摩擦和静电的产生

在薄膜生产和应用中，静电一直是我们比较头痛的问题之一，摩擦、撞击甚至张力变化都有可能引起静电，不但影响印刷和制袋质量还可能引起安全问题。笔者在多年生产和技术服务中，对下面几个问题深有感触，在此与大家交流探讨。

●摩擦是怎么产生静电的。

薄膜在生产中与金属辊的摩擦很小，那为什么也产生静电呢？电学原理告诉我们，严格说摩擦起电只是一种接触带电的一种表现形式而已。产生静电一个主要原因就是因为两种材料接触时，部分电子云重叠。在迅速分开时，其中一种材料具有较大的吸附电子（或其他带电粒子，下同）的能力就有可能使电子转移到该材料，获得电子而呈现负电，而另一种材料则呈现正电。另外，自然界中还有对物体施加作用力时产生的压电（皮埃佐电）和对物体加热时产生的热电，摩擦起电是这些作用的综合结果。

●摩擦静电只在不同材料之间发生吗？

一个令人震惊的事实是，两个同样形状冰块相互摩擦也会产生静电。笔者在北京地区1月份曾左右摩擦，用A冰棒的C点左右摩擦B冰棒全部区域3分钟。用ELD-1静电压表测试得知，在A棒的C点出现电压很高的负电荷，而在B棒的整个摩擦区域，则出现了电压比较低的正电荷。

上述摩擦在物理学被称为“非对称摩擦”。分析静电产生原因，虽然摩擦时对两块冰做的功一样，但是对B棒来说，因为摩擦面积大，由摩擦热引起的温度上升不明显，而对于A棒，因为做功相对集中，C点温度相对升高。温度的升高带来分子的活跃和电离――带正电的氢离子和带负电的氢氧根离子，其中氢离子比较活跃，容易从温度高的A棒C点游离到温度低的B棒广大区域上，从而使B棒显示正电，相反，A棒C点则显示负电。

用两个聚丙烯棒进行以上试验，同样产生静电，只不过电性与冰块相反。

日本京都大学研究资料显示，用两块同样形状的聚乙烯薄膜相互对称摩擦后，测试可以发现，在上面出现了许多很微小的带正电的点及大片带负电的区域，原因是聚乙烯表面微观的凹凸不平造成的局部不对称摩擦，致使各部分摩擦热和温度的不同，从而导致活跃的带电荷基团不均匀分布。

所以说，同样材料的相互摩擦也会导致静电。

●关键的静电测试。

静电测试包括测定静电基本参数，如静电电压、电量、电容和测定材料性能，如表面电阻率、体积电阻率。对于塑料薄膜生产使用者，除部分电器包装需要测定表面电阻率、体积电阻率（用兆欧表）外，一般用户测试薄膜表面的静电压即可。

对塑料薄膜这样的非导体的表面静电压测试（包括测试静电的极性和电位数据），因为探头不能接触薄膜，称为非接触测试。根据测试原理的不同，可分为静电感应和空气电离两种方法。静电感应是将测试探头靠近薄膜，利用探头与薄膜间产生的畸变电场测试，实质上是对薄膜表面电场的测试。空气电离是利用放射性同位素电离空气，在薄膜与仪表输入端、输入端与接地端之间分别产生电阻分压，测试薄膜的对地电压。

表1 两种方式静电电压表的特点比较

可以看出，在车间使用感应式静电电压表时，其与薄膜的位置、薄膜面积相对固定才能降低误差，即所谓相对测试；而空气电离式电位计应该在静止场合使用，并进行数据补偿。

方便携带的ELD-1静电电压表                                         

硬毛静电刷的消电原理

由于硬毛静电刷消电效果取决于薄膜静电压的感应电压，消电效果不*，所以人们做了改进，把接地的A处加上与薄膜静电电荷性能相反的直流高压电源，如正电荷，使消电效果大大提高，这就是直流消电器的原理。

如果把硬毛换成对薄膜无损伤的软毛，则可以直接接触薄膜，因为软毛的“柔”，产生静电感应后因为电荷的吸引力毛尖部分可以紧紧吸附在薄膜上，负电荷可以通过软毛静电刷直接导入大地，消电效果也大幅度提高。据测算，TR-01接触式软毛静电刷的临界电压比普通硬毛静电刷低80%左右，电晕电流则大30%以上。

表2 薄膜常用消电器的特点比较

A;TR-01软毛静电刷                             B:常用的硬毛静电刷

典型的软毛和硬毛静电刷

●不可忽略的问题，消电器的安装

以硬毛静电刷为例，它的安装和性能一样重要，安装不妥，不仅会降低消电效果，有时还会使静电加剧，甚至造成更大的危害。一般来说，安装如图5所示，应避开图中A、B、C、D几个位置。要在需要消除静电部位的前面，如尽量靠近印刷和制袋前的部位或静电电位zui强的部位。安装角度垂直于薄膜运动方向，毛刷应有牢固的支撑并可靠接地。TR-01软毛静电刷安装要在薄膜的正反面都要安装，否则前面消除后面又感应，事倍功半。

静电消除器的安装

说明：黑色三角处表示可以安装，白色三角位置不能安装，因为：A处有摩擦的静电产生源，前面消除后面产生，使消除工作事倍功半。B处背面有接地体，C处临近接地体，D处有其他消电装置，均可以干扰电场感应，使其达不到应有的消除效果。

试验结果表明，使用正确的安装方法，软毛静电刷zui多时可以消除95％以上的静电。

兰德梅克推荐的TR-01软毛静电刷

在薄膜生产和应用中，静电一直是我们比较头痛的问题之一，摩擦、撞击甚至张力变化都有可能引起静电，不但影响印刷和制袋质量还可能引起安全问题。笔者在多年生产和技术服务中，对下面几个问题深有感触，在此与大家交流探讨。

●摩擦是怎么产生静电的。

薄膜在生产中与金属辊的摩擦很小，那为什么也产生静电呢？电学原理告诉我们，严格说摩擦起电只是一种接触带电的一种表现形式而已。产生静电一个主要原因就是因为两种材料接触时，部分电子云重叠。在迅速分开时，其中一种材料具有较大的吸附电子（或其他带电粒子，下同）的能力就有可能使电子转移到该材料，获得电子而呈现负电，而另一种材料则呈现正电。另外，自然界中还有对物体施加作用力时产生的压电（皮埃佐电）和对物体加热时产生的热电，摩擦起电是这些作用的综合结果。

●摩擦静电只在不同材料之间发生吗？

一个令人震惊的事实是，两个同样形状冰块相互摩擦也会产生静电。笔者在北京地区1月份曾按以下图示左右摩擦，用A冰棒的C点左右摩擦B冰棒全部区域3分钟。用ELD-1静电压表测试得知，在A棒的C点出现电压很高的负电荷，而在B棒的整个摩擦区域，则出现了电压比较低的正电荷。

                             A棒

附图1、冰棒非对称摩擦示意图

上述摩擦在物理学被称为“非对称摩擦”。分析静电产生原因，虽然摩擦时对两块冰做的功一样，但是对B棒来说，因为摩擦面积大，由摩擦热引起的温度上升不明显，而对于A棒，因为做功相对集中，C点温度相对升高。温度的升高带来分子的活跃和电离――带正电的氢离子和带负电的氢氧根离子，其中氢离子比较活跃，容易从温度高的A棒C点游离到温度低的B棒广大区域上，从而使B棒显示正电，相反，A棒C点则显示负电。

用两个聚丙烯棒进行以上试验，同样产生静电，只不过电性与冰块相反。

日本京都大学研究资料显示，用两块同样形状的聚乙烯薄膜相互对称摩擦后，测试可以发现，在上面出现了许多很微小的带正电的点及大片带负电的区域，原因是聚乙烯表面微观的凹凸不平造成的局部不对称摩擦，致使各部分摩擦热和温度的不同，从而导致活跃的带电荷基团不均匀分布。

所以说，同样材料的相互摩擦也会导致静电。

●关键的静电测试。

静电测试包括测定静电基本参数，如静电电压、电量、电容和测定材料性能，如表面电阻率、体积电阻率。对于塑料薄膜生产使用者，除部分电器包装需要测定表面电阻率、体积电阻率（用兆欧表）外，一般用户测试薄膜表面的静电压即可。

对塑料薄膜这样的非导体的表面静电压测试（包括测试静电的极性和电位数据），因为探头不能接触薄膜，称为非接触测试。根据测试原理的不同，可分为静电感应和空气电离两种方法。静电感应是将测试探头靠近薄膜，利用探头与薄膜间产生的畸变电场测试，实质上是对薄膜表面电场的测试。空气电离是利用放射性同位素电离空气，在薄膜与仪表输入端、输入端与接地端之间分别产生电阻分压，测试薄膜的对地电压。

表1 两种方式静电电压表的特点比较

可以看出，在车间使用感应式静电电压表时，其与薄膜的位置、薄膜面积相对固定才能降低误差，即所谓相对测试；而空气电离式电位计应该在静止场合使用，并进行数据补偿。

附图2：方便携带的ELD-1静电电压表

●常用静电消除器的比较。

静电消除器分无源式和有源式两类，后者又分为高压电源式、离子风式、放射源式等几种，因为都需要另加电源，加大能耗，高压电或放射源的安全因素，很少在塑料加工中使用。

塑料薄膜生产应用厂家，过去一般使用无源式静电消除器中的硬毛静电刷（防静电毛刷），现在，许多要求高的厂家纷纷选择一些新的静电消除器，如软毛静电刷等。

以硬毛静电刷为例，消电机理主要因为导体的静电感应，在靠近薄膜处产生与薄膜负电极性相反的正电荷，通过空气电离，形成电晕电流，在电晕区产生大量的正、负离子。如图3所示，在电场的作用下，带负电的粒子向放电毛针B方向运动；带正电的粒子向带负电的薄膜C方向运动，中和薄膜带的负电荷。由于针尖B附近的电场依赖于薄膜C本身的电位及针尖到薄膜的距离，所以，薄膜C的电压越高，针尖B到薄膜C的距离越近，针尖B上感应出的电荷密度越大，附近形成的电场越强，电离的带电离子数目越多，消除静电效果越好（但太近时易产生电弧）。可以想象每一根刷毛就像伸向空中的避雷针一样，要尖而细，才能更好的形成感应电荷集中，早一步放电达到消除静电的目的。考察这种除静电毛刷性能主要有两个指标：临界电压和电晕电流。前者是能够使放电针产生电晕放电的zui低电压，当然是越低越好；后者越大，表明单位时间内被消除的电荷越多。实际应用中，用万用表测试静电刷的电阻即可，一般质量好的静电刷电阻小于1Ω/米，也可以用ELD-1静电压表测试静电刷安装前后的电位来判断。决定除静电毛刷的性能有多种因素，放电毛针针尖越细长、材料导电性越好制成的除静电毛刷性能越好。

附图3，硬毛静电刷的消电原理

如上图可以看出，由于硬毛静电刷消电效果取决于薄膜静电压的感应电压，消电效果不*，所以人们做了改进，把接地的A处加上与薄膜静电电荷性能相反的直流高压电源，如正电荷，使消电效果大大提高，这就是直流消电器的原理。

如果把上图中B处硬毛换成对薄膜无损伤的软毛，则可以直接接触薄膜C；因为软毛的“柔”，产生静电感应后因为电荷的吸引力毛尖部分可以紧紧吸附在薄膜上，负电荷可以通过软毛静电刷直接导入大地，消电效果也大幅度提高。据测算，TR-01接触式软毛静电刷的临界电压比普通硬毛静电刷低80%左右，电晕电流则大30%以上。

表2 薄膜常用消电器的特点比较

A;TR-01软毛静电刷                             B:常用的硬毛静电刷

附图4 典型的软毛和硬毛静电刷

●不可忽略的问题，消电器的安装

以硬毛静电刷为例，它的安装和性能一样重要，安装不妥，不仅会降低消电效果，有时还会使静电加剧，甚至造成更大的危害。一般来说，安装如图5所示，应避开图中A、B、C、D几个位置。要在需要消除静电部位的前面，如尽量靠近印刷和制袋前的部位或静电电位zui强的部位。安装角度垂直于薄膜运动方向，毛刷应有牢固的支撑并可靠接地。TR-01软毛静电刷安装要在薄膜的正反面都要安装，否则前面消除后面又感应，事倍功半。

图5：静电消除器的安装

说明：黑色三角处表示可以安装，白色三角位置不能安装，因为：A处有摩擦的静电产生源，前面消除后面产生，使消除工作事倍功半。B处背面有接地体，C处临近接地体，D处有其他消电装置，均可以干扰电场感应，使其达不到应有的消除效果。

试验结果表明，使用正确的安装方法，软毛静电刷zui多时可以消除95％以上的静电。

附图6 兰德梅克推荐的TR-01软毛静电刷安装图