Kiedy doświadczamy wyładowań elektryczności?
Wyładowanie elektryczności statycznej ESD (ang. Electro staticdischarge) jest powszechnie znanym zjawiskiem. Doświadczamy go, wykonując codzienne czynności, takie jak na przykład chodzenie, noszenie ubrań czy zdejmowanie ich. I tak przy chodzeniu występuje naprzemienny kontakt spodów obuwia z powierzchnią posadzki i oddalanie się od niej stopy, przy ubieraniu się – tarcie odzieży zewnętrznej o ciało lub tkaninę bielizny, przy ściąganiu ubrań – kontakt odzieży z włosami.
Jakie skutki mogą mieć niekontrolowane i nadmierne ładunki elektrostatyczne?
Podczas wykonywania wyżej wymienionych czynności, mamy kontakt z naelektryzowanymi materiałami, na przykład z foliami z tworzyw sztucznych. Niekontrolowane i nadmierne ładunki elektrostatyczne wywołują bezpośrednie skutki. Mogą być nimi między innymi:
- zakłócenie procesów technologicznych
- zakłócenie pracy urządzeń elektrycznych i elektronicznych
- uszkodzenie urządzeń elektrycznych i elektronicznych
- zagrożenie pożarowo-wybuchowe
- zagrożenie zdrowia ludzkiego.
Szereg tryboelektryczny prezentuje podatność materiałów na gromadzenie lub tracenie elektronów, czyli skłonność do dodatniego lub ujemnego elektryzowania się materiału. Generowany potencjał elektryczności statycznej zwykle nie jest dla nas szkodliwy. Ten sam potencjał jest natomiast dużym zagrożeniem dla wielu urządzeń elektronicznych.
Czym jest ESDS?
Dziś, w dobie miniaturyzacji, niebezpieczne dla wspomnianych urządzeń może być napięcie poniżej 100V (dla zobrazowania: odczuwalne przez dotyk jest 3000V, trzaski słyszymy przy 5000V, a przy 10000V możemy zaobserwować przeskok iskry elektrycznej). Te czułe na wyładowanie przyrządy nazywamy ESDS (ang. Electrostatic discharge sensitive device). ESDS jest to przyrząd czuły na wyładowanie elektrostatyczne. Z kolei termin ładunek elektryczny statyczny wskazuje na ograniczone możliwości poruszania się tego ładunku, uwarunkowane możliwościami przewodzenia elektrycznego danego materiału. Podstawowe parametry, stosowane do prognozowania i oceny zagrożenia oraz skuteczności ochrony, to wielkości fizyczne charakteryzujące stopień naelektryzowania materiału oraz jego zdolność do odprowadzania lub zaniku ładunku. Są to:
- napięcie elektrostatyczne
- natężenie pola
- energia wyładowania
- opór elektryczny powierzchniowy
- opór elektryczny skrośny
- rezystancja upływu
- czas relaksacji ładunku.
Jakie są normy właściwości odpornościowych?
Zgodnie z normą, ze względu na właściwości opornościowe, materiały dzieli się na: przewodzące, elektrostatycznie rozpraszające i izolatory. Podstawowymi metodami ochrony przed ESD są między innymi:
- uziemianie przewodzących elementów
- ekranowanie pól
- stosowanie wyrobów antyelektrostatycznych
- zwiększanie wilgotności powietrza
- jonizowanie powietrza
- ochrona antyelektrostatyczna personelu.
Wszystkie materiały zostały sklasyfikowane w normach i dyrektywach, według ich wartości i właściwości fizycznych.
Jaka jest polska, a zarazem europejska norma?
Polska, a zarazem europejska norma przedstawiają się następująco: PN-EN 61340-5-1- elektryczność statyczna – część 5-1: ochrona przed elektrycznością statyczną przyrządów elektronicznych – wymagania ogólne i PN-EN 61340-5-2 – elektryczność statyczna – część 5-2: ochrona przed elektrycznością statyczną przyrządów elektronicznych przewodnik użytkownika.
W związku z tym, że folie i opakowania z tworzyw sztucznych są nieodzownym elementem pakowania, zabezpieczania i przechowywania ESDS, stosuje się w nich trzy zabezpieczenia. Są to nadane im zdolności przewodzenia, rozpraszania i ekranowania ładunków elektryczności statycznej. Norma klasyfikuje opakowania ze względu na ich przydatność do pakowania w określonych warunkach.
Jaka jest przyszłość „antystatyków”?
Tworzywom nadaje się zdolność do przewodzenia, stosując w nich:
- opiłki i włókna węglowe
- grafit
- aluminium
- metalizowane włókno szklane
- polimery wewnętrznie rozpraszające
- polimery wewnętrzne przewodzące
- migrujące domieszki chemiczne o właściwościach słabnących z czasem i zależnych od wilgotności powietrza.
Przyszłość „antystatyków”, zarówno w branży opakowaniowej, jak i w wielu innych branżach wykorzystujących w swej technologii tworzywa sztuczne, stanowić będą rozwiązania oparte na nanokompozytach, w tym wypadku nanorurkach węglowych posiadających nieocenione właściwości fizyczne i mechaniczne. Nanorurki gwarantują stabilność właściwości elektrycznych tworzyw sztucznych w zmiennych warunkach atmosferycznych.