Elektryczność statyczna - przyczyny i przeciwdziałanie

Elektryczność statyczna to problem spotykany w wielu obszarach prowadzenia produkcji. Zagadnienie nie jest również obce branży tworzyw sztucznych i opakowań. Dlatego warto wiedzieć jakie są przyczyny tego zjawiska i jak mu przeciwdziałać. Tematykę tę wyjaśnia Trevor Pimm, dyrektor ds. Sprzedaży Regionalnej, Meech International.

Elektryczność statyczną często określa się jako niewidzialnego wroga produkcji. Dzisiejsze procesy wytwórcze o dużej szybkości, często obejmujące stosowanie materiałów syntetycznych, są bardziej podatne na skutki elektrostatyki niż to miało miejsce w przeszłości; przykładem tego jest etykietowanie. Etykiety są teraz częściej drukowane na tworzywie sztucznym i nakładane przy dużych prędkościach. Powoduje to wzrost elektryczności statycznej skutkujący błędnym nakładaniem, stratami produkcyjnymi, marnotrawstwem i ostatecznie stratą zysków.

Czym jest elektryczność statyczna?

Gdy materiał zawiera ładunek elektryczny netto, dodatni lub ujemny, mówi się że posiada ładunek elektrostatyczny. Termin elektrostatyka jest względny, ponieważ w wielu przypadkach ładunki elektrostatyczne będą powoli malały w miarę upływu czasu. Niezbędny na to czas zależy od rezystancji materiału. Ze względów praktycznych, jako dwa skrajne przypadki można przyjąć tworzywa sztuczne i metal. Tworzywa sztuczne generalnie charakteryzują się bardzo wysokim oporem właściwym, co pozwala na długotrwałe utrzymywanie ładunków elektrostatycznych; z drugiej strony metale posiadają niską rezystancję i uziemiony przedmiot metalowy zachowuje swój ładunek przez bardzo krótki czas. Elektryczność statyczną zwykle mierzy się w woltach. Podczas gdy napięcie sieciowe wynoszące 220 wolt prądu zmiennego uznaje się za niebezpieczne, to ładunki elektrostatyczne na poziomie 100 kV są powszechne.

Jak powstaje elektrostatyka?

Istnieją trzy główne źródła elektryczności statycznej: tarcie, rozdzielanie i indukcja.

Jeśli chodzi o to pierwsze, czyli tarcie, to przy pocieraniu o siebie dwóch materiałów elektrony związane z atomami powierzchniowymi na każdym z tych materiałów bardzo zbliżają się do siebie. Takie elektrony powierzchniowe mogą przechodzić z jednego materiału na drugi. Kierunek, w którym poruszają się elektrony, zależy od szeregu tryboelektrycznego.

Materiały po stronie dodatniej szeregu będą wykazywały tendencję do oddawania swoich elektronów powierzchniowych i naładują się dodatnio, podczas gdy materiały po stronie ujemnej będą dążyły do pozyskiwania elektronów, a więc do uzyskania ładunku ujemnego. Im mocniej obydwa materiały będą dociskane do siebie, tym większa będzie wymiana elektronów, a tym samym wytwarzany ładunek będzie większy. Prędkość ruchu tarcia również wywiera wpływ - im szybsze tarcie tym wyższy poziom naładowania. Wynika to z pobierania przez elektrony powierzchniowe energii cieplnej wytwarzanej przez tarcie.

Drugi wspominany sposób to rozdzielanie.

Metoda ładowania elektrostatycznego przez rozdzielanie jest podobna do tarcia. Kiedy dwa materiały stykają się, elektrony powierzchniowe znajdują się bardzo blisko siebie i przy rozdzielaniu wykazują tendencję do przywierania do jednego lub drugiego materiału, w zależności od swoich względnych pozycji w szeregu tryboelektrycznym.

Ostatnie źródło elektryczności statycznej to indukcja.

Chociaż jest interesująca technicznie, indukcja ma mniejsze znaczenie w procesach przemysłowych i nie będzie tutaj omawiana.