静电的产生和消散

静电的产生和消散 随着静电技术的发展，静电在工农业生产中的应用日益广泛。例如，静电喷漆、静电植绒、静电印刷、静电除尘等。但是，静电的应用也给人们带来了某些危害，特别是随着石油化工工业的发展，塑料、化纤等高分子材料的普遍使用，这种危害就更加明显。 (一) 静电产生的外界条件 摩擦能使物体带电。除此之外，两种物质紧密接触再分离，物质受压、撕裂、剥离、拉伸、撞击或受热、物质电解以及受到其他带电体的感应等，也都可产生静电，它们是产生静电的外界条件。 (二) 静电产生的内部因素 -8当两种物质紧密接触，相距小于25×10cm时，由于不同物质的原子、原子团或分子得失电子的能力不同，就发生电子的转移，从而使接触面两侧产生大小相等、符号相反的两层电荷，称为双电层;当两种物质分离时，即产生极性不同的静电。例如，两种物质相互摩擦，就是使两种物质不断地接触和分离，从而促成静电产生。 在正常情况下，由于原子核的束缚作用，电子不易脱离原子，而必须有外力做功，才使电子脱离原子或原子团。使一个电子逸出物质而要求外界做的功，称为逸出功。显然，逸出功小的物质容易失去电子而带正电，逸出功大的物质容易获得电子而带负电。因此，各种物质逸出功的不同，是产生静电的基础。 按照物质逸出功的大小，不同物质相互摩擦时带电极性的顺序，可以排列成各种静电序列。这对选择适当材料，以控制或抵消静电的产生，有很重要的意义。下面是比较典型的一种静电序列: (+)玻璃—锦纶—羊毛—丝绸—粘胶纤维—棉—纸—钢铁—硬橡胶—醋酯纤维—合成橡胶—涤纶—腈纶—氯纶—聚乙烯—赛璐珞—玻璃纸—聚氯乙烯—聚四氟乙烯(—) 在同一种静电序列中，列在前面的物质与其后面的物质相互摩擦时，前者带正电，后者带负电。例如，玻璃与丝绸摩擦，玻璃带正电，丝绸带负电。 应当指出，物质呈现的电性在很大程度上还受到物质所含杂质成分、面氧化的程度以及温度、湿度、压力、外界电场等因素影响。所以，上述静电序列，有时可能与实际不相符合。 (三) 静电的特点 静电具有电压很高、能量不大、静电感应和尖端放电等特点。 在生产过程中所产生的静电，其能量都很小，一般是在微库级到毫库级。但是，带电体的电容在很大范围内变化，有时变得很小。电压U与电容C和电量Q之间的关系为: U=Q/C 而在电量保持不变的情况下，电压与电容成反比。电容越大，电压越低;电容越小，电压越高。 如产生静电的两种物体是平面接触的，则其电容的大小为: C?1/d1 -8假设两种物体紧密接触产生静电时的距离d=25×10cm，分离时距离增大为d=0.1cm。这12就是说，两种物体分离时，电容减小为原来的四十万分之一，电压则增大为原来的四十万倍。当然，两种物体分离时，由于中和和泄漏，其电量低于计算值。因此，实际电压也比计算值要低。 应当指出，不仅平面接触产生的静电有上述情况，其他方式产生的静电也都有类似的情况。例如，传动皮带刚离开皮带轮时，产生的静电电压并不高，但转到两皮带轮之间的位置时，由于距离拉大，电容大大的减小，电压则大大升高。又如，油料或液化石油气在管道内流动时，电压也并不高，但当注入储罐，特别是注入大容积储罐时，由于电容减小很多，电 压就大大升高。 静电电压虽然很高，但静电能量却不大。根据计算，生产工艺过程中所产生的静电能量一般不超过数毫焦，少数情况能达到数十毫焦。但一些易燃物质的最小着火能量却很小，例如，氢仅为0.019mJ，可燃粉尘的最小着火能量也只需数十毫焦。所以，对于易燃物，静电的危险性很大，可能引起着火。 (四) 静电的积累和消散 1. 静电的积累 静电主要是由不同物质相互摩擦产生的。摩擦速度越高，距离越长，所加 的压力越大，两种物质在静电序列中所处的位置相距越远，摩擦产生的静电就越多。下 述生产工艺过程比较容易产生和聚积静电。 (1)固体带电 在生产过程中，固体物质大面积的摩擦以及粉碎、滚压、筛选过滤等过程都会产生静电。例如，橡胶料在压延机滚压下，由于外加压力高，受压面积大，电荷转移较快，产生的静电电压可高达数十万伏。 传送输送设备也极易产生静电。例如，用橡胶皮带、塑料带、合成纤维带、牛(猪)皮带的高速传动和输送等设备上都常有静电产生，皮带输送机上运转的硬聚乙烯托产生的静电电压高达45000V。 不同磨料相互摩擦时产生的静电电压各不相同。例如，涤纶与羊毛、锦纶、丝绸摩擦时可产生3000V静电，而与棉织物摩擦时最多产生180V的静电。 1016(2)液体带电 电阻率为10~10Ω•cm的液体与固体相互摩擦时，容易使液体带电，有引起火花放电的危险。在工业生产中应用的许多易燃液体，例如，汽油、苯、乙醚等，其 12电阻率均在10Ω•cm左右，在灌装、输送、运输等过程中，在管道、贮存、槽车中摩擦和冲击，尤其是在压力大、流速快、摩擦面积大、器壁粗糙等情况下，会使静电荷迅速增加和大量积聚，极易产生静电放电，引起火灾、爆炸事故。 采用绝缘管道输送液体时，管道也会带电。如果用绝缘的金属管道，因其易积聚静电，不仅会集中放电，而且放电能量大，危险性更大，故必须按要求接地。 运输易燃液体时，由于中途颠簸，会使槽车或油船内液体摇动激溅并产生静电，也相当危险。所以，运输易燃液体的槽体内，应设置隔仓板，灌装量以在85%以上为宜。此外，还应采用铁链接地，并保持中速行驶。 倾倒和过滤易燃液体时，也易产生静电，特别在过滤器和容器不接地时更为显著。为此，应将过滤器、容器与油罐等一并连接接地。过滤的流速要慢，以不超过1m/s为宜。 用汽油揩擦地面而引起静电火灾实例并不少见。揩擦时，汽油挥发后，形成大量爆炸性混合物，而当用拖把揩擦地面或人体走动与汽油摩擦时，就会产生静电火花放电，即能引起燃烧爆炸。故应严禁使用汽油等易燃液体揩擦地面。 搅拌易燃液体时，易产生静电。所以，要选择产生静电最小的导电材料制造搅拌器，并要接地。不能高速局部搅拌，应缓慢而又全面地搅拌，以减少静电的产生。 (3)粉尘带电 粉尘与粉尘、粉尘与器壁之间的摩擦，会产生静电。所以应限制粉尘在管道中的输送速度，具体速度应根据粉尘种类、空气湿度、温度和器壁光滑度等的影响而有所不同。另外，管道弯头的曲率半径要大，不宜急转弯，以减少摩擦阻力。 过滤粉尘的布袋，例如，布袋除尘器，要采用棉布制作。合成纤维织物易产生静电，故不宜采用。如必须采用，应采用夹有导电型纤维织成的合成纤维织物。 (4)气体带电 不易分离的纯净气体，即使流动也不易产生静电。如果气体中含有悬浮杂质，则在气体喷射时，由于悬浮杂质与气体之间的高速摩擦，都可使气体带电。易燃易爆气体、水蒸气及其他气体，如遇输送管道破裂，产生泄漏而高压喷射，由于速度极快，均可产生高电位的静电，并发生火花放电，引起燃烧爆炸。气体放空时高速喷出，也能产生静电。例如，氢气瓶放空时，氢气大量聚集在瓶颈部位，并在气流冲出过程中产生静电的聚积并发 生火花放电，引起燃烧爆炸。 (5)人体带电 对于静电来说，人体相当于良好导体。如果穿高电阻的鞋靴，则因人体运动、衣服摩擦、走路等各种原因，往往能使人体带有静电。这时，如与其他接地体接近而产生放电，就存在一定危险。例如，穿塑料底的鞋，在高绝缘的地面上行走时，人体静电电压可高达数千伏，而且与行走速度有关，速度越高，静电电压也越高。为了防止人体带电，在有防爆要求的车间或场所，不得使用塑料、橡胶等绝缘地面，而应尽可能保持地面湿润，同时操作人员应穿静电鞋。 人体穿着化纤织物的衣服，特别在空气干燥时，由于人体与衣服或衣服与衣物之间的摩擦，也会产生静电。人在穿、脱衣服时，产生的静电电压更高。 2. 静电的消散 任何物质带有静电后，若停止摩擦运动，静电总会逐渐消散。静电消散有 两条途径，其一是与空气中的电子或离子中和;其二是通过绝缘物向大地泄漏。 静电通过绝缘物向大地泄漏的快慢，主要决定于绝缘物的电阻率和介电常数以及表面状 688态等。电阻率为10~10Ω•cm以下的绝缘物，接地后静电容易泄漏而不积聚;电阻率为10 1114Ω•cm以上的绝缘材料，静电容易积聚，而且各部分电位可能相差很大;电阻率为10~10Ω•cm时，应采用静电防护措施。 空气湿度对静电的积聚和消散影响很大。湿度较低时，静电电位高;湿度较高时，静电电位低。 由于静电绝大多数不发生在电器设备上，而发生在通常情况下不带电的绝缘构架或物体上，因此极易被人们忽视而造成意外事故，必须引起注意。