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　　靜電防護技術

　　一、靜電的產生、放電與引燃

　　1、靜電產生的原因

　　因其本身具有較好的導電性能，靜電將很快泄漏。但如汽油、苯、乙醚等，它們的電阻率都在1011-1014Ω.cm，都很容易產生和積累靜電。因此，電阻率是靜電能否積聚的條件。物質的介電常數是決定靜電電容的主要因素，它與物質的電阻率同樣密切影響著靜電產生的結果，通常采用相對介電常{TodayHot}數來表示。

　　2、產生靜電的幾種形式

　　A.接觸起電

　　接觸起電可發生在固體-固體、液體-液體或固體-液體的分界面上。氣體不能由這種方式帶電，但如果氣體中懸浮有固體顆粒或液滴，則固體顆粒或液滴均可以由接觸方式帶電，以致這種氣體能夠攜帶靜電電荷。

　　B.破斷起電

　　不論材料破斷前其內部電荷分布是否均勻，破斷后均可能在宏觀范圍內導致正負電荷分離，產生靜電。這種起電稱破斷起電。固體粉碎、液體分裂過{HotTag}程的起電都屬于破斷起電。

　　C.感應起電

　　導體能由其周圍的一個或一些帶電體感應而帶電。任何帶電體周圍都有電場，電場中的導體能改變周圍電場的分布，同時在電場作用下，導體上分離出極性相反的兩種電荷。如果該導體與周圍絕緣則將帶有電位，稱感應帶電。導體帶有電位，加上它帶有分離開來的電荷。因此，該導體能夠發生靜電放電。

　　D.電荷遷移

　　當一個帶電體與一個非帶電體相接觸時，電荷將按各自導電率所允許的程度在它們之間分配，這就是電荷遷移。當帶電霧滴或粉塵撞擊在固體上(如靜電除塵)時，會產生有力的電荷遷移。當氣體離子流射在初始不帶電的物體上時，也會出現類似的電荷遷移。

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　　3、影響靜電產生的因素

　　靜電產生受物質種類、雜質、表面狀態、接觸特征、分離速度、帶電歷程等因素的影響。

　　A.物質種類

　　相互接觸的兩種物體材質不同時，界面雙電層和接觸電位差亦不同，起電強弱也不同。在靜電序列中相隔較遠的兩種物體相接觸產生的接觸電位差較大。

　　B.雜質

　　一般情況下，混入雜質有增加靜電的趨向。但當雜質的加入降低了原有材料的電阻率時，則有利于靜電的泄漏。由于靜電產生多表現為界面現象，所以，當固體材料表面被水及其污物污染時會增強靜電。

　　C.表面狀態

　　表面粗糙，使靜電增加;表面受氧化也使靜電增加。

　　D.接觸特征

　　接觸面積增大、接觸壓力增大都可使靜電增加。

　　E.分離速度

　　分離速度越高，所產生靜電越強。所產生靜電大致與分離速度的二次方成正比。

　　F.帶電歷程

　　帶電歷程會改變物體表面特性，從而改變帶電特征。一般情況下，初次或初期帶電較強，重復性或持續性帶電較弱。

　　4、靜電的積聚和放電

　　A.靜電積聚

　　絕緣體帶電后由于材料本身的高電阻而使電荷保持在絕緣體上;被絕緣的導體也使電荷保持在導體上，二者均稱為靜電的積聚。通常情況下，純凈的氣體是絕緣體，因此懸浮狀態的顆粒云、液滴云或霧都能將它們的電荷保持很長時間而與其自身的電導率無關。

　　在所有情況下，電荷以一定速率泄漏，其速率由系統內絕緣體的電阻決定。因此，系統危險程度直接取決于該系統的電阻、電阻率或電導宰的大小。靜電泄漏是按指數規律進行的。

　　在許多工業生產過程中，靜電連續產生，并積累在一個孤立的導體上。例如，穩定的帶電液體或粉體，沉入一個孤立金屬容器時就是如此。孤立導體上的電位是電荷的輸入速率與泄漏速率平衡的結果。

　　B.靜電放電.

　　積聚在液體或固體上的電荷，對其他物體或接地導體放電時可能引起災害。靜電放電在形式上和引燃能力上有很大差別。下圖繪制了幾種常見靜電放電的火花形狀：

　　(a)火花放電

　　火花放電是發生在液態或固態導體之間的放電。其特征是有明亮的放電通道，通道內有很高的電流，整個通道內的氣體完全電離。放電很快且有很響的爆裂聲。

　　兩導體之間的電場強度超過擊穿強度時就會發生火花放電。對于平行板或曲率半徑很大的面，如果間隙為10mm或10mm以上，擊穿強度約為3×103kV/m;如果間隙減少，擊穿強度隨之略增大。因為發生放電的是導體，所以所有電荷幾乎全部進入火花，即幾乎火花消耗掉所有靜電能量。如果導體和大地之間的放電通路上有電阻，火花能量將小于該值，但火花持續時間較長。

　　(b)電暈放電

　　當導體上有曲率半徑很小的尖端存在時，則發生電暈放電。電暈放電可能指向其他物體也可能不指向某一特定方向。電暈放電時，尖端附近的場強很強，尖端附近氣體被電離，電荷可以離開導體;而遠離尖端處場強急劇減弱，電離不完全，因而只能建立起微小的電流。電暈放電的特征是伴有“嘶嘶”的響聲，有時有微弱的輝光。

　　電暈放電可以是連續放電，也可以是不連續的脈沖放電。電暈放電的能量密度遠小于火花放電的能量密度。在某些情況下，如果升高尖端導體的電位，電暈會發展成為通向另一物體的火花。

　　(c)刷形放電

　　刷形放電發生在導體與非導體之間，是自非導體上許多點發出短小火花的放電。每個火花由非導體表面能夠流進其內的電量來決定。其放電總體經常有刷子似的形狀。如果導體很尖，導體處的放電將具有電暈放電那樣向前擴展的特征。

　　(d)場致發射放電 是從物體表面發射出電子的放電。其能量很小，因此只有在涉及敏感度很高的易爆物品時才需要重視。

　　(e)雷形放電

　　當懸浮在空氣中的帶電粒子形成大范圍;高電荷密度的空間電荷云時，可發生閃雷狀的所謂雷形放電。受壓液體、液化氣高速噴出時可能發生雷形放電，雷形放電能量很大，引燃危險也很大。

　　5、靜電引燃

　　靜電放電能否引燃易燃、易爆混合物，取決于混合物的成分和溫度、放電能量以及能量隨時間的分布和在空間的分布。引燃源經常是導體的火花放電。因此，火花放電通常被用來測試引燃能量。通常，選取試驗電壓為10kV。大多數有機蒸氣和烴類氣體的最小引燃能量都在幾0.0l一0.1mJ之間。乙炔和氫在空氣中的最小引燃能量都是0.02mJ左右，而炸藥的最小引燃能量可低至0.001mJ。丙酮為1.15

　　mJ，異丙酵為0.65 mJ。

　　二、防止靜電危害的基本措施

　　防止靜電首先要設法不使靜電產生;對已產生的靜電，應盡量限制，使其達不到危險的程度。其次使產生的電荷盡快泄漏或中和，從而消除電荷的大量積聚。

　　1、減少摩擦起電

　　在傳動裝置中，應減少皮帶與其他傳動件上的打滑現象。如皮帶要松緊適當，保持一定的拉力，并避免過載運行等。選用的皮帶應盡可能采用導電膠帶或傳動效率較高的導電的三角膠帶。在輸送可燃氣體，易燃液體和易燃易爆物體的設備上，應采用直接軸(或聯軸節)傳動，一般不宜采用皮帶傳動;如需要皮帶傳動，則必須采取有效的防靜電措施。

　　限制易燃和可燃液體的流速，可以大大減少靜電的產生和積聚。當液體平流時，產生的靜電量與流速成正比，且與管道的內徑大小無關;當液體紊流時產生的靜電量與流速的1.75次方成正比，并與管道內徑的o.75次方成正比。

　　目前，世界各國控制流速的標準尚不統一。

　　總之，在確定流速時，不但要考慮管道的內徑，而且要注意流體的性質、所含雜質的成分和數量、管道的材質等各種因素的影響。

　　在管道中流動的可燃液體，即使有較高的平均電荷密度，但往往由于管道內有較大電容，并不顯示出有較高的電壓，且在管道中又因為沒有空氣，所以不會引起燃燒和爆炸。在這種情況下，雖然靜電在管道內部并不構成危險，但其嚴重的危害卻主要是在管道的出口處，這是必須引起重視的。

　　2、靜電接地

　　靜電接地的作用是泄放導體上可能集聚的電荷，使導體與大地等電位，使導體間電位差為零。

　　A.靜電接地原理

　　靜電接地就是用接地的辦法提供一條靜電荷泄漏的通道。實際上，靜電的產生和泄漏是并行的，是給帶電體輸入和輸出電荷的過程。物體上所積累的靜電電位，當對地電容一定時，完全取決于物體的起電量和泄漏電量之差。其中靜電起電速率是一個隨機變量。隨時間變化可以很緩慢地增加，也可能急劇變化。為了確保物體靜電安全，就以泄漏(接地)的辦法來解決。

　　靜電接地的應用范圍是有條件的，并不是一切物體帶電都可以借助于接地的辦法來解決。一般說來，可能引起火災、爆炸相危及安全的場所的金屬導體、設備，屬于靜電導體的非金屑材料、人體都必須進行靜電接地。同時還需考慮全系統接地的問題，否則接地反而會造成靜電放電現象。例如，當處于絕緣狀態的帶電人體(或物體)與接地體接近或接觸時，產生放電火花。相反，接地的人體(或物體)接近帶電的孤立導體時，同樣會產生火花放電。

　　B.靜電接地方式

　　(a)直接接地 直接接地就是電氣接地，即用金屬導線把帶電體直接和接地干線連接起來。

　　(b)間接接地

　　間接接地就是使金屬以外的物體進行靜電接地，將其表面的全部或局部與接地體緊密相接的一種接地方式。或者說，通過具有一定電阻值的靜電導體將帶電體和接地體連接起來。

　　3、降低電阻率

　　當物質的電阻率小于106 Ω.cm時，就能防止靜電荷的積聚。

　　A.添加導電填料

　　用摻入導電性能良好的物質的方法來降低其電阻率。如在橡膠的煉制過程中，摻入一定的石墨粉，使之成為導電橡膠;在塑料生產中，摻進少量的金屬粉末和石墨粉使之成為低電阻性塑料;在工業用油中，摻以少量的酒精或微量的醋酸;在苯中注入一些油酸鎂等金屬皂，均能降低其電阻率。

　　B.采用防靜電劑

　　防靜電劑以油脂為原料，主要成分為季胺鹽，它的作用是化纖、橡膠、塑料等物體的表面吸附空氣中的水分，增加導電率。如SN陽離子抗靜電油劑，在聚乙烯化纖紡織和聚乙烯醇合成纖維抽絲過程中，只要涂抹少量，即能使靜電電壓限制在幾十伏內。在生產滌綸纖維上使用的陽離子型PK抗靜電油劑和在長纖維上使用的MOA3、KP油劑等，也都有較好的防靜電性能。在生產防靜電輸送帶時，即在原料丁睛橡膠中，加入防靜電劑;在聚酯薄膜或其他塑料制品上，加入或涂上SM防靜電油劑也都有一定效果。在化纖紡絲中，加入環氧丙烷親水基因;在航空煤油等液體中加入ASA3防靜電添加劑;在感光膠片上涂上防靜電劑等，都能使表面電阻率或體積電阻率大大降低而減少靜電的積聚。

　　4、增加空氣濕度

　　當空氣的相對濕度在65—70%以上時，物體表面往往會形成一層極微薄的水膜。水膜能溶解空氣中的CO2，使表面電阻率大大降低，靜電荷就不易積聚。如果周圍空氣的相對濕度降至40一50%時，靜電不易逸散，就有可能形成高電位。增加空氣濕度的常用方法是向空氣中噴水霧，一般均選用旋轉式風扇噴霧器，不過該機不防爆，必須從墻外吹入。

　　5、空氣電離法

　　利用靜電消除器來電離空氣中的氧、氮離子，使空氣變成導體，就能有效地消除物體表面的靜電荷。常用的靜電消除器有：

　　(a)感應式靜電消除器

　　它還可以分為鋼件接地感應式、刷型感應式、針尖感應式等幾種。主要用于造紙、橡膠、紡織、塑料等生產及加工行業。

　　(b)高壓式靜電消除器

　　它主要有外加式、工頻交流式、可控硅、交流高頻高壓式等。在化工、紡織等工業中可根據不同的要求選用。此外，還有高壓離子流、放射性輻射等形式，適用于其他特殊場所。