涂布生產(chǎn)工藝靜電預(yù)防

印刷包裝材料行業(yè)的涂布生產(chǎn)中，被加工的紙或塑膜類物料及涂布機(jī)各類導(dǎo)輥會產(chǎn)生大量靜電，而不少生產(chǎn)工藝須使用低沸點、易揮發(fā)的易燃易爆的有機(jī)溶劑，如甲苯、溶劑汽油及各種酮類、酯類溶劑，產(chǎn)生大量易燃易爆熔劑氣體。若消除靜電措施不當(dāng)，隨著靜電荷不斷積累，將導(dǎo)致局部電場強(qiáng)度極高、介質(zhì)(空氣)擊穿、正負(fù)電荷中和、產(chǎn)生電火花，引燃或引爆有機(jī)溶劑氣體，造成嚴(yán)重的人身設(shè)備可靠事故。此種可靠事故，在這一行業(yè)內(nèi)時有發(fā)生。

涂布生產(chǎn)被加工物多為絕緣性的紙材及各種塑膜，如PE、PET等，生產(chǎn)時快速穿越涂布機(jī)的眾多金屬及橡膠導(dǎo)輥的過程中，因不斷地、反復(fù)地被加壓接觸、分離、摩擦，產(chǎn)生大量靜電，尤其是橡膠壓輥產(chǎn)生靜電的強(qiáng)度遠(yuǎn)勝于金屬導(dǎo)a。根據(jù)靜電系列、紙面帶正電荷、PET帶負(fù)電荷，導(dǎo)輥面則產(chǎn)生等量異號靜電荷。當(dāng)用靜電測試儀測定時，測定的靜電壓達(dá)數(shù)千伏。

目前涂布生產(chǎn)中除靜電技術(shù)概況

雖然各廠家在涂布生產(chǎn)時采用了各種不同方式的除靜電措施，如離子流除靜電器、機(jī)體。電源地線簡單接地除靜電措施等，這些措施有不同的消除靜電作用，但都不能確?？煽可a(chǎn)。

1．離子流除靜電器一類措施，只適于消除被加工物表面已積累的靜電荷，不能消除穿過后續(xù)導(dǎo)輥再產(chǎn)生的靜電；尤其是涂布頭附近空間導(dǎo)輥眾多，空間有限，不便用這類除靜電器除靜電。

2．采用簡單的接地電阻較高的機(jī)體。電源地線接地消除靜電措施，在理論上局限于用歐姆定律：V=IR的觀念。歐姆定律是反映載電體為導(dǎo)體，電荷均勻有序布于導(dǎo)體表面的條件下，電壓、電流、載體電阻三者間的關(guān)系。而涂布生產(chǎn)中靜電荷的載體為絕緣性的紙、塑膜、橡膠，其上面的靜電荷無序散布于絕緣體表面，因此用歐姆定律的理論觀念是不能解決靜電積累問題的。生產(chǎn)現(xiàn)場中用靜電測試儀測定的電壓值雖為數(shù)千伏，但它是反映散布在紙、塑膜及各導(dǎo)輥所有表面靜電荷的總能量(電壓)狀況，而每個瞬間能以導(dǎo)輥接觸的物料表面上分散存在的靜電荷的電壓是有限的。分散在絕緣體上每個靜電荷不可能經(jīng)地線流人大地。尤其是當(dāng)靜電荷為正電荷時，它是載電體物料中若干物料分子失去電子后的帶電質(zhì)點(陽離子)，仍為載電體物料組成之一，顯然，在歐姆定律理論基礎(chǔ)上，正電荷是不可能沿接地線流人大地的。

上述表明，用歐姆定律作為消除靜電的理論依據(jù)難以達(dá)到預(yù)期目的。而且用歐姆定律也無法解釋靜電火花產(chǎn)生的過程：

涂布生產(chǎn)中靜電火花產(chǎn)生的過程

基于前述及涂布生產(chǎn)實踐，探索消除靜電火花的措施，必須以庫倫定律(式1)及電場強(qiáng)度(式2)等靜電學(xué)相關(guān)的理論為依據(jù)，即：

F=g1g2/4Ω2(1)

F=g2/4Ω2(2)

1．應(yīng)十分注意橡膠壓輥產(chǎn)生靜電火花對可靠的嚴(yán)重危害。生產(chǎn)中，橡膠壓輥面與紙或塑膜(以PET為例)分別產(chǎn)生等量異號的靜電荷，壓輥面帶正電荷，PET面帶負(fù)電荷。橡膠壓輥與PET重復(fù)接觸、分離，靜電荷逐漸積累，PET與橡膠壓輥一次接觸分離所產(chǎn)生的靜電荷無序分布于整個卷材，電荷密度大大低于橡膠壓輥面。

隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，橡膠壓輥的靜電荷逐漸增加，由(2)式可知，電場強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。

由于橡膠壓輥的內(nèi)部，是直徑為10cm—15em的鐵質(zhì)管狀，外部由厚3—4cm橡膠包覆在電場作用下，鐵質(zhì)管狀體軸承通過機(jī)體和接地線路與大地相連，在接地電阻很小的某一瞬間，從大地經(jīng)接地線路傳遞異號感應(yīng)電荷，使鐵質(zhì)管狀體帶上異號靜電荷。因鐵質(zhì)管狀體是電導(dǎo)體，其上的感應(yīng)電荷同性相斥，向管狀體兩端靠近。隨著橡膠壓輥面靜電荷的積累，感應(yīng)電荷量也等量逐漸增加，排斥力加強(qiáng)，濟(jì)終集于鐵管的兩端，形成很強(qiáng)的電場，電場方向與原生靜電荷電場方向相同，在正負(fù)電荷間的空間、電場強(qiáng)度疊加。由庫倫定律(式1)，在r值十分有限的情況下，正負(fù)電荷間的巨大吸引力，克服介質(zhì)(空氣)的阻礙產(chǎn)生正負(fù)電荷中和、介質(zhì)(空氣)擊穿，釋放相當(dāng)量熱能——電火花產(chǎn)生。所釋放的熱能足以引燃、引爆溶劑氣體，造成設(shè)備、人員可靠事故。

橡膠壓輥及金屬導(dǎo)輥兩端軸承內(nèi)的絕緣性潤滑劑，使其接地電阻十分不穩(wěn)定，在一般情況下，軸承內(nèi)潤滑劑膜完整涂覆于所有軸承表面，使其起著完好的絕緣作用，不能產(chǎn)生感應(yīng)電荷。但在長期運行中，總會出現(xiàn)某些瞬間軸承內(nèi)某處的潤滑劑膜破裂的現(xiàn)象，軸承金屬面與接地的機(jī)體直接接觸，電阻大幅下降，在電場作用下大地向鐵管芯傳遞異號感應(yīng)電荷。此時，若靜電荷量很高，將產(chǎn)生電火花，造成可靠事故。這表明，由于潤滑劑的影響，接地電阻極不穩(wěn)定的情況下，壓輥鐵管芯帶有異號感應(yīng)電荷的現(xiàn)象，既具有偶然性，又具有必然性。偶然性是難以預(yù)測某個瞬間潤滑劑膜破裂；必然性是在軸承快速旋轉(zhuǎn)的情況下，潤滑劑膜瞬間破裂的現(xiàn)象總有發(fā)生的時候。也就決定了涂布生產(chǎn)中若除靜電措施不當(dāng)，產(chǎn)生靜電火花既具偶然性，又具有必然性。

必須指出，橡膠壓輥內(nèi)部的鐵管芯(包括后面述及的金屬導(dǎo)輥)通過接地線路與大地形成電學(xué)等效體，是指在電場作用下，大地能向鐵管芯傳遞異號等量感應(yīng)電荷的電學(xué)體系。

2．涂布生產(chǎn)中，除橡膠壓輥產(chǎn)生大量靜電危及人身設(shè)備可靠外，被加工的紙或塑膜在制造及加3232藝中，也產(chǎn)生并積累相當(dāng)量的靜電，若不能有效消除，也有產(chǎn)生靜電火花的可能，是危及可靠生產(chǎn)的原因之一。按照涂布生產(chǎn)各瞬間狀況，分別做如下分析：

1)若處于涂布的某瞬間PET某處有少量靜電荷g1，距某金屬導(dǎo)輥的距離r還較遠(yuǎn)。假設(shè)為0．4m，此時導(dǎo)輥處的電場強(qiáng)度E1還較低，導(dǎo)輥通過接地線與大地形成的電學(xué)等效體受到電場作用還有限，不能克服接地電阻傳遞感應(yīng)電荷，導(dǎo)輥表面尚無感應(yīng)電荷，也就不會有電火花產(chǎn)生。

2)當(dāng)下一瞬間，這少量靜電荷z1距導(dǎo)輥的距離r很小，如0．04m，由式(2)可知，電場強(qiáng)度E2急劇增強(qiáng)，由于距離大幅減小，r22／r22=100，即E2二100E1。此時由于電場的顯著作用，經(jīng)接地電阻從大地傳遞等量的異號感應(yīng)電荷到導(dǎo)輥面，但靜電荷量g1較低、正負(fù)電荷間的吸引力還有限，不能產(chǎn)生正負(fù)電荷中和現(xiàn)象，仍無電火花產(chǎn)生。

但是，倘若該處PET膜積累的電荷量g1很高，電場強(qiáng)度大幅增加，感應(yīng)電荷量也隨之等量增加。根據(jù)庫倫定律，正負(fù)電荷間的距大吸引力克服介質(zhì)(空氣)的阻力，發(fā)生電荷中和、釋放大量熱能，電火花產(chǎn)生。

可見，涂布生產(chǎn)中PET膜帶有靜電荷時，由三方面因素決定電火花是否產(chǎn)生。

其一是靜電荷量很高，這是決定性因素。其二是靜電荷距導(dǎo)輥的距離，也就是正負(fù)電荷之間的距離，即電場強(qiáng)度中的r值。其三是在涂布生產(chǎn)中，PET快速穿越眾多導(dǎo)輥，每個瞬間都有濟(jì)小的r值出現(xiàn)，問題在于濟(jì)小r值時，該導(dǎo)輥的潤滑劑膜是否破裂，是否有等量異號感應(yīng)電荷產(chǎn)生。若潤滑劑膜完整、電阻較高、不能形成有效的接地等效體、無感應(yīng)電荷存在，即便PET膜有大量靜電荷，也不會產(chǎn)生電火花。只有在潤滑劑膜破裂時，有感應(yīng)電荷產(chǎn)生才有電火花產(chǎn)生。這也表明涂布生產(chǎn)中產(chǎn)生電火花既具必然性，又具偶然性，，當(dāng)然，如果靜電荷量很高，在很強(qiáng)的電場作用下?lián)舸櫥瑒┠さ淖杩?，也將會有極強(qiáng)的電火花產(chǎn)生。