1、流動(dòng)帶電。低電導(dǎo)率的輕質(zhì)油品在管道中流動(dòng),油品與管道壁發(fā)生磨擦運(yùn)動(dòng),使油品帶有靜電荷。2、噴射帶電。油品從管口或噴嘴高速噴出時(shí),粒子和噴嘴之間存在迅速接觸和分離過程,接觸時(shí)界面處形成雙電層,分離時(shí)粒子把雙電層中的一層電荷帶走,另一層電荷留在噴嘴上,結(jié)果使微粒和噴嘴上分別帶上正電荷和負(fù)電荷。3、油品沖擊、飛濺帶電。輕質(zhì)油品從頂部孔口注入儲(chǔ)罐、油罐車內(nèi),油粒下落后對(duì)罐壁發(fā)生沖擊,引起飛濺、氣泡和霧滴而帶電。4、液體的沉降帶電。由于油品含有固體顆粒和水分等雜質(zhì),這些顆粒或水滴向下沉降使油品帶電。5、人體帶電。人體活動(dòng)時(shí),衣服與衣服、人體與衣服、鞋底與地面的磨擦而使人體帶電。6、感應(yīng)帶電。帶電體與絕緣導(dǎo)體互相靠近而使絕緣導(dǎo)體帶電。
靜電的危害有目共睹,現(xiàn)在越來越多的廠家已經(jīng)開始實(shí)施各種程度的防靜電(相關(guān)產(chǎn)品)措施和工程。但是,要認(rèn)識(shí)到,完善有效的防靜電(相關(guān)產(chǎn)品)工程要依照不同企業(yè)和不同作業(yè)對(duì)象的實(shí)際情況,制定相應(yīng)的對(duì)策。防靜電(相關(guān)產(chǎn)品)措施應(yīng)是系統(tǒng)的、全面的,否則,可能會(huì)事倍功半,甚至造成破壞性的反作用。在家居以及生活的各個(gè)環(huán)節(jié),人們注意到了靜電對(duì)人體的危害。