Теория

Термин "статическое электричество" означает совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности и в объеме диэлектриков, полупроводников и изделий из них.

Согласно теории о статической электризации тел при соприкосновении двух разноразрядных веществ из-за неравновесности атомных и молекулярных сил на их поверхности происходит перераспределение электронов (в жидкостях и газах, еще и ионов) с образованием двойного электрического слоя с противоположными знаками электрических зарядов.

Таким образом, между соприкасающимися телами, особенно при их трении, возникает контактная разность потенциалов, значение которой зависит от ряда факторов: диэлектрических свойств материалов, значения их взаимного давления при соприкосновении, влажности и температуры поверхностей этих тел, климатических условий.

При последующем разделении этих тел каждое из них сохраняет свой электрический заряд, а с увеличением расстояния между ними (при уменьшении электрической емкости системы) за счет совершаемой работы по разделению зарядов, разность потенциалов возрастает и может достигнуть десятков и сотен киловольт.

Разнородные материалы, особенно если они имеют высокое поверхностное удельное сопротивление, особенно подвержены данным процессам.

Другим путем создания статического заряда на предмете является индукция. Индукция может быть вызвана, например, помещением тела очень близко к сильно заряженному объекту.

Электрические заряды, образующиеся на частях промышленного оборудования и изделиях, могут взаимно нейтрализоваться.

Это происходит при влажности воздуха примерно 85%, а также стекать в землю по поверхности, но в некоторых случаях, когда заряды велики и разность потенциалов также велика, то (при малой влажности воздуха) может произойти быстрый искровой разряд между наэлектризованными частями оборудования или на землю. Энергия такой искры может оказаться достаточной для воспламенения горючей или взрывоопасной смеси. Например для многих паро- и газо-воздушных взрывоопасных смесей требуется небольшая энергия (0.1*10-3Втс).

Практически при напряжении 3 кВ искровой разряд вызывает воспламенение паро- и газо-воздушных взрывоопасных смесей, а при 5 кВ - большей части горючих пылей и волокон.

Несмотря на то, что электростатический заряд является переносчиком весьма небольшого количества энергии, высокая разность потенциалов и скорость их изменения влекут образование токов, достаточных как для мгновенного вывода из строя чувствительных электронных  компонентов, так и для нанесения кристаллу изначально незаметных повреждений, следствием которых является деградация параметров и постепенный отказ.

Можно перечислить неполный список областей промышленности, где могут особенно сильно сказаться негативные последствия проявлений статического электричества:

• при работе современной электронной техники: компьютеров, средств связи, измерительного и медицинского оборудования в компьютерных залах, телестудиях, студиях видео- и звукозаписи, операционных и диагностических кабинетах;
• выходу из строя микроэлектронной техники, МОП транзисторов;
• на предприятиях электронной промышленности производящих электронику, и детали для нее;
• на предприятиях, производящих точную механику;
• особо чистые вещества - лекарства, фото-, аудио- и видеоматериалы;
• на предприятиях, где работают с легковоспламеняющимися и взрывоопасными веществами;
• на предприятиях мукомольной, деревообрабатывающей и бумажной промышленности при таких операциях как просеивание, измельчение, смешение, загрузка и выгрузка из аппаратов, пневмо- и вакуум-транспортирование;
• при движении нефти, нефтепродуктов и газов по трубопроводам, при сливо-наливных операциях, заполнении или освобождении емкостей, разбрызгивании или распылении жидкостей, дросселировании потоков сжатых газов, пропаривании и других операциях ;
• и т.д. и т.п.;

Средства защиты от статического электричества по принципу действия делятся на следующие виды:

• заземляющие устройства;
• нейтрализаторы;
• увлажняющие устройства;
• антиэлектростатические вещества;
• экранирующие устройства.

Рассмотрим более внимательно только антистатические (антиэлектростатические) материалы.

Антистатические материалы (материал для защиты от статического электричества, минимизирующий накопление заряда при соприкосновении или отделении от другого материала - ГОСТ Р  51317.4.2 -99 (МЭК 61000-4-2-95)) находят все большее применение в строительстве и производстве, особенно там, где недопустимо образование и негативное влияние статического электричества т.к. оно приводит к накоплению пыли и других загрязнений, повышает опасность взрывов и возникновения пожаров, возникновению электростатических разрядов ( импульсный перенос электростатического заряда между телами с разными электростатическими потенциалами).

Твердые вещества могут быть поделены на четыре категории по поверхностному сопротивлению: изолирующие (>10¹⁴ Ом/квадрат), антистатические (10⁹ -10¹⁴ Ом/квадрат), рассеивающее статическое электричество (10⁵ -10⁹ Ом/квадрат) и проводящие (<10⁵  Ом/квадрат).
 
Изолирующие материалы.

Из-за склонности к накоплению статических зарядов необходимо держать предметы, сделанные из изолирующих материалов, вне рабочей среды. Так как электрический ток не может протекать через изолятор, электрические соединения от изолятора на землю бесполезны при защите от статического заряда.

Изолирующие материалы включают в себя: полиэтилен (обычные пластиковые мешки), полистирен (упаковочные коробки), майлар, твердую резину, винил, слюду, керамику, большинство пластмасс, красок и некоторые органические материалы.

Антистатические материалы.

Антистатические материалы обладают сопротивлением к созданию зарядов трением, но не обеспечивают защиты от электрических полей.  Из-за высокого поверхностного сопротивления антистатического материала, заземление его не очень эффективно для удаления заряда. Некоторые пластмассовые изоляторы могут обрабатываться антистатическими реагентами, которые химически снижают их способность к электризации трением и делают меньше их поверхностное сопротивление. Большинство антистатических реагентов требуют относительно высокой влажности, чтобы работать эффективно. Кроме того антистатические реагенты после некоторого периода времени утрачивают свойства антистатика, а также большинство из них используют активные химические вещества, которые могут корродировать металл.

Материалы, рассеивающие статическое электричество.

Материалы, рассеивающие статический заряд, эффективны для применения на любой поверхности для удаления статических зарядов путем контакта с землей. В материалах, рассеивающих статическое электричество, возможно создание зарядов трением, но они рассеиваются по материалу и могут легко разряжаться на землю. Материалы, рассеивающие статический заряд, удобны для использования на полах, поверхностях стен, потолках, стеллажах, столах и одежде.

Все проводящее оборудование и электропроводящие неметаллические предметы должны быть заземлены независимо от применения других мер защиты от статического электричества. Неметаллическое оборудование считается заземленным, если сопротивление стекания тока на землю с любых точек его внешней и внутренней поверхностей не превышает 10⁷ Ом при относительной влажности воздуха 60%. Такое сопротивление обеспечивает достаточно малое значение постоянной времени релаксации зарядов.

В настоящее время в России нет единых государственных стандартов (ГОСТ) на антистатические материлы. Однако существуют отраслевые ГОСТы, технические условия (ТУ) и правила по защите от статического электричества. Среди них, например:

1. ПРАВИЛА ЗАЩИТЫ ОТ СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА В ПРОИЗВОДСТВАХ ХИМИЧЕСКОЙ, НЕФТЕХИМИЧЕСКОЙ И НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ, ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ .ГОСТ 12.1.018-93
2. ПРАВИЛА ЗАЩИТЫ ОТ СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА В ПРОИЗВОДСТВАХ ХИМИЧЕСКОЙ, НЕФТЕХИМИЧЕСКОЙ И НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ.
3. СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ОТ СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА. ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ.ГОСТ 12.4.124-83.
4. И т. д.

Требования, предъявляемые иностранными производителями, значительно отличаются друг от друга и представлены как набором стандартов ,так и различными  ТУ и  правилами производителей:

1. IEC 61340-Электростатика.
2. ANSI/ESD S20.20-1999 Ассоциация ESD стандартов по развитию программ контроля разрядки электростатики: защита электрических и электронных частей, сборка и оборудование - (1999-08).
3. DIN 51953 «Испытание на стекание электростатических зарядов напольных покрытий во взрывоопасных помещениях»
4. И т.д.

Количественные характеристики антистатических покрытий в России указываются в  следующих единицах (ГОСТ 6433.2-71, ГОСТ 6581-75):

• объемное сопротивление R_V (Ом*м).
• поверхностное сопротивление R_S (Ом).

Большинство иностранных производителей указывает в своих требованиях величину сопротивления изоляции R_A (Ом), которая представляет величину сопротивления между заземленной шиной и поверхностью используемого материала. Так же широко применяется удельное поверхностное сопротивление тонкого слоя((Ом) - чтобы отличать ее от единицы сопротивления, пишется Ом /квадрат).

В качестве примера даются некоторые требования на антистатические материалы:

• Антиэлектростатические вещества - вещества обладающие удельным  объемным электрическим сопротивлением R_v <10 ⁷ Ом* м, удельным поверхностным электрическим сопротивлением R_S <10⁹ Ом, (ГОСТ 12.4 124-83,  «Средства защиты от статического электричества. Общие технические требования»).
• Неметаллическое оборудование считается электростатически заземленным, если сопротивление любой точки его внутренней и внешней поверхности относительно заземления не превышает 10⁷Ом ( РД 39-22-113-78).
• По DIN 51953 сопротивление относительно земли < 10⁶ Ом считается достаточным для предотвращения накопления статических зарядов.
• ....

Предлагаемая нами продукция является специальными материалами и покрытиями, которые обладают постоянными  антистатическими (рассеивающими)  свойствами.