Генерація електростатичного заряду

Здатність твердого тіла переносити заряд залежить від поверхневих умов, діелектричної проникності, поверхневого опору та відносної вологості навколишнього середовища. Його здатність переносити заряд обернено пропорційна його діелектричній проникності та відносній вологості, і прямо пропорційна його поверхневому опору. Знак заряду змінюється залежно від матеріалу; матеріали з нижчими діелектричними проникностями є позитивно зарядженими.

Ізоляційні властивості пов'язані з накопиченням статичної електрики. Хімічна структура більшості пластмас показує, що вони є чудовими ізоляторами, що робить їх важливими матеріалами для високочастотного обладнання, такого як радари. Оскільки більшість пластмас мають низьку поверхневу провідність, вони не можуть швидко розсіювати електричний заряд, що є відмінністю між пластмасами та металами.

Під час використання пластикових виробів статична електрика може спричинити різні проблеми та призвести до серйозних, навіть небезпечних наслідків. До найпоширеніших небезпек належать: сильне накопичення бруду на пластикових поверхнях; статична електрика, що притягує пил, що впливає на якість звуку платівок; статична електрика, що викликає неприємне відчуття «ураження електричним струмом» у людей, які користуються килимами з синтетичного волокна або пластиковими підлоговими покриттями; статична адгезія між пластиковими плівками та листами, що порушує нормальне виробництво; та злипання твердих порошків під час перенесення повітряним потоком. Іскри розряду, що утворюються внаслідок великих накопичень статичного заряду, можуть навіть запалити суміші повітря та пилу або органічних розчинників, що стане причиною багатьох руйнівних вибухів.

Заходи щодо придушення електростатичного заряду

(1) Збільшення відносної вологості: Зі збільшенням вологості навколишнього середовища литих виробів також збільшується їхня поверхнева провідність, що прискорює розсіювання заряду. Наприклад, коли відносна вологість водопоглинаючого поліаміду перевищує 65%, статична електрика практично відсутня. І навпаки, коли відносна вологість значно нижча за 20%, проблеми з балансом поверхневого заряду неминучі. У цьому випадку єдиним справді ефективним заходом для придушення статичної електрики є додавання провідної матриці для зменшення об'ємного опору.

(2) Збільшення провідності повітря:за допомогою іонізатора, який працює на принципі електрики або радіоактивності, для збільшення провідності повітря, завдяки чому заряд може швидко розсіюватися в навколишньому повітрі.

(3) Збільште поверхневу провідність, додаючи хімічні добавки (антистатичні агенти) до пластмас або наносячи їх на поверхню для збільшення поверхневої провідності, тим самим розсіюючи статичний заряд.

 Хімічна структура антистатичних засобів

Антистатики – це добавки, які додаються до формувальних мас або наносяться на поверхню відлитих виробів для зменшення накопичення статичної електрики. За способом нанесення антистатики можна розділити на дві основні категорії: для внутрішнього та зовнішнього застосування.

2.Внутрішні антистатичні засоби

Внутрішньо додані антистатичні агенти додаються до полімерів як поверхнево-активні речовини до або під час формування. Всі вони мають поверхнево-активні характеристики та можуть мігрувати та агрегувати на поверхні литих деталей. Ці добавки містять як гідрофільні, так і гідрофобні групи у своїх молекулах. Гідрофобні групи мають певну сумісність з полімером і можуть спричиняти адгезію його молекул до поверхні виробу, тоді як гідрофільні групи функціонують шляхом зв'язування та обміну з молекулами води на поверхні виробу. Більшість антистатичних агентів з поверхнево-активними характеристиками можна класифікувати на катіонні, аніонні та неіонні типи.

1.Катіонні антистатичні агенти:У цьому типі антистатичного засобу активна частина молекули зазвичай містить велику катіонну групу та часто довгу алкільну групу, таку як четвертинні амонієві солі, четвертинні сульфонієві солі або четвертинні сульфонієві солі. Аніони, як правило, утворюються під час реакцій кватернізації, такі як хлориди, метилсульфати та нітрати. Антистатики на основі четвертинних амонієвих солей домінують у цій категорії комерційних продуктів. Катіонні антистатики найефективніші на полярних матрицях (таких як ПВХ та стирольні полімери). Однак їх використання дещо обмежене через їх негативний вплив на термостабільність певних полімерів.

2. Аніонні антистатичні агенти: У цьому типі антистатиків активна частина молекули є аніонною. Алкілсульфонати, сульфати, фосфати, дитіокарбамати або карбоксилати зазвичай містять велику кількість аніонів, тоді як катіони зазвичай є іонами лужних металів, а іноді й іонами лужноземельних металів. Наприклад, алкілсульфонат натрію широко використовується в промисловості, оскільки він досягає задовільних антистатичних ефектів у полімерах полівінілхлориду та полістиролу, але його застосування в поліолефінах має певні обмеження.

3. Неіоногенні антистатичні засобиЦі антистатичні агенти мають поверхнево-активну молекулярну групу, яка не має заряду та має дуже низьку полярність (головним чином ефіри або прості ефіри поліетиленгліколю, ефіри або ефіри жирних кислот, моно- або дигліцериди та етоксильовані жирні аміни). Вони здебільшого постачаються комерційно у вигляді рідин або восків з низькою температурою розм'якшення.

Низька полярність цих добавок робить їх ідеальними внутрішніми антистатиками для поліетилену та поліпропілену, а також вони демонструють високу сумісність. Різні типи поліетилену та поліпропілену мають різну щільність, кристалічність та мікроскопічні молекулярні структури. Тому, щоб отримати оптимальну молекулярну структуру для кожного антистатика, необхідно регулювати довжину алкільного ланцюга та кількість гідроксильних або ефірних груп у сполуці. Тільки таким чином можна ефективно забезпечити бажаний ефект застосування. Наприклад, типові антистатики, що використовуються в поліпропілені, менш ефективні при застосуванні до поліетилену низької щільності, і навпаки.

 Зовнішнє покриття типу антистатичного засобу

Зовнішні антистатичні засоби наносяться на поверхню литих деталей у вигляді водного або спиртового розчину. Через різні методи нанесення, структурні вимоги, згадані у внутрішніх антистатичних засобах, стають менш важливими. Усі поверхнево-активні сполуки, а також багато неповерхнево-активних гігроскопічних речовин (таких як гліцерин, поліоли та поліетиленгліколь) мають антистатичні властивості різною мірою, і ефективність цих сполук не залежить від їхньої сумісності з полімером або їхньої міграції всередині полімеру.