Opwekking van elektrostatische lading

Het vermogen van een vaste stof om een ​​lading te geleiden, hangt af van de oppervlaktecondities, de diëlektrische constante, de oppervlakte-weerstand en de relatieve luchtvochtigheid van de omgeving. Het vermogen om een ​​lading te geleiden is omgekeerd evenredig met de diëlektrische constante en de relatieve luchtvochtigheid, en rechtstreeks evenredig met de oppervlakte-weerstand. Het teken van de lading varieert afhankelijk van het materiaal; materialen met een lagere diëlektrische constante zijn positief geladen.

Isolerende eigenschappen zijn gerelateerd aan de opbouw van statische elektriciteit. De chemische structuur van de meeste kunststoffen laat zien dat ze uitstekende isolatoren zijn, waardoor ze essentiële materialen zijn voor hoogfrequente apparatuur zoals radar. Omdat de meeste kunststoffen een lage oppervlaktegeleidbaarheid hebben, kunnen ze elektrische lading niet snel afvoeren, een verschil tussen kunststoffen en metalen.

Bij het gebruik van plastic producten kan statische elektriciteit diverse problemen veroorzaken en tot ernstige, zelfs gevaarlijke, gevolgen leiden. De meest voorkomende gevaren zijn: ernstige ophoping van vuil op plastic oppervlakken; statische elektriciteit die stof aantrekt en de geluidskwaliteit van platen beïnvloedt; statische elektriciteit die een onaangename "elektrische schok" veroorzaakt bij mensen die synthetische tapijten of plastic vloeren gebruiken; statische hechting tussen plastic folies en platen, waardoor de normale productie wordt verstoord; en het samenklonteren van vast poeder tijdens transport door de lucht. De ontladingsvonken die ontstaan ​​door grote hoeveelheden statische lading kunnen zelfs mengsels van lucht en stof of organische oplosmiddelen ontsteken, wat kan leiden tot veel destructieve explosies.

Maatregelen om elektrostatische lading te onderdrukken

(1) Toenemende relatieve luchtvochtigheid: Naarmate de omgevingsluchtvochtigheid van gegoten producten toeneemt, neemt ook hun oppervlaktegeleidbaarheid toe, waardoor de ontlading wordt versneld. Wanneer de relatieve luchtvochtigheid van waterabsorberend polyamide bijvoorbeeld hoger is dan 65%, is er praktisch geen statische elektriciteit. Omgekeerd, wanneer de relatieve luchtvochtigheid veel lager is dan 20%, zijn problemen met de oppervlakteladingbalans onvermijdelijk. In dit geval is de enige echt effectieve maatregel om statische elektriciteit te onderdrukken het toevoegen van een geleidende matrix om de volumeweerstand te verlagen.

(2) Verhoog de geleidbaarheid van de lucht:door gebruik te maken van een ionisator die werkt volgens het principe van elektriciteit of radioactiviteit om de geleidbaarheid van de lucht te verhogen, zodat de lading snel in de omgevingslucht kan worden afgevoerd.

(3) Verhoog de oppervlaktegeleidbaarheid door chemische additieven (antistatische middelen) aan kunststoffen toe te voegen of deze op het oppervlak aan te brengen om de oppervlaktegeleidbaarheid te verhogen, waardoor statische lading wordt afgevoerd.

 Chemische structuur van antistatische middelen

Antistatische middelen zijn additieven die aan vormmassa's worden toegevoegd of op het oppervlak van gegoten producten worden aangebracht om de opbouw van statische elektriciteit te verminderen. Over het algemeen kunnen antistatische middelen, afhankelijk van de toepassingsmethode, worden onderverdeeld in twee hoofdcategorieën: interne en externe toepassing.

2.Interne antistatische middelen

Inwendig toegevoegde antistatische middelen worden als oppervlakteactieve stoffen aan polymeren toegevoegd vóór of tijdens het spuitgieten. Ze bezitten allemaal oppervlakteactieve eigenschappen en kunnen migreren en zich ophopen op het oppervlak van de gegoten onderdelen. Deze additieven bevatten zowel hydrofiele als hydrofobe groepen in hun moleculen. De hydrofobe groepen hebben een zekere compatibiliteit met het polymeer en kunnen ervoor zorgen dat de moleculen ervan aan het oppervlak van het product hechten, terwijl de hydrofiele groepen functioneren door zich te binden aan en uit te wisselen met watermoleculen op het productoppervlak. De meeste antistatische middelen met oppervlakteactieve eigenschappen kunnen worden ingedeeld in kationische, anionische en niet-ionische typen.

1.Kationische antistatische middelen:Bij dit type antistatisch middel bevat het actieve deel van het molecuul doorgaans een grote kationische groep en vaak een lange alkylgroep, zoals quaternaire ammoniumzouten, quaternaire sulfoniumzouten of quaternaire sulfoniumzouten. Tijdens quaterniseringsreacties worden over het algemeen anionen gevormd, zoals chloriden, methylsulfaten en nitraten. Antistatische middelen op basis van quaternaire ammoniumzouten domineren deze categorie commerciële producten. Kationische antistatische middelen zijn het meest effectief op polaire matrices (zoals PVC en styreenpolymeren). Hun gebruik is echter enigszins beperkt vanwege hun nadelige effecten op de thermische stabiliteit van bepaalde polymeren.

2. Anionische antistatische middelen: Bij dit type antistatisch middel is het actieve deel van het molecuul anionisch. Alkylsulfonaten, -sulfaten, -fosfaten, -dithiocarbamaten of -carboxylaten bevatten doorgaans een groot aantal anionen, terwijl de kationen meestal alkalimetaalionen zijn, en soms aardalkalimetaalionen. Natriumalkylsulfonaat wordt bijvoorbeeld veel gebruikt in de industrie omdat het een bevredigend antistatisch effect heeft op polyvinylchloride en polystyreenpolymeren, maar de toepassing ervan in polyolefinen kent bepaalde beperkingen.

3. Niet-ionogene antistatische middelenDeze antistatische middelen hebben een oppervlakteactieve moleculaire groep die ongeladen is en een zeer lage polariteit heeft (voornamelijk polyethyleenglycolesters of -ethers, vetzuuresters of ethanolaminen, mono- of diglyceriden en geëthoxyleerde vetaminen). Ze worden meestal commercieel geleverd als vloeistoffen of als wassen met een laag smeltpunt.

De lage polariteit van deze additieven maakt ze ideale interne antistatische middelen voor polyethyleen en polypropyleen, en ze vertonen bovendien een hoge compatibiliteit. Verschillende soorten polyethyleen en polypropyleen hebben uiteenlopende dichtheden, kristalliniteit en microscopische moleculaire structuren. Om de optimale moleculaire structuur voor elk antistatisch middel te verkrijgen, moeten daarom de lengte van de alkylketen en het aantal hydroxyl- of ethergroepen in de verbinding worden aangepast. Alleen op deze manier kan het gewenste effect effectief worden gegarandeerd. Typische antistatische middelen die in polypropyleen worden gebruikt, zijn bijvoorbeeld minder effectief bij toepassing op polyethyleen met een lage dichtheid, en omgekeerd.

 Antistatisch middel voor de buitenlaag

Externe antistatische middelen worden op het oppervlak van gegoten onderdelen aangebracht in de vorm van een waterige of alcoholische oplossing. Door de verschillende aanbrengmethoden worden de structurele eisen die voor interne antistatische middelen gelden, minder belangrijk. Alle oppervlakteactieve stoffen, evenals veel niet-oppervlakteactieve hygroscopische stoffen (zoals glycerine, polyolen en polyethyleenglycol), bezitten in meer of mindere mate antistatische eigenschappen. De effectiviteit van deze stoffen wordt niet beïnvloed door hun compatibiliteit met het polymeer of hun migratie binnen het polymeer.