隨著現代科學技術的飛速發展,以及各部門生產自動化、高速化和精密化程度的迅速提高,靜電現象造成的危害也日益引起人們的重視。
1. 靜電的產生
靜電的產生過程及方式是相當復雜的,主要有感應起電、介質的極化起電、溫差起電、壓力起電、吸附起電、電解起電和接觸起電等。有時幾種起電方式同時存在。其中接觸起電是產生靜電電荷的主要方式,生產中常見的物體經接觸和分離過程而產生靜電的現象有;
(1) 摩擦起電——用摩擦的方法使兩物體分別帶有等值異號電荷的過程。液體和粉體類產生靜電主要就是這個原因。
(2) 沖流起電——液體類物質與固體類物質接觸時,在接觸界面形成整體為電中性的偶電層。當此兩相物質做相對運動時,由于偶電層被分離,電中性受到破壞而出現的帶電。
(3) 剝離起電——剝離兩個緊密結合的物體時引起電荷分離而使兩物體分別帶電。
(4) 噴霧起電——噴射在空間的液體類物質由于擴展分散和分離,使之形成許多微小液霧和新的界面,當此偶電層被分離時而產生靜電。
(5) 碰撞起電——粉體類物體由于粒子與粒子或粒子與固體之間發生碰撞,形成快速的接觸和分離而產生靜電。
(6) 濺拔起電——濺潑液體時,微小的非濕潤液滴落在物體上并在其界面產生偶電層。由于液滴的慣性滾動而發生電荷分離,使液滴及物體分別帶上不同符號電荷。
此外還有如噴射起電、沉降起電、破裂起電、滴下起電等。
在工業生產中,固體之間的相互接觸(如傳動皮帶與導輪的接觸,塑料被碾壓,車輪與地面的接觸等) 可產生大量的靜電現象。此外,固體經磨碎、研磨而分散成細小的顆粒(粉塵),在粉碎、運輸、攪拌等過程中,粉體靜電可高達數千伏甚至數萬伏。
2. 靜電的物理現象及其危害
帶電物體在其附近空間產生靜電作用,這種由帶電體產生靜電作用的附近空間,稱為靜電作用場。由于靜電場的存在,在帶電體附近便呈現出各種靜電現象,如靜電力學現象、靜電放電現象以及靜電感應現象等。并且,由于這些物理現象又將引起各種靜電危害與事故。
(1) 靜電力學現象及其引起的危害
帶靜電物體在其附近空間產生的電場具有電能,從而使其他物體具有被吸引或被排斥的作用力。靜電場的作用力僅及磁鐵作用力的萬分之一大小。因此,靜電的力學現象只對于毛發、紙片、塵埃等輕小物體起作用,而對重物卻不起作用。
在生產過程中,由于靜電的力學作用將導致粉末堵塞篩網,或粉末粘附在輸送管道和管道轉彎處而造成輸送不暢。而且靜電斥力還使粉塵飛散,收集困難。在紡織生產中,靜電力會使線紗纏繞、漂絲、繞線不緊,甚至造成線紗混亂而使織機停車。在印刷中,由于靜電力作用而使紙張吸附而造成不能翻頁或套印不準,或因油墨帶電而使印刷不勻。在醫院,電子器件生產車間和計量容器里,因靜電力而吸附灰塵,造成污染、產品質量不良和計量誤差等各種故障和危害。
(2) 靜電放電現象及其引起的危害
在生產過程中,當物體的靜電積聚到一定程度,或其電位高于周圍介質的擊穿場強時,就會發生靜電放電現象。這種靜電放電現象是電場能量引起帶電體周圍空間的氣體發生電離而產生的能量釋放過程,即靜電能量轉變為熱能、光能和聲能的過程。
根據靜電放電的發光形態,靜電放電可以分為電暈放電、刷形放電、火花放電以及沿帶電體表面發光的表面放電。
電暈放電一般發生在相距較遠,且表面有尖凸的不同電極間。放電時使局部空氣電離,其放電能量較小。
刷形放電多發生在絕緣體上。放電時電極間的空氣被擊穿,形成具有許多分支的放電通道。這種放電能量略大于電暈放電能量。
火花放電多發生在金屬物體之間。放電時電極間的空氣被擊穿,形成了很集中的放電通道。此種放電能量釋放快且集中,因此其引燃的危險性最大。
導體放電時,其上電荷一次全部消失,即靜電場所儲存的能量一次集中釋放,因此有較大危險性。絕緣體放電時,其上電荷不能一次放電全部消失,其靜電場所儲存的能量也不能一次集中釋放,因此危險性較小。但是,當爆燃性混合物的最小引燃能量很小時,絕緣體上的靜電放電火花也能引起混合物燃燒或爆炸。而且,正是由于絕緣體上的電荷不能在一次放電中全部釋放,因此使得帶電絕緣體具有多次放電的危險性。
靜電放電可導致生產故障,可使半導體元件遭受破壞,并使使用這些元件的電子裝置等發生誤動作并出現故障;靜電噪聲可引起信息誤差;可引起火災和爆炸;以及對人體產生靜電電擊,引起皮炎或皮膚燒傷等傷害。
(3) 靜電感應現象及其引起的危害
靜電感應是在靜電場影響下,引起物體上電荷重新分布的現象。這個表面上的感應電荷有正負兩種,而整個物體中的正負電荷則處于平衡狀態,因此其總帶電量為零。但由于表面正負電荷完全分離而存在,因此它和表面帶有靜電是相同的,并由此也將出現上述的靜電力學現象和靜電放電現象。而由于這些靜電現象的存在,又將引起如前所述的一系列靜電危害和事故。被絕緣的良導體如受到靜電感應是非常危險的。為此,為了防止液體、粉體輸送作業中使用的軟管帶、薄膜、繞線骨架、旋轉機的轉子等受到靜電感應,都必須進行靜電接地。
3. 靜電的安全防護
由靜電引起的最嚴重危害是火災和爆炸。因此,靜電安全防護的著重點主要就是對火災和爆炸的防護。
(1) 控制靜電的產生和積聚
消除靜電的危害,首先應采取技術措施,從工藝上限制或避免靜電的產生和積聚。如在材料的選用上或生產設備的材質選用上加以注意;改善作業方式,防止濺潑起電、沖洗起電等,并盡量降低摩擦速度或流速;灌裝溶液時先清除罐底雜質,并凈化石油制品,有助于消除附加靜電。也可以采取泄漏法和中和法消除靜電。
(2) 個體防護
人體在行走、穿脫衣服或從坐椅上起立等活動過程中,由于衣著等固體物質的接觸和分離以及靜電感應等原因,均可使人體產生靜電。人體與其他物體之間放電時,其放電火花足以引燃石油蒸汽及許多氣體。因此,在易爆易燃環境中,必須穿著用導電纖維制成的防靜電工作服和用導電橡膠制做的防靜電鞋。
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