防静电知识

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(3) 产品品质不良 静电的作用力及放电两种现象皆可能对产品造成影响,静电作用力会使带电体吸引 粉尘微粒或其它杂质,以及两带电体间互相吸引或排斥,造成制程上的困扰而影响 生产.静电作用力会因吸引粉尘微粒使油墨印刷品质不佳,纸品及纺织品纠卷不清 甚至扯破,以及因吸引杂质而污染成品.至于静电的放电现象所产生的放电电流会 造成半导体组件的破坏或误动作,所产生的电磁波会干扰精密设备,甚至所产生的 放电光芒亦可能造成影响.
(5) 当电荷增加时电压便会建立,电压与电荷的关系成正比,其关系可以下式 表示 Q=CV 其中Q为电荷量,单位为库伦,V为电压大小,单位为伏特,C即为带静电物 体之电容量,单位为法拉.电容量之大小依照物体之大小及形状决定.表4为 不同物体之电容值,而表5为不同设备曾观察到的静电电压大小.
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6) 当物体带有静电时,不同物体间便会产生作用力,相异的极性会产生吸引,相 同极性会产生排斥力,因为静电之作用力很小,只对较轻的物体产生作用.静电的 另一现象为放电现象,静电的放电会由产生电晕放电开始,接着由电晕放电发展至 为线条电晕,最后成为火花放电.图3为由电晕放电发展至火花放电之情形.放电 现象属于绝缘破坏,只要带电体所形成的电场强度达到绝缘破坏之程度就会发生放 电现象.放电时会产生炸裂声及发光,事实上炸裂声及发光皆是能量消耗的现象, 储存在带静电物体上之能量会因此而得到泄放.因静电而储存在物体的能量可以下 式表示
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图1 固体接触与分离产生静电示意图
图2 静电感应现象
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(4) 当静电荷产生时,此电荷可能马上逸失,亦可能储存起来,绝缘体或对大地绝缘之导 体皆会储存电荷.静电荷产生之速度及其放电之速度会依不同之情形改变.表2为影响静 电荷产生及放电速率之因素,其中湿度高低影响物体表面之导电率,对静电荷之流失有很 大的影响,因此在干燥或天冷水气结冻时,静电之累积速度便会加快.表3为人体在不同 相对湿度下的带电状况,由表中可知湿度对静电之累积有很大的影响. 表2 影响静电产生及放电速率之因素
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介绍 1. 使用范围 会产生静电电荷累积之任何物质. 2. 名词解释 (1) 静电感应(Electrostatic Induction):一带电荷物体在一邻近物体上造成之电荷分离 现象. (2) 静电接地(Static Grounding):为导引物体中之电荷至大地以避免电荷累积所实施之 接地. (3) 静电放电(Electrostatic Discharge):因带电荷物体所形成的电场使附近的气体电离 所产生的放电现象. (4) 游离化(Ionization):空气分子在电场中出现电子离开分子造成正电荷分子与负电荷 电子同时存在之现象. (5) 最小点火能量(Minimum Ignition Energy):能造成可燃物质起火燃烧,爆炸之最小 静电放电能量. (6) 静电消除器(Electrostatic Neutralizer):产生游离空气以中和物质中电荷或提供一路 径引导电荷至大地之设备.
静电产生速度 两物体在磨擦带电系列中的相对位置 两物体之密着程度 物体间之摩擦系数 两物体分离之速度 动作 在地毯上走动 在塑料地砖上走动 工作台操作员
静电放电速度 物体之导电率 相对湿度及温度 材料表面之水气 结合速率 相对湿度(%) 10% 35,000V 12,000V 6,000V 8/26 40% 15,000V 5,000V 800V 55% 7,500V 3,000V 400V
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(1) 静电电击 累积在人体之电荷透过接地导体放电,或外界物体上之电荷透过人体对大地放 电皆会产生放电电流,此电流之电流密度到达某一程度会使人有触电之感觉, 通常静电电击不致于造成重大伤害,但可能因触电感导致由高处坠落,撞击移 动中设备,心脏休克,或误操作设备造成二次灾害.人员电击主要发生在造纸, 塑料,纺织及印刷业等. (2) 火灾及爆炸 静电放电所产生之火花可能引起易燃气体,液体或粉尘之起火燃烧爆炸,发生 火灾及爆炸对劳工安全危害甚巨,必须全力避免其发生.静电放电导致火灾及 爆炸之发生需要有4个条件同时符合如下: A. 产生静电荷. B. 储存电荷使电位升高. C. 足够的点火能量储存. D. 在易燃之环境中发生火花放电. 虽然电荷能量累积至一定程度后皆会出现放电现象,但即使有放电现象,如所 释放出来的能量没有达到物质着火时所需之最低能量,依然不会发生爆炸,表7 列出一些气体及粉尘发生爆炸所需最小能量做为例子.另一方面,即使储存之 能量已足够,但如没有发生放电现象亦不会出现爆炸现象.此外,易燃气体与 空气亦需在一定之混合比之内才会发生爆炸,亦即太高或太低之气体混合比皆 不易因微小之火花引燃爆炸,例如氢气与空气会发生爆炸之混合比上下限分别 为4%及75.6%,不同的气体混合有不同的混合比上下限.静电引起之火灾爆炸 主要发生在石化,塑料,纺织及印刷业.
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4. 静电产生原理,型式种类 (1) 由于静电消除的工作是如此重要,因此有关静电消除设备之处理应以非常严谨之态度 面对.由于几乎所有的物质都可能产生静电,静电会出现在住家,工厂,自然界中,小 至人们梳头,大至机器设备产生火花,甚至巨大如雷电皆是静电现象,因此几乎所有的 人都会接触到静电.但一般而言,需要使用到静电消除设备的场所为容易因静电产生灾 害之场所,例如生产与运输易燃物质的场所或设备,生产或储存过程会产生易燃物质的 场所,精密电子产品之生产,运输,检验等场所.容易因静电产生灾害场所之安全维护 与管理人员以及其设备之制造与安装等从业人员皆应具有静电消除设备之专业知识. (2) 静电的产生:一般未带电荷的物质原子中,带负电的电子与带正电的质子数量相同. 不过,电子可能因机械,热,或化学等因素而离开原子,造成正负离子的产生.在固体 金属导体中只有自由电子可以移动,而在气体及液体中不管是电子或离子皆可以移动. 静电的产生主要来自于两种不同物质的接触及分离,当两种物质接触在一起时,电子会 从一边移动至另一边,当两物质分离时,电子离开的一边便带正电,而接收电子的一边 带负电,也许移动之电子只占所有电子数目的数十万分之一,但却足以形成很大的静电. 如果两个物质皆是良导体,则在尚未完全分离前移动的电子便会跑回原来的物质,因此 两个良导体的接触与分离并不容易产生静电,亦即两个物质至少需有一为非导体方可以 产生静电.至于何者带正电何者带负电则依物质种类而定,根据物质磨擦后产生正负电 所排成之顺序称为磨擦带电系列(Triboelectric Series),表1所示为其中之一例,在表1中 空气为最高位,依序往下排,铁氟龙为最低位.根据此表,当两种物质磨擦时,位在表 1中较上位者会带正电,位在较下位者带负电.
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D. 高压气体喷出时带静电 纯粹气体由喷嘴喷出时并不太会带静电,但当气体中含有固体粒子或露状液体时就 会带静电,例如石化工业中高压原料气体泄漏,氮气,液化石油气由储气统喷出时 多会带有静电,尤其是带有碳粒时曾发生放电着火现象. E. 水或水汽喷射时带静电 水在喷出时如成为雾状或水汽状时就很容易带静电,例如以喷水冲洗储油库或油罐 车时,带静电的水滴及水蒸汽会形成电荷云,此电荷云可能与油库或油罐车发生放 电现象. F. 感应产生静电 图2说明静电感应现象,带电荷的物体会在临近的物体上造成电荷的分离,靠近带电 荷物体会出现与该电荷不同极性之感应电荷.事实上只要带有静电荷即会在周围产 生静电场,物体出现在静电场内就会出现静电感应现象,尤其应注意与大地绝缘的 良导体因感应出现静电时,需注意由感应静电所造成的火花放电灾害.例如带电之 云块便会在大地,地上物,甚至飞行中之飞机感应出静电,另外被搬运的物体如带 有电荷,则搬运车辆亦会感应出静电.
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表1 磨擦带电系列物质 (带正电) 空气 人的手 石绵 兔毛 玻璃 云母 尼龙 毛皮 铅 绸 铝 纸 木棉 钢 木 琥珀 蜡 硬质橡胶 铜,镍 锡,银 金,铂 硫璜 人造丝 聚酯 明胶 PU 聚乙烯 聚氯乙烯 硅 铁弗龙 (带负电 )
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(3) 一般可将产生静电的情况分为以下几种: A. 固体摩擦与剥离时产生静电 绝缘电阻高的物质如塑料,橡胶及化纤类都很容易因磨擦与剥离而产生静电,其静电电 位可能高达数十kV.事实上对地绝缘之导体一样会储存电荷,因此对于任何固体的磨擦 与剥离皆应注意静电的产生.图1为固体接触与分离产生静电的示意图.例如皮带,布 匹,或纸张与驱动滑轮的接触与剥离即会造成静电荷的累积,其静电之大小与驱动速度 有关,速度越快静电荷的累积速度亦愈快.人体在地毯上走动亦是接触与分离的动作, 静电荷因此会在人体上累积. B. 粉体粒子碰撞产生静电 粉体粒子在管子内高速流动时会与管壁碰撞产生非常高之静电,在输送带,升降机,鼓 风设备中时亦很容易产生静电,例如塑料粉末,化学粉末,金属粉末,煤碳粉尘,谷物 及其粉尘,食品粉末等在制造过程中的输送皆会产生静电.此外,尘埃,烟雾,水气, 雪,冰结晶体等与飞机在空中或地面的撞击摩擦也会在飞机上累积静电. C. 液体流动产生静电 石油及其它绝缘性液体在输送管中流动时,因液体与管壁反复的发生接触与分离过程而 产生静电,此时液体及管壁分别带有不同极性之电荷.如液体的绝缘很高时,液体中之 电荷会随液体而流动,由于电荷的流动即为电流,此种电流称为「流动电流(Streaming Current)」.
பைடு நூலகம்
危害 1. 目前工业界所使用之绝缘材料品质越来越好,且为获得较好的工作环静,通常皆有 装设空调设备,使湿度维持在较低的水准,这对绝缘电阻的维持有正面的效益,但 却会造成静电不易消除的现象.随着工业的发展,使用易燃物的场所越来越多,易 燃物如遇到静电放电现象所产生的危害通常是很严重的.此外,半导体装置几乎已 使用于各个领域,由于半导体组件很容易受到静电的影响,其结果除会对组件本身 造成损坏外,亦可能因半导体装置的误动作造成财产及人员的伤害,因此静电的危 害范围随着工业的发展亦随之扩大. 2. 静电可能造成 (1)静电电击,(2) 火灾及爆炸,(3)产品品质不良,(4) 绝缘设备破坏等 影响.表6所列为易造成灾害的带电物体,易产生静电的制程,及易因静电而着火的 易燃物质.以下对静电造成之危害作进一步的说明:
表3 人体在不同相对湿度下的带电状况
表4 不同物体之电容值 物体 小型手工具 3加仑桶 55加仑桶 油罐车 人体 电容量(pF) 10-20 30-50 50-100 1000 100-300
表5 不同设备之静电电压 设备 皮带传动设备 纺织机械 纸张处理机械 油罐车 输送带 电压范围(kV) 60-100 15-80 5-100 25以上 45以上
其中E代表能量,单位为焦耳.
图3 电晕放电发展至火花放电之过程 10/26
表6 静电灾害成因分类
造成灾害的带电物体 固定的机器装置 移动的机器装置 粉液状原料 加工物品 人体 工作服 易产生静电的制程 输送,粉体传送,卷送 干燥,包装,人员换装 填灌,过滤,粉碎 研磨,洗净,印刷 涂刷,喷漆 混合搅拌,揉搓 易因静电着火的易燃物质 液体,蒸气 瓦斯 飘浮粉体 溶剂与粉体混合物
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3. 作用 静电消除设备系指用来减少物质中所累积电荷之设备.由于不管是导体或非导体都会在某 种状况下产生及累积电荷,因此是否需使用静电消除设备通常并非以该物质所累积之电荷 多寡或静电电压高低来决定,而是以所带电荷是否会造成不良后果决定,而消除之程度亦 以所剩电荷不会造成不良后果为基准. 静电消除设备的主要目地如下: (1) 防止静电电击:累积在人体之电荷透过接地导体放电,或外界物体上之电荷透过人体对 大地放电皆会产生放电电流,此电流会使人有触电之感觉,虽通常因带电量少的缘故尚不 足以对人体产生一次灾害,但可能因触电感导致人体出现不正常动作而发生二次灾害. (2) 防止火灾及爆炸:静电放电所产生之火花可能引起易燃气体,液体或粉尘之起火燃烧爆 炸. (3) 提高产品品质:静电会使电子厂生产之集成电路受破坏,油墨印刷不清,塑料,纸品及 纺织品纠卷不清. (4) 避免绝缘设备破坏:静电之放电现象可能使设备绝缘受到破坏,引发进一步的灾害.