涂布生產工藝靜電預防

印刷包裝材料行業的涂布生產中，被加工的紙或塑膜類物料及涂布機各類導輥會產生大量靜電，而不少生產工藝須使用低沸點、易揮發的易燃易爆的有機溶劑，如甲苯、溶劑汽油及各種酮類、酯類溶劑，產生大量易燃易爆熔劑氣體。若消除靜電措施不當，隨著靜電荷不斷積累，將導致局部電場強度極高、介質(空氣)擊穿、正負電荷中和、產生電火花，引燃或引爆有機溶劑氣體，造成嚴重的人身設備可靠事故。此種可靠事故，在這一行業內時有發生。

涂布生產被加工物多為絕緣性的紙材及各種塑膜，如PE、PET等，生產時快速穿越涂布機的眾多金屬及橡膠導輥的過程中，因不斷地、反復地被加壓接觸、分離、摩擦，產生大量靜電，尤其是橡膠壓輥產生靜電的強度遠勝于金屬導a。根據靜電系列、紙面帶正電荷、PET帶負電荷，導輥面則產生等量異號靜電荷。當用靜電測試儀測定時，測定的靜電壓達數千伏。

目前涂布生產中除靜電技術概況

雖然各廠家在涂布生產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，但都不能確保可靠生產。

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，不能消除穿過后續導輥再產生的靜電；尤其是涂布頭附近空間導輥眾多，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體，電荷均勻有序布于導體表面的條件下，電壓、電流、載體電阻三者間的關系。而涂布生產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。生產現場中用靜電測試儀測定的電壓值雖為數千伏，但它是反映散布在紙、塑膜及各導輥所有表面靜電荷的總能量(電壓)狀況，而每個瞬間能以導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地線流人大地。尤其是當靜電荷為正電荷時，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難以達到預期目的。而且用歐姆定律也無法解釋靜電火花產生的過程：

涂布生產中靜電火花產生的過程

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

F=g1g2/4Ω2(1)

F=g2/4Ω2(2)

1．應十分注意橡膠壓輥產生靜電火花對可靠的嚴重危害。生產中，橡膠壓輥面與紙或塑膜(以PET為例)分別產生等量異號的靜電荷，壓輥面帶正電荷，PET面帶負電荷。橡膠壓輥與PET重復接觸、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。

隨著生產的進行，橡膠壓輥的靜電荷逐漸增加，由(2)式可知，電場強度逐漸增強。

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

橡膠壓輥及金屬導輥兩端軸承內的絕緣性潤滑劑，使其接地電阻十分不穩定，在一般情況下，軸承內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，不能產生感應電荷。但在長期運行中，總會出現某些瞬間軸承內某處的潤滑劑膜破裂的現象，軸承金屬面與接地的機體直接接觸，電阻大幅下降，在電場作用下大地向鐵管芯傳遞異號感應電荷。此時，若靜電荷量很高，將產生電火花，造成可靠事故。這表明，由于潤滑劑的影響，接地電阻極不穩定的情況下，壓輥鐵管芯帶有異號感應電荷的現象，既具有偶然性，又具有必然性。偶然性是難以預測某個瞬間潤滑劑膜破裂；必然性是在軸承快速旋轉的情況下，潤滑劑膜瞬間破裂的現象總有發生的時候。也就決定了涂布生產中若除靜電措施不當，產生靜電火花既具偶然性，又具有必然性。

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

2．涂布生產中，除橡膠壓輥產生大量靜電危及人身設備可靠外，被加工的紙或塑膜在制造及加3232藝中，也產生并積累相當量的靜電，若不能有效消除，也有產生靜電火花的可能，是危及可靠生產的原因之一。按照涂布生產各瞬間狀況，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，距某金屬導輥的距離r還較遠。假設為0．4m，此時導輥處的電場強度E1還較低，導輥通過接地線與大地形成的電學等效體受到電場作用還有限，不能克服接地電阻傳遞感應電荷，導輥表面尚無感應電荷，也就不會有電火花產生。

2)當下一瞬間，這少量靜電荷z1距導輥的距離r很小，如0．04m，由式(2)可知，電場強度E2急劇增強，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，經接地電阻從大地傳遞等量的異號感應電荷到導輥面，但靜電荷量g1較低、正負電荷間的吸引力還有限，不能產生正負電荷中和現象，仍無電火花產生。

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

可見，涂布生產中PET膜帶有靜電荷時，由三方面因素決定電火花是否產生。

其一是靜電荷量很高，這是決定性因素。其二是靜電荷距導輥的距離，也就是正負電荷之間的距離，即電場強度中的r值。其三是在涂布生產中，PET快速穿越眾多導輥，每個瞬間都有濟小的r值出現，問題在于濟小r值時，該導輥的潤滑劑膜是否破裂，是否有等量異號感應電荷產生。若潤滑劑膜完整、電阻較高、不能形成有效的接地等效體、無感應電荷存在，即便PET膜有大量靜電荷，也不會產生電火花。只有在潤滑劑膜破裂時，有感應電荷產生才有電火花產生。這也表明涂布生產中產生電火花既具必然性，又具偶然性，，當然，如果靜電荷量很高，在很強的電場作用下擊穿潤滑劑膜的阻抗，也將會有極強的電火花產生。