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1、静电与静电防护措施 探究背景: 我司在涂布生产中,被加工的基布或转移膜及涂布机各类导辊会产生大量静电,而生产工艺中又必需使用低沸点、易挥发的易燃易爆的有机溶剂,如乙酸乙酯、甲苯等。稳定生产中,涂布头和烘道内会产生大量易燃易爆溶剂气体。若消退静电措施不当,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安全事故。鉴于我司近几年来已发生两起静电起火事故,为防患于未然,稳定安全生产,现对设备静电防护做以下探究分析。 1.?静电的概念 ?静电,顾名思义,就是指的静止的、不流淌的电荷。我们知道物质都是由原子构成的。原子分为原子核和
2、核外电子,电子环绕原子核做高速圆周运动。原子核带正电,核外电子带负电。在一般状况下,原子核的正电荷数量与核外电子的负电荷数量相等,所以对外不显电性。但在受到外力作用时,这种平衡有可能被打破,此时电子脱离原子核束缚而显负电性,而原子因为失去电子显正电性。当这种只带一个极性的电荷积聚在某个物体上时就形成静电。电荷有正、负两种电荷。那么静电现象也就分为正静电和负静电。随着静电的增加,静电在其四周形成静电场,当静电场的能量增加到一定范围后,就能击穿其介质而对外放电。比如冬天空气干燥的夜晚当人脱下化纤一类衣服时,能看到火花和响声,这是化纤与人体摩擦人体带上正静电的原因。 2.?静电的产生 ?静电主要是由
3、于以下几种方式产生: (1)摩擦。因不同材料的物体接触后再分别,由于不同原子核对电子的束缚能力不同,当两种不同材料物质接触或者摩擦时,外围电子将转移到束缚能力大的一方,导致一材料带正电,另一材料带负电。 (2)传导。因为在导体而言,电子能在他的表面自由移动。当与带电体接触时,电子会从发生电荷转移,导致两者电荷平衡,从而形成静电现象。 (3)感应。这里的感应是指邻近电场的感应,对于导体,电子在导电材料表面自由移动,若将该导体放置在另一个静电场中,由于同性电荷相互排斥,异性电荷相互吸引,正、负离子就会发生转移,该导体因静电场感应导致正、负电荷不平衡而形成带电。 一般状况下,电导率越小的非导体越简单
4、产生静电,此时产生的静电荷不简单排出。其泄露时间能达到秒、时、日数量级。而对于导体,即使产生静电也能由导体对外排出电荷。若导体外壳与大地等绝缘,此时导体上也能静止带电。另外,湿度对静电产生的作用也很大,湿度为10%20%时产生的静电比湿度为70%90%时要强8-40倍。 3.?涂布生产工艺中静电的产生 ?我司涂布生产被加工物为绝缘性的基布及塑料类物料,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、分别、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辊。依据静电系列、基布和PET带负电荷,导辊面则产生等量异号静电荷。当用静电测试测定
5、时,测定的静电压达数千伏。 4.?我司的除静电措施分析 ?我司在生产时采用了不同方式的除静电措施,如导电绳、机体等简洁接地除静电措施,这些措施有不同的消退静电作用,但都不能确保安全生产。 (1)悬挂静电绳。这类措施只适于消退被加工物表面已积累电荷,不能消退穿过后续导辊后,再产生的静电:尤其是生产线四周空间导辊众多,均悬挂导电绳不便于操作。而且生产操作中由于车速过快、机器震惊等原因,易导致导电绳接触面减小,转移的电荷不充分,并且随着使用的时间的增加,珠子、灰尘、细小铝层不断的包裹,静电绳用过一段时间后就失去了效果。(从成原来说静电绳的持续消耗较大) (2)采用简洁的接地电阻较高的机体。机壳式消退
6、静电措施,在理论上局限于欧姆定律:U=IR的观念。欧姆定律是反映载电体为导体,电荷匀称有序分布于导体表面的条件下,电压U、电流I、载体电阻R三者间的关系。而涂布生产中静电荷的载体为绝缘性的基布、塑料、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是不能解决静电积累问题的。 ?5.理论分析 基于前述及涂布生产实践,探索消退静电火花措施,必需以库伦定律(式)及电场强度(式)等静电学相关理论为依据,即: 介电常数?在匀称介质中为常数。 (1)?电火花的产生条件 在生产中要非常留意橡胶压辊产生静电火花对安全的严重危害。生产中,橡胶压辊面与基布或PET分别产生等量异号的静电荷,压辊面带正
7、电荷,PET面带负电荷。橡胶压辊与基布或防粘膜重复接触、分别,电荷量渐渐积累,PET与橡胶压辊一次接触分别所产生的静电荷无序分布于整个卷材。随着生产的进行和废膜的收卷,橡胶压辊和废膜收卷处的静电荷渐渐增加,由式可知,电场强度渐渐增加。 由于橡胶压辊的内部,是直径为100-150mm的铁质管状,外部由厚30-40mm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,想管状体两端靠近。随着橡胶压辊面静电荷的积累,感应电荷量也等量渐渐增加,排斥力加强,
8、最终集于铁管的两端,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),在d(电荷距离)值非常有限的状况下,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,造成人身、设备安全事故。 橡胶压辊及废膜收卷金属导辊两端轴承内的绝缘性润滑剂,使其接地电阻非常不稳定,在一般状况下,轴承内润滑剂完整涂覆于全部轴承表面,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裂开的现象,轴承金属面与接地的机体直接接触,电阻大
9、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,造成安全事故。这表明,由于润滑剂的影响,接地电阻极不稳定的状况下,压辊铁管芯带有异号感应电荷的现象,既具有偶然性,又具有必定性。偶然性是难以预估某个瞬间润滑剂膜裂开;必定性是在轴承快速选择的状况下,润滑剂膜瞬间裂开的现象总有发生的时候。也就打算了涂布生产中若除静电措施不当,产生静电火花,既具有偶然性,又具有必定性。 (2)?电火花产生的打算因素 ?根据涂布生产各瞬间状况,分别做如下分析: 若处于涂布的某瞬间PET膜某处有少量静电荷?,距某处金属导辊的距离d1还较远。假设为0.4m,此时导辊处的电场强度E1还很
10、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。 当下一瞬间,这个少量电荷?距导辊的距离d2很小,如0.04m。由式可知,电场强度E2急剧增加,由于距离大幅减小,d1?/d2?=100,即E2=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?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。 可见,涂布生产中PET膜带有静电荷时,由三方面因素打算电火花是否产生。 一是静电荷量要很高,这是打算因素。 二是静电荷距导辊的距离,也就是正负电荷之间
11、的距离,即电场强度中的d值。 三是在涂布生产中,PET快速穿越众多导辊,每个瞬间都有最小的d值出现,此时,该导辊的润滑剂是否裂开。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。只有在润滑剂膜裂开时,有感应电荷产生才有电火花产生。当然,假如静电荷量很高,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。 6.消退静电荷积累的方式及条件 类似()中所述,当带有少量静电荷的PET膜运行到与导辊接触时,间距很小,距离d近乎为0,此时辊面有等量感应电荷。由库伦定律:当d0时,1/d?趋于无限大,正负电荷间的吸引足以产生正负电
12、荷中和现象,静电被消退,释放的能量呈分散状态,远达不到引燃引爆可燃气体的最低能量,这是安全的中和方式。 从微观看,呈分散状态的少量静电荷的中和是负电荷(电子)回到带正电荷的分子(阳离子)轨道上,使带点物料质点(分子)呈电中性状态。这种中和所产生的能量,在用于电子回到原子轨道上所消耗的能量后,剩余的释放能量微小,且呈分散状态。因此,这种正负电荷的中和过程是安全的。 消退静电荷的积累条件是:静电荷量很低,其载体(基布、PET膜或压辊橡胶层)与感应电荷载体(导辊或除静电绳)间紧密接触,即d0的条件下,感应电荷载体在少量静电荷(电场强度很低)的电场作用下,能产生感应电荷,这就要求有极低且极稳定的接地电
13、阻,消退静电积累。 一般状况下,PET类薄膜在制造过程中未加入防静电剂的话,涂布生产中产生静电是不可避免的。而我司接地措施,仅仅是通过铁质支架接触水泥地,形成简洁的接地等效体。在冬季教空气和地表湿度较低的状况下,接地中和效果不好,极易造成载体和导辊电荷量的积累,从而导致电火花的产生。 因此,要确保安全,须准时以最小量的正负电荷中和方式消退静电。为此,须有良好的接地设施,使其与机体各部能形成有效的电学等效体,只要有极微量的静电,都能马上从大地传递感应电荷,在正负电荷载体亲密接触条件下,即d值趋于零的状况下,发生安全的正负电荷中和现象,这样可达阻挡静电积累,从而杜绝电火花产生。 基于上述探究,提出
14、以下简洁、易行、有效的措施: (1)依据对涂布生产中静电火花产生过程的分析和结合相关文献映证,可采用“强电解质浸润铜质接地电极”的专用接地线,其接地电阻甚低、接地状况非常稳定。可以有效的传递感应电荷,阻挡静电积累。 (2)各导辊面,尤其是涂布头区域、烘箱内、复合处的导辊面须以专用接地线直接接触,以保证接地状况非常稳定。在长兴项目设计时可考虑将高浓度溶剂区域和复合处的导辊轴心使用接地线直接连接,在壳体支座处尽量预先埋植装用接地电极和大地连接。 (3)橡胶辊除静电措施: 橡胶辊压辊面装置亲密接触的、材质为金属的静电消退辅助辊,该辊面与专用接地线直接接触。 依据库伦定律及电场强度,在工艺允许的前提下,尽可能增加压辊橡胶的厚度,可以有效增大d值,降低电场强度及正负电荷间的吸引力,有助于降低静电火花产生的可能性。 财务部职责报销制度会计制度 财务制度出纳职责劳动保护用品管理规定 - 8 -
