塑料薄膜生产静电问题的探讨
发布时间：2022-08-19
在塑料软包装生产和应用中，冬春季干燥塑料薄膜静电一直是比较头痛的问题之一，高速运转的生产、金属辊与薄膜摩擦、薄膜之间的摩擦、薄膜张力变化、都可能导致静电产生。静电不仅吸附灰尘，严重影响薄膜印刷和制袋质量，还可能引发起火、击穿电气设备等诸多问题。
一、塑料包装印刷静电形成的原因
一般来讲，一旦塑料表面的静电荷累积到 4000 伏左右时就会发生火花放电。塑料包装印刷工艺所使用的油墨、粘合剂和溶剂等均是易燃易爆物质。在高速印刷或加工宽幅塑料薄膜时， 因接触面大、速度快，会产生大面积静电，严重时会引起火灾或爆炸事故，恶化劳动条件。在低速印刷或加工窄幅塑料薄膜时，因摩擦面小、速度慢，故产生静电的现象不那么严重，但同样会影响产品的产量和质量。
无论塑料薄膜、纸张印刷品、油墨、金属展平辊基本材质有何区别，各自都是由分子、原子组成的。原子又由带正电的原子核和带负电的电子组成。原子核中有质子和中子，中子不带电，质子带正电。一个电子所带的负电量与一个质子所带的正电量相等。在正常情况下，上述各物体中任何一部分所包含的电子的总数和质子的总数是相等的，所以对外界不表现出电性。正如单独存放的纸张、塑料薄膜、覆膜机等，在没有相互作用运动、保持静止时，并没有静电的释放和影响。
但是，如果在一定外力作用下，如塑料薄膜放料时的自身剥离发生摩擦，塑料薄膜和金属展平辊运行时发生的摩擦，纸张和纸张离开时的摩擦，纸张和橡胶压力辊碾轧的摩擦，塑料薄膜和加热辊筒碾轧的摩擦，纸塑复合品塑料和纸张分离的摩擦，摩擦作用力的双方，接触距离为一个或小于一个分子距离时，一种物质就会把电子传给另一个物质，失去电子的带正电，另一方带负电。于是接触后迅速分开，会使其中的某一部分得到或失去一定数量的电子，使原保持电子总数与质子总数相等的平衡遭到破坏，电子总数和质子总数不再相等，塑料薄膜、纸张印刷品、覆膜机，分别或同时都会显示它的双方分别带等量异号的静电荷，静电就产生了。
二、 薄膜高速生产时，设备严格接地，为什么还会产生静电呢？
薄膜被牵引时，与设备金属辊摩擦产生静电。在薄膜与金属辊分离的瞬间，因金属辊上自由电子多，易失去自由电子呈正电，而薄膜易得到自由电子呈负电。金属辊因为良好接地，失去的自由电子可以通过接地得到无限的补充，所以并不显示静电的存在。薄膜因为表面电阻大，残存的自由电子得不到释放，所以在整个分离区域显示负电，薄膜静电也就产生了。同时，薄膜的背面因为感应产生相反极性的电--正电，这种带静电薄膜易吸附各种带电的灰尘。
静电电量很少，夏季一块积雨云所携带的静电也就几个库仑。静电与交流电不同的是，如果静电电压低对生活没有影响。冬春季开门接触金属把手或人体时放电产生的灼痛感，一般要 3000-10000 伏特的静电压。晚上脱毛衣看见静电火花因为低于 3000 伏，根本无法感知。人走过 30 m 的化纤地毯可能产生数万伏的静电压，而我们却毫无感觉：这是因为静电压也会慢慢减弱的。
三、静电是否只在不同材料之间发生
一个不敢相信的事实是，两个同样形状冰块相互摩擦也会产生静电。用 A 冰棒的 C 点左右摩擦 B 冰棒全部区域 3 分钟。用静电压表测试得知，在 A 棒的 C 点出现电压很高的负电荷，而在 B 棒的整个摩擦区域，则出现了电压比较低的正电荷。
上述摩擦在物理学被称为"非对称摩擦"。分析静电产生原因，虽然摩擦时对两块冰做的功一样，但是对 B 棒来说，因为摩擦面积大，由摩擦热引起的温度上升不明显，而对于 A 棒，因为做功相对集中，C 点温度相对升高。温度的升高带来分子的活跃和电离--带正电的氢离子和带负电的氢氧根离子，其中氢离子比较活跃，容易从温度高的 A 棒 C 点游离到温度低的 B 棒区域上，从而使 B棒显示正电，相反，A 棒 C 点则显示负电。
用两个聚丙烯棒进行以上试验，同样产生静电，只不过电性与冰块相反。
用两块同样形状大小的聚乙烯薄膜相互对称摩擦后，精确测试可以发现，在上面出现了许多很微小的带正电的点及大片带负电的区域，原因是聚乙烯表面微观的凹凸不平造成的局部不对称摩擦，致使各部分摩擦热和温度的不同，从而导致活跃的带电荷基团不均匀分布。
所以说，同样材料的相互摩擦也会导致静电。
四、静电对薄膜生产中有哪些影响
覆膜生产过程产生的静电，不仅经常给操作工人以“触电”的感觉，令人不舒服和产生心理恐惧，影响正常操作，还会给生产安全、产品质量等方面造成严重影响。
1、塑料薄膜和金属展平辊摩擦产生各自带有等量异号的电荷，会使涂胶机构的胶液输送管道、贮胶盘槽、胶粘剂也带静电。胶液带电后因斥力作用形成微粒，不仅易弄脏覆膜机械、引发火灾，同时，在对塑料薄膜进行机械涂布时，带电的胶液产生移动，引起放电现象。
2、由于静电的存在，覆膜成品单张与单张之间或相斥或相吸，很难滑开，灌不进空气，整理起来非常困难，不能方便地做到整齐，保证规矩在同一标准位置，极易造成裁切的错误，出废品。
3、由于静电的吸附作用，会造成空气中带静电的微小尘埃附着在塑料薄膜和纸张印刷品表面，产生亮点、虚影等，破坏粘结效果，也会造成取薄膜的困难或纸张在输送带上的吸附，使之不能按要求顺利进入热压合机构，出现有膜无纸空挡的粘卷缠绕或皱折事故发生。
4、塑料薄膜积聚的静电如果不能及时释放，可能由于静电压的持续升高而放电，形成的电火花，迅速点燃有机溶剂挥发的易燃气体，造成涂胶机构部位存在的胶粘剂和稀释剂的爆燃，引燃塑料薄膜和纸张等易燃品，发生可怕的火灾。
5、薄膜在印刷时，静电会导致印品图像发花或出现斑点。若是油墨带静电，其移动中放电，便可能在印品上出现“静电墨斑”，看上去似乎是油墨的流动性差，上墨不均匀，在层次薄版印刷中常出现这种情况。在实地版印刷中，若带电油墨在印品上线条的边缘放电，很容易在线条边缘出现“墨须”。
6、透明度降低，影响包装对产品的再现功能。
7、用于电子产品包装时 则会损害电子产品的性能。
五、静电的消除
了解了静电的危害，那么如何能够有效的去消除呢？下面列举几种有效消除静电的方式：
a、使用静电消除器。
b、添加抗静电消除器。
c、材料改性。
d、涂复法消除薄膜表面静电。
e、复合包装印刷材料设计时的选择。
f、改善加工和使用条件。
g、用其他性能弥补抗静电性。
静电消除器分无源式和有源式两类，后者又分为高压电源式、离子风式、放射源式等几种，因为都需要另加电源，加大能耗，高压电或放射源的安全因素，很少在塑料加工中使用。塑料薄膜生产厂家，过去一般使用无源式静电消除器中的硬毛静电刷（防静电毛刷），现在，许多要求高的厂家纷纷选择一些新的静电消除器，如软毛静电刷等。
对薄膜无损伤的软毛，则可以直接接触薄膜；因为软毛的“柔”，产生静电感应后因为电荷的吸引力毛尖部分可以紧紧吸附在薄膜上，负电荷可以通过软毛静电刷直接导入大地，消电效果也大幅度提高。据测算，接触式软毛静电刷的临界电压比普通硬毛静电刷低 80 % 左右，电晕电流则大 30 % 以上。
1、静电毛刷的指标
对于薄膜和印刷行业，目前消除静电的最适用办法是安装合适的静电毛刷。
目前，市面上的静电毛刷绝大部分都是手工制作，并没有统一的国家标准及行业标准，甚至企业标准都很少。业内首先确定了以下指标：
1）、导电性：理论上静电毛刷导电性能越好，其消除静电的效果越好，鉴于综合目前市场的材料性能，要求刷毛部分电阻率 ≤ 8*10-6 Ω/M，这样尽可能地消除绝大部分静电。
2）、毛密度：作为普通刷子，要求毛尽量多，显得厚实可靠。但是作为实用的静电毛刷，毛太多反而其毛端因为带同种电荷会相互排斥散乱，部分毛端失去作用；如果毛太少会在毛与毛之间有静电遗漏的地方。据模型测量及生产实践，毛密度应该在 700-800 根/m。
3）、挺度：挺度是刷的基本指标之一，它与回弹性一起构成了刷的基本性能。挺度大容易划伤工作面，挺度小则不易紧贴工作面。超导电碳纤维软毛静电刷这项指标是 4.2 N/M ＜ 挺度 ＜ 4.8 N/M （弯曲角为30±5o）
4）、高速回弹性：回弹性也是刷的基本指标，对于印刷、薄膜等高速移动工作面来说尤为重要,只有回弹，才能继续紧贴工作面。超导毛静电刷的回弹性指标要求达到 1500 万米以上。
5）、摩擦损失率：摩擦损失率指刷毛的耐磨性，也是刷毛的寿命。可以看出，耐磨性好毛刷使用寿命才长。TR-2 静电刷的摩擦损失率指标要求达到 12 mg/m·万米以上，是普通毛刷的 4-5 倍。
6）、耐腐蚀性：塑料薄膜在生产中，表面有游离出的爽滑剂等低分子物质，有吸附的灰尘等杂质，通过静电毛刷时会附着在毛刷上，降低消静电效果。这时可以用有机溶剂进行清洗，耐腐蚀性就成了毛刷必须性能。
2、如何正确选用软毛静电刷
塑料薄膜生产应用厂家，过去一般使用手工制的无源式静电消除器中的硬毛静电刷（防静电毛刷），渐渐地，软毛静电刷以特殊的柔软性更替了硬毛静电刷，而现在软毛静电刷已不能满足塑料薄膜生产线上的需求，许多要求高的厂家纷纷选择一些新的静电消除器。
超导电碳纤维软毛静电刷是在软毛静电刷的基础上研发生产的，普通的软毛静电刷虽然具有一定消电效果，但由于是手工制造，略显厚重，实践证明，毛密度低于 700 根就会产生静电遗漏的现象。超导电碳纤维软毛静电刷消电时与薄膜贴合紧密，机制型，结构轻便，毛密度在 700-800 之间，不仅不会因为毛密度过高使其毛尖端放电而产生毛之间的排斥现象，而且还不用担心因为毛密度不够而产生漏电的困扰。
六、此外消除静电方法还有:
1、接地:这是最简单的消除静电的办法。即把金属导体与大地连接，使它与大地等电位，电荷便经大地而泄露、但这种方法对于绝缘体几乎没有效果。如果有两部印刷机邻近，虽然它们各自都有导线接地，但因电荷泄漏的程度有所不同，它们之间仍然有可能有电位差，为避免彼此放电，也要用导线把它们连接起来。
2、控制相对湿度:这是一个简单有效的办法。表面电阻随空气相对湿度的增大而减少。因此，增加空气的相对湿度，就可以提高纸张表面的电导率，加速电荷的泄漏。在印刷车间，温度为 25 ℃ 左右，相对湿度在 65 % 上下是合适的。所以，在印刷周围环境中洒一些水，有条件的可使用空气加湿器，并注意多擦地，可以有效地消除静电。
3、调整油墨粘度: 把油墨的粘度调大一些，也可以有效地减少（消除）油墨中的静电，提高印刷质量。
4、在油墨中加入抗静电剂或异丙醇：最好使用抗静电剂，因为异丙醇加多了会导致油墨“反渣”，许多书上介绍 异丙醇的加入量为不超过 2 %，但是，根据实践，非要远远超过这个量才会有效果。
5、可安装防静电刷或安装 Meech 的 976 直流离子棒、交流静电去除装置可有效去除静电。
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