塑料的靜電及其防治
一 什么叫靜電： 即相對靜止不動的電荷，通常指因不同物體之間相互摩擦而產(chǎn)生的在物體表面所帶的正負電荷。
二 靜電放電： 指具有不同靜電電位的物體由于直接接觸或靜電感應所引起的物體之間靜電電荷的轉移通常指在靜電場的能量達到一定程度之后，擊穿其間介質而進行放電的現(xiàn)象。
三 靜電產(chǎn)生的原因： 1 微觀原因 根據(jù)原子物理理論，電中性時物質處于電平衡狀態(tài)。由于不同物質原子的接觸產(chǎn)生電子的得失，使物質失去電平衡，產(chǎn)生靜電現(xiàn)象。
2 宏觀原因： 物體間摩擦生熱，激發(fā)電子轉移；
物體間的接觸和分離產(chǎn)生電子轉移；
電磁感應造成物體表面電荷的不平衡分布；
摩擦和電磁感應的綜合效應;
四 塑料都屬于高分子材料，表面電阻 體積電阻都大于10的12次方以上。因此，賦予了塑料材料的良好絕緣性能。而正由于這種原因他極易產(chǎn)生靜電，因為塑料及其制品在生產(chǎn) 搬運 接觸 分離 摩擦 碰撞 介入電磁感應場合都是及其可能，甚至是決不可能避免這些場合。那就帶來了靜電的產(chǎn)生因素。如何有效的防制，這是多年來人們關注和期待的話題?！ ?
五 塑料防靜電的概念：當塑料及制品表面阻值：大于10次方時極易產(chǎn)生靜電；在8－10次方之間具有一定防靜電性能；在6－8次方之間有很好的防靜電性能；在4－6次方之間具有最佳的防靜電性能；當達到4次方以下具有了相當?shù)膶щ娦阅埽瑢儆趯w 半導體材料。 六 塑料靜電的防治：1加入一些具有吸濕作用而又對塑料無害（助劑）材料，來降低其表面電阻，這就是塑料的防靜電劑，根據(jù)塑料品種不同選擇的抗靜電劑的種類使用；無論是離子型非離子型都屬于吸濕性抗靜電劑，就是加入這些助劑后，*這類材料吸取空氣中的水分，降低表面電阻，以達到防靜電性能?！ ?直接采用具有導電性能的塑料來加工其制品，這就是導電塑料（樹脂）產(chǎn)生的由來。從目前國內市場來看，大多數(shù)導電塑料還處于黑顏色的 添加型導電塑料；淺顏色地導電塑料品種還在開發(fā) 研制過程中?！ ∑摺】轨o電劑.導電塑料的選擇：1抗靜電劑 主要產(chǎn)地為浙江 上?！”本┑鹊?，按照塑料品種分為PVC PP.PE ABS.HIPS等各型價格均在幾十元／公斤，添加量1－3％，加入后一般表面阻值在：10的8－10次方，尤其是在濕度較大地區(qū)，數(shù)值明顯較小。國外進口的效果好于國產(chǎn)的，即便在較為干燥地區(qū)使用也可達到8次方。由于該類抗靜電劑的作用機理無法在來提高抗靜電性能。抗靜電母料，是為了適用大多數(shù)塑料原料均為顆粒狀，而添加方便制造的，其主要成分：載體＋抗靜電劑＋其他助劑組成，而載體通常又以LLDPE樹脂或其他樹脂為主?！ ? 導電塑料 目前國內常見到的均以樹脂添加納米級導電炭黑制造而成，其品種有PC PET PP PE ABS HIPS PVC以及各種塑料合金，但大多數(shù)是黑色地。淺色地少見到。價格分別在16－30元／公斤。主要產(chǎn)地廣東 浙江 山東 北京等地。 3淺色防靜電塑料 以添加納米氧化鋅晶須在塑料中，可降低塑料表面阻值，大目前價格昂貴。較少使用，正在推廣 試驗過程中?！ 》漓o電塑料的出現(xiàn)，為推動和發(fā)展塑料制品起到非常重要的作用，也為防靜電產(chǎn)品的需求帶來了保障。尤其是電子產(chǎn)品的包裝和要求防靜電場合使用的塑料產(chǎn)品。從現(xiàn)狀分析需求量增大 具有很好的發(fā)展勢頭！
靜電的危害與防靜電包裝
[摘要]簡述了靜電產(chǎn)生的原因，靜電積累和放電對敏感產(chǎn)品的危害，介紹了某些電子和軍工產(chǎn)品的靜電感度。對防靜電包裝原理進行了較為詳細的分析。通過對防靜電包裝技術現(xiàn)狀的分析，作者認為應采取果斷措施，強制推行靜電防護技術。建議加強對靜電危害的測試研究，從理論和實踐的結合上，深化對靜電危害的認識，并盡快制定相應的技術標準。
關鍵詞：靜電 感度 防靜電包裝
1 靜電的積累和靜電放電
兩種物質相互摩擦時，容易失去電子的一方帶上正電，容易得到電子的一方帶上負電。這兩種獨立存在的正電荷和負電荷就是人們通常所指的靜電（即靜止的電荷）。除摩擦作用之外，電場或電磁場的感應也是靜電產(chǎn)生的一個重要原因。
靜電可以積累，即失去的電子越多，積累的正電荷就越多；得到的電子越多，積累的負電荷就越多。
靜電積累可產(chǎn)生極高的電壓，達到十分驚人的程度。日常生活中的一些常見活動產(chǎn)生的靜電電壓如表1。
實驗測得的某些塑料摩擦后所帶靜電電壓如表2。
表1 日常生活中所產(chǎn)生的靜電電壓
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產(chǎn) 生 方 式 靜 電 電 壓（V）
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10%~20%（RH) 65%~90%（RH）
------------------------------------------------------------ 在地毯上行走 3500 1500
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在聚烯烴類地毯上行走 1200 250
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在工作臺上工作 6000 100
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撕開信封 7000 600
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從工作臺上拿起聚乙烯袋子 20000 1200
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坐在充填聚氨酯泡沫的工作椅上18000 1500
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表2 某些塑料摩擦后所帶的靜電電壓
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塑料種類 靜電電壓（kV）
硬質PVC 2-4
軟質PVC 1-3
HDPE 1-2
LDPE 0.4-0.8
PP 2-4
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注：摩擦片為不銹鋼，在200C，65%RH下測定。
積累的靜電遇到合適的條件（如兩物體相互接近），便產(chǎn)生靜電放電（Electrostatic Discharge），瞬間釋放出巨大的能量。日常生活中，當我們脫去化纖衣服時，會聽到“啪啪”的響聲。如果在黑暗中還會看到明亮的閃光。這就是化纖在摩擦中產(chǎn)生的靜電放電現(xiàn)象。自然現(xiàn)象中的雷電，實質上也就是水分子在相互摩擦中所產(chǎn)生的靜電積累在一定條件下的放電現(xiàn)象。
2 靜電的危害
靜電的危害指靜電放電對靜電敏感產(chǎn)品造成的損害。靜電危害的大小或靜電損害的嚴重程度取決于靜電積累的程度（靜電電壓）和靜電敏感產(chǎn)品的靜電感度。靜電電壓越高，危害越大；產(chǎn)品的靜電感度越大，越易于受到靜電的危害。
（1）靜電對光電產(chǎn)品的危害
靜電對光電產(chǎn)品的危害主要表現(xiàn)在三個方面。一是使光電產(chǎn)品吸附灰塵，影響光電產(chǎn)品的透光度，同時造成光電產(chǎn)品的銹蝕、生霉。這方面的危害主要發(fā)生在產(chǎn)品總裝前后。二是使光電產(chǎn)品的性能衰減，這可能影響到光電產(chǎn)品的壽命。三是造成光電產(chǎn)品失效報廢。第二、三兩個方向的危害來自電子元、器件的靜電損傷，即由電子元、器件的損傷或失效所引起。這一點，可以從一些常用電子元、器件的靜電感度上看出（見表3）。
表3 某些常用電子產(chǎn)品的靜電感度
產(chǎn) 品 靜電感度（靜電電壓V）
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晶體管 30~7000 ----------------------------------------------------------
工作放大器（微型組件) 20-2500
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二極管 300-2500
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薄膜電阻 300-3000
------------------------------------------------------------ 低功率集成電路 500-2500
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可控硅整流器 700-1000
------------------------------------------------------------ 值得重視的是，隨著電子技術的發(fā)展，微電子元件的集成度越來越高。一個極微弱的靜電電壓就可能擊穿元件，造成斷路或短路，使器件失效或報廢。例如，MOS場效應管靜電感度為100V，而某些采用新工藝生產(chǎn)的大規(guī)模集成電路，靜電感度僅20~30V。
日本曾對不合格的電子產(chǎn)品進行過解剖分析，發(fā)現(xiàn)元件不合格的45%是由靜電造成。美國也曾作過統(tǒng)計，它的電子工業(yè)每年由于靜電造成的損失高達100億美元。英國的電子產(chǎn)品，每年因靜電造成的損失為20億英磅。
靜電對電子產(chǎn)品危害的嚴重性，從60年代開始，就引起了人們的高度重視。美國在60年代就制訂了一系列的防靜電計劃和技術標準，在軍事工業(yè)和電子工業(yè)中，強制推行防靜電技術。
（2）靜電對彈藥、火工品、火炸藥的危害
美國軍方頒布的第一個防靜電包裝材料標準（MIL-P-82646，1969.2）就是針對特種兵器產(chǎn)品（火工品、火炸藥）的靜電危害的。此后，又頒布了另一個標準（MIL-P-81705，1969.7.14）也是道德針對導彈發(fā)射藥和火工品的靜電危害。由于彈藥、引信、火工品、火炸藥本身就是易燃易爆危險品。它們的材料構成就決定了它們極易受到靜電的危害，造成重大燃爆事故，帶來無法挽回的損失。因而對這類產(chǎn)品的靜電防護就顯得特別重要。
海軍某艦艇在雷達開機時，強大的電磁場誘使魚雷發(fā)射。某戰(zhàn)役中，某部存放在陣地上的火箭彈，在雷雨中從包裝箱內飛出。某廠在進行子母彈子彈靜破甲試驗時，職工衣著化纖服裝，腳穿普通膠鞋，在用木制器具將產(chǎn)品送往試驗場途中突然發(fā)生爆炸，造成嚴重傷亡事故。
在兵工行業(yè)，尤其是火炸藥、火工品的科研、生產(chǎn)部門，人們對靜電的危害是有充分認識的。因而在生產(chǎn)過程中，非常重視靜電的防護。需要注意的是產(chǎn)品包裝的靜電防護。彈藥、火工品、火炸藥在運輸、裝卸、儲存中的某些重大爆炸、燃燒事故，極有可能是由于包裝防護不當所造成的。
靜電對彈藥、火工品、火炸藥的危害程度取決于這些產(chǎn)品的靜電感度和靜電電壓的大小。產(chǎn)品的靜電感度越高，越容易受到靜電的危害。靜電電壓越高，危害程度越大。某些火工品的常用藥劑靜電感度見表4。
表4 彈藥、火工品常用藥劑的靜電感度
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名稱 二硝基重氮酚 雷汞 四氮烯 三硝基間苯二酚鉛 迭氮化鋁
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靜電感度（J）0.0012 0.025 0.01 0.0009 0.007
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注：以靜電能量表示的靜電感度，遵循如下公式：
2
E=1/2CV
E棗靜電發(fā)火能量（J）
C棗電容（μμF）
V棗靜電電壓（V）
一般情況下，人體靜電能量最大值為12.3mJ。若按人體電容為280pF計算，對應的靜電電壓為9.4kV。
使單基藥發(fā)火所需最小靜電能量為0.01~10J。黑火藥的靜電感度測量結果（表5）表明，它們的靜電感度高得驚人。
表5 黑火藥的靜電感度測試結果
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電容C（pF） 0.3×108
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放電電壓V（V） 3000 1000 500 500 400 350 350 300
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藥量G（g） 8 8 8 8 8 8 8 8
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著火次數(shù)/放電次數(shù) 1/1 1/1 1/1 1/4 1/2 1/4 1/5 1/2
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注：表中所列靜電放電電壓，嚴格地講不能看作是靜電感度，因為不能證明它們就是黑火藥著火的臨界靜電電壓。
1991年7月，59所受海后裝備研究所委托，到某地測試了部分產(chǎn)品在運輸過程中與包裝材料之間的靜電，驚人的靜電電壓，使參加測試的所有人員感到恐懼。產(chǎn)品與包裝材料（聚苯乙烯泡沫）之間運輸過程中所產(chǎn)生的靜電電壓競高達3萬伏。這一嚴峻的現(xiàn)實，為我們提出了防靜電包裝的緊迫課題。
3 防靜電包裝原理
靜電是一種常見的物理現(xiàn)象。靜電的產(chǎn)生并不可怕，對光電產(chǎn)品、彈藥、火工品造成危害并釀成重大事故的是靜電的積累和放電。知道了這一點，防止靜電的危害就不難了。簡單地說，只要能夠造成一個不積累靜電的條件，就可以避免靜電的危害。
靜電的產(chǎn)生主要來自兩個方面。一是物體（尤其是絕緣體）間的相互摩擦，一是外界電場或電磁場的感應。一般講，物體電導率越高（電阻率越低）越不容易產(chǎn)生和積累靜電。因為電導率高的物體，一旦因摩擦等外界作用失去電子，很快就會有其它部位的電子去填補空缺，即產(chǎn)生電荷的轉移，使物體顯現(xiàn)出電中性。反之，如果物體電導率極低（電阻率大，如絕緣體），當摩擦作用使其某一部份失去電子時，就不可能在短時間內產(chǎn)生電荷轉移，于是物體的一部份產(chǎn)生正電荷的積累（失去電子），另一部份產(chǎn)生負電荷的積累（得到電子）。由于電荷的積累僅出現(xiàn)在物體的表面，物體的表面電導率（通常用表面電阻率來表示）就成為研究靜電的產(chǎn)生和積累的重要物理參數(shù)。
大量的研究和實踐表明，從包裝角度來看，材料表面電阻率與靜電防護程度有圖1的關系。
有效的靜電防護除了必須了解上述材料表面電阻率與防護程度的關系之外，還必須熟悉產(chǎn)品本身的靜電感度和產(chǎn)品流轉、儲存可能經(jīng)由的環(huán)境。
產(chǎn)品本身的靜電感度決定了選用何種防靜電材料較為合適。例如，對靜電不太敏感（鈍感）的產(chǎn)品，以表面電阻率為109~2012Ω的包裝材料較為理想。因為這類材料已屬不容易因摩擦振動而產(chǎn)生靜電，具有了防靜電的功能，成本低、材料易得。一般普通紙張、棉麻等天然纖維制品即具有這種功能。如果產(chǎn)品對靜電極為敏感，如場效應晶體管、大規(guī)模集成電子元件、電起爆器、電點火具等，則必須選用表面電阻率在109Ω以下的包裝材料。
對產(chǎn)品流通環(huán)境的了解，有助于幫助我們了解靜電可能產(chǎn)生的大小。大家知道，靜電積累的程度與環(huán)境相對濕度的關系極大。相對濕度較低（空氣越干燥），靜電越容易積累；相對濕度越大（空氣潮濕），靜電越不易積累。這是因為空氣中的水分子是極性分子，大量水分子的存在可以帶走一部份電荷的緣故，尤其是在空氣流通的情況下。知道了產(chǎn)品流轉和儲存環(huán)境，可預測出靜電危害的大小。例如，冬季的北方，干燥的沙漠，產(chǎn)品包裝材料與材料之間，產(chǎn)品與包裝之間，在運輸振動摩擦中就可能產(chǎn)生極高的靜電電壓，構成對產(chǎn)品的嚴重威脅和危害。這種情況就更要特別注意靜電的防護。
4 國內防靜電包裝技術的發(fā)展
國外工業(yè)發(fā)達國家在60年代對靜電危害已有充分認識，相繼制定了大量的防靜電包裝標準。防靜電包裝材料也隨之迅速發(fā)展，有效地控制了靜電的危害。表現(xiàn)在工業(yè)上，電子產(chǎn)品質量可*性不斷提高，電子器件的使用壽命在幅度增長，軍事上的易燃易爆品燃爆事故大為減少。
國內近年來對靜電的危害也有了認識，表現(xiàn)在生產(chǎn)過程中，已經(jīng)普遍注意到了靜電的防護。
但是，不能不看到，無論電子產(chǎn)品還是軍用為炸藥、火工品、彈藥等對靜電極為敏感的產(chǎn)品，至今沒有明確提到包裝防靜電問題，更不要說制定相應的技術標準了。這里有幾個方面的原因值得我們探索。
一是對靜電的危害尚缺乏充分的認識。一些電子元件生產(chǎn)廠，競然用完全不具有防靜電功能的普通塑料箱進行半成品的周轉。火炸藥生產(chǎn)廠也用一般的塑料袋作為硝公棉的內包裝袋。對某些燃爆事故的原因分析，也從未從靜電危害的角度去分析問題等等。二是缺乏對防靜電包裝技術的深入研究。至今我們還并不十分清楚某些產(chǎn)品（尤其是電火工品）的靜電感度到底是多少。防靜電包裝材料的研究也缺乏系統(tǒng)性，可供選擇的包裝材料十分有限。
1986年以來，針對國內防靜電包裝材料奇缺的狀況。59所開展了這方面的研究。到目前為止，已初步形成防靜電包裝的系列材料。這主要包括防靜電包裝用塑料薄膜，緩沖泡沫、注塑成形和擠出成形用防靜電塑料。這些材料的電性能和力學性能可滿足不同產(chǎn)品靜電防護的需要，有的產(chǎn)品性能已達到國外80年代水平。初步滿足了目前國內部份市場的需求。
我們相信，隨著人們對靜電危害認識的深化，在電子行業(yè)和軍工行業(yè)，防靜電包裝技術必將得到迅速發(fā)展。
5 結論和建議
靜電的積累和放電已經(jīng)對微電子行業(yè)和軍工行業(yè)造成了巨大的損失。靜電的危害并不可怕，可怕的是人們對它缺乏認識。隨著科學技術的發(fā)展，靜電的危害必將引起越來越多的部門的高度重視。防靜電包裝技術也將得到迅速發(fā)展。
為了將靜電的危害減小到最低限度，有必要采取果斷措施，強制推行防靜電技術。在此建議：
（1）加強對靜電危害的宣傳。增強靜電敏感產(chǎn)品行業(yè)各類人員的防靜電意識。
（2）軍工產(chǎn)品的研究和生產(chǎn)部門共同協(xié)作，從理論和實踐的結合上進一步弄清某些常用藥劑的靜電感度，為防靜電包裝奠定理論基礎。
（3）對軍工行業(yè)中的火炸藥、火工品、彈藥（包括引信、可燃藥筒等）進行一次全面的調查，弄清各種環(huán)境條件下產(chǎn)品周轉和儲存中靜電的大小。為防靜電包裝提供基礎資料。
（4）對于靜電敏感產(chǎn)品從生產(chǎn)過程到產(chǎn)品出廠，嚴格控制各個環(huán)節(jié)的靜電防護。針對出廠包裝這一薄弱環(huán)節(jié)，盡快抓緊防靜電包裝的立法工作。
