涂布生产工艺的静电预防(一)

涂布生产工艺静电预防

印刷包装材料行业的涂布生产中，被加工的纸或塑膜类物料及涂布机各类导辊会产生大量静电，而不少生产工艺须使用低沸点、易挥发的易燃易爆的有机溶剂，如甲苯、溶剂汽油及各种酮类、酯类溶剂，产生大量易燃易爆熔剂气体。若消除静电措施不当，随着静电荷不断积累，将导致局部电场强度极高、介质(空气)击穿、正负电荷中和、产生电火花，引燃或引爆有机溶剂气体，造成严重的人身设备可靠事故。此种可靠事故，在这一行业内时有发生。

涂布生产被加工物多为绝缘性的纸材及各种塑膜，如PE、PET等，生产时快速穿越涂布机的众多金属及橡胶导辊的过程中，因不断地、反复地被加压接触、分离、摩擦，产生大量静电，尤其是橡胶压辊产生静电的强度远胜于金属导a。根据静电系列、纸面带正电荷、PET带负电荷，导辊面则产生等量异号静电荷。当用静电测试仪测定时，测定的静电压达数千伏。

目前涂布生产中除静电技术概况

虽然各厂家在涂布生产时采用了各种不同方式的除静电措施，如离子流除静电器、机体。电源地线简单接地除静电措施等，这些措施有不同的消除静电作用，但都不能确保可靠生产。

1．离子流除静电器一类措施，只适于消除被加工物表面已积累的静电荷，不能消除穿过后续导辊再产生的静电；尤其是涂布头附近空间导辊众多，空间有限，不便用这类除静电器除静电。

2．采用简单的接地电阻较高的机体。电源地线接地消除静电措施，在理论上局限于用欧姆定律：V=IR的观念。欧姆定律是反映载电体为导体，电荷均匀有序布于导体表面的条件下，电压、电流、载体电阻三者间的关系。而涂布生产中静电荷的载体为绝缘性的纸、塑膜、橡胶，其上面的静电荷无序散布于绝缘体表面，因此用欧姆定律的理论观念是不能解决静电积累问题的。生产现场中用静电测试仪测定的电压值虽为数千伏，但它是反映散布在纸、塑膜及各导辊所有表面静电荷的总能量(电压)状况，而每个瞬间能以导辊接触的物料表面上分散存在的静电荷的电压是有限的。分散在绝缘体上每个静电荷不可能经地线流人大地。尤其是当静电荷为正电荷时，它是载电体物料中若干物料分子失去电子后的带电质点(阳离子)，仍为载电体物料组成之一，显然，在欧姆定律理论基础上，正电荷是不可能沿接地线流人大地的。

上述表明，用欧姆定律作为消除静电的理论依据难以达到预期目的。而且用欧姆定律也无法解释静电火花产生的过程：

涂布生产中静电火花产生的过程

基于前述及涂布生产实践，探索消除静电火花的措施，必须以库伦定律(式1)及电场强度(式2)等静电学相关的理论为依据，即：

F=g1g2/4Ω2(1)

F=g2/4Ω2(2)

1．应十分注意橡胶压辊产生静电火花对可靠的严重危害。生产中，橡胶压辊面与纸或塑膜(以PET为例)分别产生等量异号的静电荷，压辊面带正电荷，PET面带负电荷。橡胶压辊与PET重复接触、分离，静电荷逐渐积累，PET与橡胶压辊一次接触分离所产生的静电荷无序分布于整个卷材，电荷密度大大低于橡胶压辊面。

随着生产的进行，橡胶压辊的静电荷逐渐增加，由(2)式可知，电场强度逐渐增强。

由于橡胶压辊的内部，是直径为10cm—15em的铁质管状，外部由厚3—4cm橡胶包覆在电场作用下，铁质管状体轴承通过机体和接地线路与大地相连，在接地电阻很小的某一瞬间，从大地经接地线路传递异号感应电荷，使铁质管状体带上异号静电荷。因铁质管状体是电导体，其上的感应电荷同性相斥，向管状体两端靠近。随着橡胶压辊面静电荷的积累，感应电荷量也等量逐渐增加，排斥力加强，济终集于铁管的两端，形成很强的电场，电场方向与原生静电荷电场方向相同，在正负电荷间的空间、电场强度叠加。由库伦定律(式1)，在r值十分有限的情况下，正负电荷间的巨大吸引力，克服介质(空气)的阻碍产生正负电荷中和、介质(空气)击穿，释放相当量热能——电火花产生。所释放的热能足以引燃、引爆溶剂气体，造成设备、人员可靠事故。

橡胶压辊及金属导辊两端轴承内的绝缘性润滑剂，使其接地电阻十分不稳定，在一般情况下，轴承内润滑剂膜完整涂覆于所有轴承表面，使其起着完好的绝缘作用，不能产生感应电荷。但在长期运行中，总会出现某些瞬间轴承内某处的润滑剂膜破裂的现象，轴承金属面与接地的机体直接接触，电阻大幅下降，在电场作用下大地向铁管芯传递异号感应电荷。此时，若静电荷量很高，将产生电火花，造成可靠事故。这表明，由于润滑剂的影响，接地电阻极不稳定的情况下，压辊铁管芯带有异号感应电荷的现象，既具有偶然性，又具有必然性。偶然性是难以预测某个瞬间润滑剂膜破裂；必然性是在轴承快速旋转的情况下，润滑剂膜瞬间破裂的现象总有发生的时候。也就决定了涂布生产中若除静电措施不当，产生静电火花既具偶然性，又具有必然性。

必须指出，橡胶压辊内部的铁管芯(包括后面述及的金属导辊)通过接地线路与大地形成电学等效体，是指在电场作用下，大地能向铁管芯传递异号等量感应电荷的电学体系。

2．涂布生产中，除橡胶压辊产生大量静电危及人身设备可靠外，被加工的纸或塑膜在制造及加3232艺中，也产生并积累相当量的静电，若不能有效消除，也有产生静电火花的可能，是危及可靠生产的原因之一。按照涂布生产各瞬间状况，分别做如下分析：

1)若处于涂布的某瞬间PET某处有少量静电荷g1，距某金属导辊的距离r还较远。假设为0．4m，此时导辊处的电场强度E1还较低，导辊通过接地线与大地形成的电学等效体受到电场作用还有限，不能克服接地电阻传递感应电荷，导辊表面尚无感应电荷，也就不会有电火花产生。

2)当下一瞬间，这少量静电荷z1距导辊的距离r很小，如0．04m，由式(2)可知，电场强度E2急剧增强，由于距离大幅减小，r22／r22=100，即E2二100E1。此时由于电场的显著作用，经接地电阻从大地传递等量的异号感应电荷到导辊面，但静电荷量g1较低、正负电荷间的吸引力还有限，不能产生正负电荷中和现象，仍无电火花产生。

但是，倘若该处PET膜积累的电荷量g1很高，电场强度大幅增加，感应电荷量也随之等量增加。根据库伦定律，正负电荷间的距大吸引力克服介质(空气)的阻力，发生电荷中和、释放大量热能，电火花产生。

可见，涂布生产中PET膜带有静电荷时，由三方面因素决定电火花是否产生。

其一是静电荷量很高，这是决定性因素。其二是静电荷距导辊的距离，也就是正负电荷之间的距离，即电场强度中的r值。其三是在涂布生产中，PET快速穿越众多导辊，每个瞬间都有济小的r值出现，问题在于济小r值时，该导辊的润滑剂膜是否破裂，是否有等量异号感应电荷产生。若润滑剂膜完整、电阻较高、不能形成有效的接地等效体、无感应电荷存在，即便PET膜有大量静电荷，也不会产生电火花。只有在润滑剂膜破裂时，有感应电荷产生才有电火花产生。这也表明涂布生产中产生电火花既具必然性，又具偶然性，，当然，如果静电荷量很高，在很强的电场作用下击穿润滑剂膜的阻抗，也将会有极强的电火花产生。