การสร้างประจุไฟฟ้าสถิต

ความสามารถของของแข็งในการนำประจุขึ้นอยู่กับสภาพพื้นผิว ค่าคงที่ไดอิเล็กตริก ความต้านทานจำเพาะของพื้นผิว และความชื้นสัมพัทธ์ของสภาพแวดล้อมโดยรอบ ความสามารถในการนำประจุแปรผกผันกับค่าคงที่ไดอิเล็กตริกและความชื้นสัมพัทธ์ และแปรผันตรงกับความต้านทานจำเพาะของพื้นผิว เครื่องหมายของประจุจะแตกต่างกันไปตามวัสดุ วัสดุที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกต่ำกว่าจะมีประจุบวก

คุณสมบัติการเป็นฉนวนเกี่ยวข้องกับการสะสมของไฟฟ้าสถิต โครงสร้างทางเคมีของพลาสติกส่วนใหญ่แสดงให้เห็นว่าพวกมันเป็นฉนวนที่ดีเยี่ยม ทำให้พลาสติกเป็นวัสดุที่จำเป็นสำหรับอุปกรณ์ความถี่สูง เช่น เรดาร์ เนื่องจากพลาสติกส่วนใหญ่มีค่าการนำไฟฟ้าที่พื้นผิวต่ำ จึงไม่สามารถกระจายประจุไฟฟ้าได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งเป็นความแตกต่างระหว่างพลาสติกและโลหะ

ในระหว่างการใช้งานผลิตภัณฑ์พลาสติก ไฟฟ้าสถิตสามารถก่อให้เกิดปัญหาต่างๆ และนำไปสู่ผลร้ายแรง แม้กระทั่งอันตรายได้ อันตรายที่พบบ่อยที่สุด ได้แก่ การสะสมของสิ่งสกปรกอย่างรุนแรงบนพื้นผิวพลาสติก ไฟฟ้าสถิตดึงดูดฝุ่นที่ส่งผลต่อคุณภาพเสียงของแผ่นเสียง ไฟฟ้าสถิตทำให้เกิดความรู้สึก "ไฟฟ้าช็อต" ที่ไม่พึงประสงค์ในผู้ที่ใช้พรมใยสังเคราะห์หรือพื้นพลาสติก การยึดเกาะของไฟฟ้าสถิตระหว่างฟิล์มและแผ่นพลาสติก ทำให้การผลิตหยุดชะงัก และผงแข็งจับตัวเป็นก้อนระหว่างการขนส่งโดยกระแสลม ประกายไฟที่เกิดจากการสะสมของประจุไฟฟ้าสถิตจำนวนมากยังสามารถจุดติดไฟส่วนผสมของอากาศและฝุ่นหรือตัวทำละลายอินทรีย์ ทำให้เกิดการระเบิดที่สร้างความเสียหายมากมายได้

มาตรการในการลดประจุไฟฟ้าสถิต

(1) ความชื้นสัมพัทธ์ที่เพิ่มขึ้น: เมื่อความชื้นในอากาศโดยรอบของผลิตภัณฑ์ขึ้นรูปเพิ่มขึ้น การนำไฟฟ้าของพื้นผิวก็จะเพิ่มขึ้นด้วย ทำให้การกระจายประจุเกิดขึ้นเร็วขึ้น ตัวอย่างเช่น เมื่อความชื้นสัมพัทธ์ของโพลีอะไมด์ที่ดูดซับน้ำสูงกว่า 65% จะแทบไม่มีไฟฟ้าสถิต ในทางกลับกัน เมื่อความชื้นสัมพัทธ์ต่ำกว่า 20% มาก ปัญหาการสมดุลของประจุบนพื้นผิวก็หลีกเลี่ยงไม่ได้ ในกรณีนี้ มาตรการที่มีประสิทธิภาพอย่างแท้จริงเพียงอย่างเดียวในการระงับไฟฟ้าสถิตคือการเพิ่มเมทริกซ์นำไฟฟ้าเพื่อลดความต้านทานปริมาตร

(2) เพิ่มการนำความร้อนของอากาศ:โดยใช้เครื่องสร้างไอออนที่ทำงานบนหลักการของไฟฟ้าหรือกัมมันตภาพรังสีเพื่อเพิ่มการนำไฟฟ้าของอากาศ เพื่อให้ประจุสามารถกระจายไปสู่อากาศโดยรอบได้อย่างรวดเร็ว

(3) เพิ่มการนำไฟฟ้าของพื้นผิวโดยการเพิ่มสารเคมี (สารป้องกันไฟฟ้าสถิต) ลงในพลาสติกหรือทาลงบนพื้นผิวเพื่อเพิ่มการนำไฟฟ้าของพื้นผิว ซึ่งจะช่วยกระจายประจุไฟฟ้าสถิต

 โครงสร้างทางเคมีของสารป้องกันไฟฟ้าสถิต

สารป้องกันไฟฟ้าสถิตเป็นสารเติมแต่งที่เติมลงในวัสดุขึ้นรูปหรือทาลงบนพื้นผิวของผลิตภัณฑ์ขึ้นรูปเพื่อลดการสะสมของไฟฟ้าสถิต โดยทั่วไปแล้ว สารป้องกันไฟฟ้าสถิตสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทหลักตามวิธีการใช้งาน ได้แก่ การใช้งานภายในและการใช้งานภายนอก

2.สารป้องกันไฟฟ้าสถิตภายใน

สารป้องกันไฟฟ้าสถิตที่เติมเข้าไปภายในจะถูกเติมลงในโพลิเมอร์ในฐานะสารลดแรงตึงผิว ก่อนหรือระหว่างการขึ้นรูป สารเหล่านี้ล้วนมีคุณสมบัติในการลดแรงตึงผิวและสามารถเคลื่อนที่และรวมตัวกันบนพื้นผิวของชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปได้ สารเติมแต่งเหล่านี้ประกอบด้วยกลุ่มไฮโดรฟิลิกและไฮโดรโฟบิกในโมเลกุล กลุ่มไฮโดรโฟบิกมีความเข้ากันได้กับโพลิเมอร์ในระดับหนึ่งและสามารถทำให้โมเลกุลของโพลิเมอร์ยึดติดกับพื้นผิวของผลิตภัณฑ์ ในขณะที่กลุ่มไฮโดรฟิลิกทำหน้าที่โดยการจับและแลกเปลี่ยนกับโมเลกุลของน้ำบนพื้นผิวของผลิตภัณฑ์ สารป้องกันไฟฟ้าสถิตที่มีคุณสมบัติในการลดแรงตึงผิวส่วนใหญ่สามารถจำแนกได้เป็นประเภทประจุบวก ประจุลบ และไม่มีประจุ

1.สารป้องกันไฟฟ้าสถิตประจุบวก:ในสารป้องกันไฟฟ้าสถิตประเภทนี้ ส่วนที่ออกฤทธิ์ของโมเลกุลมักประกอบด้วยกลุ่มประจุบวกขนาดใหญ่ และมักมีกลุ่มแอลคิลยาว เช่น เกลือแอมโมเนียมควอเทอร์นารี เกลือซัลโฟเนียมควอเทอร์นารี หรือเกลือซัลโฟเนียมควอเทอร์นารี โดยทั่วไปแล้ว ประจุลบจะเกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยาควอเทอร์ไนเซชัน เช่น คลอไรด์ เมทิลซัลเฟต และไนเตรต สารป้องกันไฟฟ้าสถิตประเภทเกลือแอมโมเนียมควอเทอร์นารีเป็นผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์ที่พบมากที่สุดในกลุ่มนี้ สารป้องกันไฟฟ้าสถิตประเภทประจุบวกมีประสิทธิภาพมากที่สุดกับเมทริกซ์ที่มีขั้ว (เช่น พีวีซีและพอลิเมอร์สไตรีน) อย่างไรก็ตาม การใช้งานค่อนข้างจำกัดเนื่องจากมีผลเสียต่อเสถียรภาพทางความร้อนของพอลิเมอร์บางชนิด

2. สารป้องกันไฟฟ้าสถิตชนิดประจุลบ: ในสารป้องกันไฟฟ้าสถิตประเภทนี้ ส่วนที่ออกฤทธิ์ของโมเลกุลจะเป็นประจุลบ โดยทั่วไปแล้ว อัลคิลซัลโฟเนต ซัลเฟต ฟอสเฟต ไดไทโอคาร์บาเมต หรือคาร์บอกซิเลต มักจะมีประจุลบจำนวนมาก ในขณะที่ประจุบวกมักจะเป็นไอออนของโลหะอัลคาไลน์ และบางครั้งก็เป็นไอออนของโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธ ตัวอย่างเช่น โซเดียมอัลคิลซัลโฟเนตถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม เนื่องจากให้ผลในการป้องกันไฟฟ้าสถิตที่น่าพอใจในพอลิเมอร์โพลีไวนิลคลอไรด์และโพลีสไตรีน แต่การใช้งานในพอลิโอเลฟินมีข้อจำกัดบางประการ

3. สารป้องกันไฟฟ้าสถิตชนิดไม่มีประจุสารป้องกันไฟฟ้าสถิตเหล่านี้มีหมู่โมเลกุลที่เป็นสารลดแรงตึงผิวซึ่งไม่มีประจุและมีขั้วต่ำมาก (ส่วนใหญ่เป็นเอสเทอร์หรืออีเทอร์ของโพลีเอทิลีนไกลคอล เอสเทอร์ของกรดไขมันหรือเอทานอลอะมีน โมโนหรือไดกลีเซอไรด์ และเอทอกซิเลเต็ดแฟตตี้อะมีน) โดยส่วนใหญ่จำหน่ายในเชิงพาณิชย์ในรูปของเหลวหรือแว็กซ์ที่มีจุดอ่อนตัวต่ำ

เนื่องจากมีขั้วต่ำ สารเติมแต่งเหล่านี้จึงเหมาะอย่างยิ่งที่จะใช้เป็นสารป้องกันไฟฟ้าสถิตภายในสำหรับโพลีเอทิลีนและโพลีโพรพีลีน และยังมีความเข้ากันได้สูงอีกด้วย โพลีเอทิลีนและโพลีโพรพีลีนชนิดต่างๆ มีความหนาแน่น ความเป็นผลึก และโครงสร้างโมเลกุลระดับจุลภาคที่แตกต่างกัน ดังนั้น เพื่อให้ได้โครงสร้างโมเลกุลที่เหมาะสมที่สุดสำหรับสารป้องกันไฟฟ้าสถิตแต่ละชนิด จึงต้องปรับความยาวของโซ่แอลคิลและจำนวนหมู่ไฮดรอกซิลหรืออีเทอร์ในสารประกอบ จึงจะสามารถรับประกันผลลัพธ์การใช้งานที่ต้องการได้อย่างมีประสิทธิภาพ ตัวอย่างเช่น สารป้องกันไฟฟ้าสถิตทั่วไปที่ใช้ในโพลีโพรพีลีนจะมีประสิทธิภาพน้อยลงเมื่อใช้กับโพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ และในทางกลับกัน

 สารป้องกันไฟฟ้าสถิตชนิดเคลือบภายนอก

สารป้องกันไฟฟ้าสถิตภายนอกจะถูกนำไปใช้กับพื้นผิวของชิ้นส่วนขึ้นรูปในรูปของสารละลายในน้ำหรือแอลกอฮอล์ เนื่องจากวิธีการใช้งานที่แตกต่างกัน ข้อกำหนดด้านโครงสร้างที่กล่าวถึงในสารป้องกันไฟฟ้าสถิตภายในจึงมีความสำคัญน้อยลง สารประกอบที่ลดแรงตึงผิวทั้งหมด รวมถึงสารดูดความชื้นที่ไม่ใช่สารลดแรงตึงผิวหลายชนิด (เช่น กลีเซอรีน โพลีออล และโพลีเอทิลีนไกลคอล) มีคุณสมบัติป้องกันไฟฟ้าสถิตในระดับที่แตกต่างกัน และประสิทธิภาพของสารประกอบเหล่านี้ไม่ได้รับผลกระทบจากความเข้ากันได้กับพอลิเมอร์หรือการเคลื่อนย้ายภายในพอลิเมอร์