Основи статики

Статична електрика — звичне явище: саме вона відповідає за легкий розряд, коли торкаєшся металевої ручки, або за те, що тонка плівка й пінопласт «чіпляються» до рук. На виробництві її прояви значно відчутніші: вона сповільнює виробництво, псує продукцію, притягує пил і б’є струмом операторів. Розгляньмо, що це за явище, як воно виникає і якими методами його контролюють.

Уся речовина складається з атомів, у яких кількість позитивно заряджених протонів за звичайних умов дорівнює кількості негативно заряджених електронів — тому тіло електрично нейтральне. Проте електрони порівняно легко переходять від одного тіла до іншого. Коли поверхня втрачає частину електронів, вона набуває позитивного заряду; коли отримує надлишкові — негативного. Саме цей надлишок або дефіцит електронів і називають статичною електрикою.

На відміну від електричного струму, що тече провідниками, статичний заряд утримується на поверхні ізоляційних (непровідних) матеріалів — полімерної плівки, пластику, паперу, тканини — і не стікає самостійно. Тому він здатний накопичуватися до значних величин, у десятки кіловольтів.

Статична електрика виникає майже в усіх галузях промисловості — у друці, з пластиком і плівкою, у пакуванні та литві.

Основний механізм появи статики на виробництві — трибоелектричний ефект: заряд виникає, коли два матеріали контактують, а потім розділяються. У момент розділення частина електронів залишається на одній із поверхонь, і матеріали набувають протилежних за знаком зарядів. Явище відоме здавна: ще близько 600 р. до н.е. Фалес Мілетський зауважив, що бурштин, потертий вовною, притягує дрібні частинки.

Заряд утворюється всюди, де матеріал рухається, а тертя й розділення поверхонь неминучі:

• плівка й полотно на роликах бобінорізок і намотувальних машин;
• папір у друкарських машинах;
• екструзія та роздув ПЕТ-тари, лиття пластмас;
• конвеєри, пакувальні та намотувальні лінії.

Що швидше рухається матеріал, то більший заряд. Ситуацію погіршує низька вологість повітря: сухе повітря є добрим ізолятором, тож заряд не має шляху для стікання — узимку та в опалюваних приміщеннях проблеми зі статикою загострюються.

Плівка, що рухається роликами, електризується від тертя; заряд знімають з обох боків полотна.

• Порушення поводження з матеріалом. Плівка й пакети злипаються або розлітаються, аркуші не формують рівного стосу, полотно липне до валів.
• Брак і забруднення. Заряджена поверхня притягує пил і частинки — страждає друк, фарбування, ламінування.
• Удари струмом. Оператор накопичує заряд і розряджається, торкнувшись заземленого обладнання.
• Ризик займання. Там, де присутні пари розчинників, іскровий розряд здатний їх запалити.
• Пошкодження електроніки. Чутливі компоненти виходять з ладу навіть від незначних розрядів.

Накопичений заряд розряджається на оператора — типовий наслідок неконтрольованої статики.

Основний метод — іонізація повітря. Іонізатор утворює біля робочої зони велику кількість позитивних і негативних іонів; заряджена поверхня притягує іони протилежного знаку, і заряд нейтралізується. Застосовують кілька типів обладнання:

• Активні іонізатори (шини-іонізатори) — живляться високою напругою й активно генерують іони. Вирішальний чинник — відстань: що ближче до матеріалу, то вища ефективність.
• Пасивні розрядники (антистатичний шнур, «мішура») — працюють без живлення, знімаючи частину заряду за рахунок індукції.
• Генерація статики (пінінг) — навпаки, контрольований заряд для тимчасової фіксації матеріалу: притискання крайки плівки, утримання етикетки.
• Вимірювання — прилади визначають, де саме і якої величини заряд.

Шини-іонізатори Fraser нейтралізують статику на лінії — аркуші розділяються рівно, без злипання.

• Що ближче — то краще. Ефективність іонізатора швидко зростає зі зменшенням відстані до матеріалу.
• Матеріал має бути у вільному просторі. Поки плівка притиснута до вала, її заряд «зв’язаний» з валом і не піддається нейтралізації — потрібно дочекатися, поки матеріал відійде (щонайменше 50 мм від точки контакту).
• Нейтралізувати безпосередньо перед проблемною ділянкою. Далі по лінії заряд може відновитися, тож іонізатор розміщують в останній можливій точці перед місцем, де статика заважає.
• Враховувати швидкість. Зі зростанням швидкості лінії заряд збільшується; на швидкісних лініях може знадобитися кілька іонізаторів.
• Прибирати пил одразу. З часом електростатично притягнутий пил переходить у стійке зчеплення з поверхнею, і згодом його вже не видалити обдувом.