人体静电的防护措施探究

人体静电的产生、危害及防护

探究背景：

静电是存在于自然界中一种普遍现象。当物体间发生接触、摩擦、剥离或感应等现象时，物体的电荷便会自然发生转移或感应而带电荷，其转移或感应的电荷无法泄漏而停留在物体的表面，呈相对静止状态时，这就是我们通常所说的静电。然而当我们从毛衣外面脱下合成纤维材料的衣物时，或经头部脱下毛衣时，在衣服之间或衣服与人体之间，均可能发生放电。这说明人体及衣服在一定条件下是会产生静电的。因为人体活动范围较大，而人体静电有容易被人们忽视，所以，由人体静电引起的放电往往是酿成静电灾害的重要原因之一。我司员工搬卸溶剂时，大多静电防护意识淡薄，极易导致静电安全事故的发生。

1.国内外对静电的研究

人类认识静电已经有几千年的历史了，但由于静电的应用长期以来远不如电的应用广泛，以致人们对静电的研究远远落后于对电的研究。研究静电防护，首先要研究静电的规律，静电的规律性表现在静电现象中，静电现象有三种，即静电产生、静电泄漏、静电放电。

目前国际上对静电放电定义了4种模型：人体静电放电模型（HBM，Human Body Model），机器模型（MM），器件充电模型（CDM），电场感应模型（FIN）。由于人体与电子元器件及设备的接触机会最多，因此人体静电放电造成的比例也最大，人体静电放电模型是指人体在地上行走、摩擦或受其他因素影响而在身体上积累了静电，静电电压可达几千伏甚至上万伏，当人体接触设备时，人体静电就会通过被接触物体对地放电。虽然此放电过程极短（几百纳秒），但是如果周围环境中存在爆炸性混合物，放电火花就很容易引起火灾或爆炸事故。

在我国把防静电作为一项工作也只是起步于20世纪60年代。这个时期石油、化工、煤矿开采等行业发展迅速，因静电引起的爆炸火灾事故逐渐增多，一些石化、劳保及安全部门开始着手研究和治理静电引起的火灾爆炸事故。目前，我国已经研制出防静电鞋与防静电服并制定了《防静电胶底鞋、导电胶底鞋》、《防静电工作服》、《防止静电事故通用导则》等多个国家标准。

2.静电与安全生产的特殊关系

据《中国火灾统计年鉴》和《中国消防年鉴》统计，2001年以来静电所导致的火灾占全部电气火灾的比例一直在20%以上并呈现上升的趋势（见表1）。可见静电现象决不容忽视，必须科学加以利用和防范。

3. 静电

（1）静电的形成

①逸出功。物质是由分子组成的。分子是由原子组成的。而原子是由原子核和其外围的若干电子组成的。两种物质紧密接触时，一种物体将失去电子带正电，而另一种物体得到电子带负电。逸出功是把电子从物质内部移到外部所要求外部做的功。而物体相接触时，逸出功较小的一方失去电子带正电，而另一方就获得电子带负电。因此，人们把各种物质按得失电子的难易，亦按照起电性质的不同，把带正电的排在前面，把带负电的排在后面，依次排列，构成静电序列。两物体在静电序列中的排位越近，其相互摩擦或接触、分离后产生静电量越小，反之则越大。

下面是两个典型的静电序列：

（+）玻璃—头发—尼龙—羊毛—绸—人造丝—人体皮肤-棉纱—纸—麻—钢铁—聚苯乙烯—硬橡胶—醋酸纤维素—合成橡胶—聚酯纤维—丙纶聚乙烯—聚氯乙烯—聚四氟乙烯（－）（+）木棉—玻璃—云母—羊毛—毛皮—铅—镉—锌—铝—铬—铁—铜—镍—银—金—铂（－）

此外，当物质含有杂质时，有增加静电产生量的倾向。

②电阻率。由高电阻物质制成的物体，其导电性能差，带电层中的电子移动比较困难，构成了静电荷积聚的条件。

在电工领域，导体指体积电阻率在10−7Ω·m以下的物体，绝缘体指体积电阻率在107Ω·m以上的物体。在静电领域，根据静电积累和泄漏的特点，将材料分为静电导体、静电亚导体和静电非导体。静电导体指体积电阻率在106Ω·m以下或表面电阻率在107Ω·cm以下的物体，即使上面载有电荷，也可瞬间消失，不容易积聚，不致引起静电危害；静电亚导体指体积电阻率在106～1010Ω·m或表面电阻率在107～1011Ω·cm的物体，通常带电量是不大的，产生的静电积聚也不严重；静电非导体指体积电阻率在1010Ω·m以上或表面电阻率在1011Ω·cm以上的物体，它们容易积聚静电电荷，消散较慢，是防静电工作的重点对象。涂料常用溶剂的导电率一般都较低，即电阻率偏大，大多数都高于109Ω·m，如乙酸丁酯电阻率1.7×109Ω·m、甲苯电阻率2.8×109Ω·m，它们是容易起静电的。

必须指出，水是静电的良导体，但当少量水夹在绝缘油品中，因为水滴与油品相对流动时要产生静电，反而会使油品静电量增加。金属是良导体，但当它与大地绝缘时，就和绝缘体一样，也会带有静电。

4.人体静电

人体为什么会产生静电呢？当两种不同材质的物体接触后都会发生电荷的转移和积累，形成静电。人身上的静电主要是由衣物之间或衣物与身体的摩擦造成的，因此穿着不同材质的衣物时“带电”多少是不同的，比如穿化学纤维制成的衣物就比较容易产生静电，而棉制衣物产生的就较少。而且由于干燥的环境更有利于电荷的积累，所以冬天人们会觉得身上的静电较大。

在不同湿度条件下，人体活动产生的静电电位有所不同。在干燥的季节，人体静电可达几千伏甚至几万伏。据有关研究表明，静电电压为5万伏时人体没有不适感觉，带上12万伏高压静电时也没有生命危险。不过静电放电也会在其周围产生电磁场，虽然持续时间较短，但强度很大。

人在活动过程中，人的衣服、鞋以及所携带的用具与其他材料摩擦或接触－分离时，即可能产生静电。例如，人穿混纺衣料的衣服坐在人造革的椅子上，如人和椅子的对地绝缘都很高，则当人起立时，由于衣服与椅面之间的摩擦和接触－分离，人体静电可高达一万伏以上；又如，穿塑料底的鞋在高绝缘地面上行走时，人体静电电压可高达数千伏；又如，手持干抹布擦拭绝缘桌面，也会产生数千伏的静电电压。

5.人体静电的危害

人体静电不仅对人体的身心健康有危害作用，而且在许多行业（比如高瓦斯矿井及

化工行业）的生产环境及工艺流程中，存在有大量的易燃易爆介质，人体静电的积累，

对安全生产构成严重威胁。如静电放电火花可引起可燃气体、蒸汽同空气混合物着火或

爆炸等。近年来，我国工业发展得很快，伴随而来的静电事故也屡屡发生，因此，必须

对人体静电问题引起足够的重视。

人体静电火花放电能量若达到或大于周围可燃混合气体的最小突燃能量，而可燃混

合气体在空气中的浓度又已达到爆炸极限范围时，就会引起燃烧或爆炸，可燃混合气体

的突燃能量一般很小。常见化工可燃混合气体的最小突燃能量见表3：

E=CU 2

2

式中：E —两带电体的放电能量，单位为J ；

U —两带电体之间的电位差，单位为V ；

C —两带电体之间的电容，单位为F 。

人体与大地之间电容为100～250pF ，若人体带电为3000V ，取C=100pF ，则有：

E=450 kJ 这个能量已超过我司常用溶剂丁酮的最小点燃能量，可见人体静电对于可燃混合气

体场所的操作安全是个很大的威胁。

6.人体静电的影响因素

（1）衣服材质

人体静电的极性与衣服的材质等因素有关，并符合上诉所介绍的静电序列的规律。

两种材料在静电序列中的位置相隔越远，产生的静电越多。

人体与穿着的衣服之间、衣服与衣服之间，因接触摩擦均会产生静电，而产生静电

的强弱与服装面料的性质有关。其中，在穿棉织品内衣的情况下，化纤织品衣服比棉织

品衣服产生静电的能力强，羊毛织品次之，棉织品产生的静电电压最小，查询相关实验

资料，工作服与人体带电的关系见表10：

表10 工作服与人体带电

可见脱衣导致的静电更强。

（2）操作速率人体穿着的衣服与静电放电的关系

操作速度越高人体静电电压也越高。例如，人穿塑料底的鞋在橡胶地面上快走时，