塑料薄膜生产中的静电消除

在薄膜生产和应用中，静电一直是我们比较头痛的问题之一，摩擦、撞击甚至张力变化都有 可能引起静电，不但影响印刷和制袋质量还可能引起安全问题。笔者在多年生产和技术服务 中，对下面几个问题深有感触，在此与大家交流探讨。

●摩擦是怎么产生静电的。

薄膜在生产中与金属辊的摩擦很小，那为什么也产生静电呢？ 电学原理告诉我们，严格说摩 擦起电只是一种接触带电的一种表现形式而已。产生静电一个主要原因就是因为两种材料接 触时，部分电子云重叠。在迅速分开时，其中一种材料具有较大的吸附电子（或其他带电粒 子，下同） 的能力就有可能使电子转移到该材料，获得电子而呈现负电，而另一种材料则呈 现正电。另外，自然界中还有对物体施加作用力时产生的压电（皮埃佐电） 和对物体加热时 产生的热电，摩擦起电是这些作用的综合结果。

●摩擦静电只在不同材料之间发生吗？ 

一个令人震惊的事实是， 两个同样形状冰块相互摩擦也会产生静电。笔者在北京地区1月份 曾按以下图示左右摩擦， 用 A 冰棒的 C 点左右摩擦 B 冰棒全部区域3分钟。用 ELD-1静电  压表测试得知，在 A 棒的 C 点出现电压很高的负电荷，而在 B 棒的整个摩擦区域，则出现 了电压比较低的正电荷。

上述摩擦在物理学被称为“非对称摩擦”。分析静电产生原因，虽然摩擦时对两块冰做的功一 样，但是对 B 棒来说，因为摩擦面积大，由摩擦热引起的温度上升不明显， 而对于 A 棒， 因为做功相对集中，C 点温度相对升高。温度的升高带来分子的活跃和电离――带正电的氢 离子和带负电的氢氧根离子，其中氢离子比较活跃， 容易从温度高的 A 棒 C 点游离到温度 低的 B 棒广大区域上， 从而使 B 棒显示正电，相反， A 棒 C 点则显示负电。

用两个聚丙烯棒进行以上试验，同样产生静电，只不过电性与冰块相反。

日本京都大学研究资料显示，用两块同样形状的聚乙烯薄膜相互对称摩擦后，精确测试可以 发现，在上面出现了许多很微小的带正电的点及大片带负电的区域，原因是聚乙烯表面微观 的凹凸不平造成的局部不对称摩擦，致使各部分摩擦热和温度的不同，从而导致活跃的带电 荷基团不均匀分布。

所以说，同样材料的相互摩擦也会导致静电。

●关键的静电测试。

静电测试包括测定静电基本参数，如静电电压、电量、电容和测定材料性能，如表面电阻率、 体积电阻率。对于塑料薄膜生产使用者，除部分电器包装需要测定表面电阻率、体积电阻率 （用兆欧表）外，一般用户测试薄膜表面的静电压即可。

对塑料薄膜这样的非导体的表面静电压测试（包括测试静电的极性和电位数据），因为探头 不能接触薄膜，称为非接触测试。根据测试原理的不同，可分为静电感应和空气电离两种方 法。静电感应是将测试探头靠近薄膜，利用探头与薄膜间产生的畸变电场测试，实质上是对 薄膜表面电场的测试。空气电离是利用放射性同位素电离空气，在薄膜与仪表输入端、输入 端与接地端之间分别产生电阻分压，测试薄膜的对地电压。

表1  两种方式静电电压表的特点比较

可以看出，在车间使用感应式静电电压表时，其与薄膜的位置、薄膜面积相对固定才能降低 误差， 即所谓相对测试； 而空气电离式电位计应该在静止场合使用，并进行数据补偿。

常用静电消除器的比较：

静电消除器分无源式和有源式两类，后者又分为高压电源式、离子风式、放射源式等几种， 因为都需要另加电源，加大能耗， 高压电或放射源的安全因素，很少在塑料加工中使用。

塑料薄膜生产应用厂家， 过去一般使用无源式静电消除器中的硬毛静电刷（防静电毛刷）， 现在， 许多要求高的厂家纷纷选择一些新的静电消除器，如软毛静电刷等。

以硬毛静电刷为例，消电机理主要因为导体的静电感应，在靠近薄膜处产生与薄膜负电极性 相反的正电荷， 通过空气电离，形成电晕电流，在电晕区产生大量的正、负离子。如图3所 示，在电场的作用下，带负电的粒子向放电毛针 B 方向运动；带正电的粒子向带负电的薄 膜 C 方向运动，中和薄膜带的负电荷。由于针尖 B 附近的电场依赖于薄膜 C 本身的电位及 针尖到薄膜的距离，所以，薄膜 C 的电压越高，针尖 B 到薄膜 C 的距离越近，针尖 B 上感 应出的电荷密度越大，附近形成的电场越强，电离的带电离子数目越多，消除静电效果越好 （但太近时易产生电弧）。可以想象每一根刷毛就像伸向空中的避雷针一样， 要尖而细，才 能更好的形成感应电荷集中，早一步放电达到消除静电的目的。考察这种除静电毛刷性能主 要有两个指标： 临界电压和电晕电流。前者是能够使放电针产生电晕放电的最低电压，当然 是越低越好； 后者越大，表明单位时间内被消除的电荷越多。实际应用中，用万用表测试静 电刷的电阻即可，一般质量好的静电刷电阻小于1Ω/米，也可以用 ELD-1静电压表测试静电 刷安装前后的电位来判断。决定除静电毛刷的性能有多种因素，放电毛针针尖越细长、材料 导电性越好制成的除静电毛刷性能越好。

由于硬毛静电刷消电效果取决于薄膜静电压的感应电压，消电效果不彻底， 所以人们做了改进，把接地的 A 处加上与薄膜静电电荷性能相反的直流高压电源，如正电  荷，使消电效果大大提高，这就是直流消电器的原理。

如果把上图中 B 处硬毛换成对薄膜无损伤的软毛，则可以直接接触薄膜 C；因为软毛的“柔”， 产生静电感应后因为电荷的吸引力毛尖部分可以紧紧吸附在薄膜上，负电荷可以通过软毛静 电刷直接导入大地，消电效果也大幅度提高。据测算，TR-01接触式软毛静电刷的临界电压 比普通硬毛静电刷低80%左右， 电晕电流则大30%以上。

表2  薄膜常用消电器的特点比较

●不可忽略的问题， 消电器的安装

以硬毛静电刷为例，它的安装和性能一样重要，安装不妥，不仅会降低消电效果，有时还会 使静电加剧，甚至造成更大的危害。一般来说，安装如图5所示， 应避开图中 A 、B 、C 、D 几个位置。最好在需要消除静电部位的前面，如尽量靠近印刷和制袋前的部位或静电电位最 强的部位。安装角度垂直于薄膜运动方向，毛刷应有牢固的支撑并可靠接地。TR-01软毛静 电刷安装要在薄膜的正反面都要安装，否则前面消除后面又感应，事倍功半。

说明： 黑色三角处表示可以安装，白色三角位置不能安装，因为： A 处有摩擦的静电产生源， 前面消除后面产生，使消除工作事倍功半。B 处背面有接地体，C 处临近接地体，D 处有其 他消电装置，均可以干扰电场感应，使其达不到应有的消除效果。

试验结果表明， 使用正确的安装方法，软毛静电刷最多时可以消除95％以上的静电。