Изоляционные материалы и технологии

Статическое электричество и лучший способ защитить от него оборудование

Неподвижные электрические заряды, называемые электростатикой, играют неотъемлемую роль в промышленных процессах, представляя как потенциал для одних технологических процессов, так и вызовы для безопасности и эффективности других. Статическое электричество может возникнуть, когда два объекта из разных материалов вступают в трение друг с другом, что приводит к перераспределению электронов между ними, известному как трибоэлектрический эффект. Разница зарядов между двумя объектами называется разностью потенциалов. Отрицательно заряженный объект будет стремиться перебросить свои лишние электроны на положительно заряженный объект и таким образом уравнять заряд между двумя объектами. Электростатика также возникает как результат явления электромагнитной индукции. Когда предмет помещается в сильное магнитное или электрическое поле, на него могут воздействовать индукционные токи, а на поверхности предмета в таком случае начинают накапливаться электрические заряды.

Статическое электричество

Чем разнороднее материалы взаимодействующих объектов, чем больше разнятся их электрические свойства, тем более непредсказуемым может быть эффект, при этом материалы с высоким удельным сопротивлением особенно склонны к накоплению статического заряда. Если два объекта с разным электрическим потенциалом поместить достаточно близко друг к другу, и если разность потенциалов достаточно велика, то между ними может возникнуть электростатический разряд, который мгновенно уравнивает потенциалы между двумя объектами так же, как если бы они были соединены между собой проводом.

Искры от разрядов могут представлять не только серьезную опасность возникновения пожара или взрыва там, где возможно воспламенение легковоспламеняющихся химикатов, топлива или других материалов, но также там, где существует риск взрыва в средах с большим количеством пыли или мелкого порошка, например, на мукомольных заводах. Электростатический разряд может вывести из строя чувствительные компоненты электроники, вызвать возгорание на производстве или нанести непосредственный вред здоровью человека, контактирующего с оборудованием. Ежегодный ущерб от электростатики на предприятиях по всему миру составляет десятки миллиардов долларов.

К счастью, на сегодняшний день феномен статического электричества хорошо изучен наукой, и человечество совершенствует методы преодоления статики для достижения своих целей. Контролировать статику и снижать риски позволяют устройства нейтрализации зарядов, также существуют специальные антистатические материалы и покрытия, заземляющие оборудование.

Основными стандартами, содержащими правила и рекомендации для защиты от электростатики на территории РФ, являются ГОСТ IEC 61340-5-1-2019, ГОСТ IEC TR 61340-5-2-2019 и ГОСТ Р 53734.5.2-2009 (МЭК 61340-5-2:2007). В этих стандартах приведены рекомендации по минимизации воздействия электростатики и нормы устойчивости оборудования и материалов к возможным электростатическим разрядам. Так, именно благодаря стандартизации всё оборудование, которое используется на производствах или встречается человеку в повседневной жизни, обязательно заземляется в интересах безопасности. Кроме того, стандарты устанавливают уровни качества материалов, используемых для защиты от статического электричества. В зависимости от электростатических свойств защитные материалы делятся стандартами ГОСТ на несколько групп.

1. Изолирующие материалы, как правило, обладают сопротивлением свыше 10¹⁴ Ом/квадрат. Предметы из таких материалов не проводят электрический ток, поэтому накапливают на поверхности заряды и не могут быть заземлены. Использование таких материалов вблизи источника статического электричества крайне нежелательно в рабочих условиях.

2. Антистатические материалы, сопротивление которых может составлять 10⁹ до 10¹⁴ Ом/квадрат. Высокое поверхностное сопротивление делает такие материалы устойчивыми к трению, но они могут требовать особых условий для эффективной работы, таких как повышенная влажность. Хоть такие материалы и защищены от трения как источника зарядов, всё же они подвержены влиянию электрических полей, и индукционные токи могут так или иначе электризовать антистатические материалы, делая их непредсказуемо опасными при использовании в рабочих средах.

3. Рассеивающие материалы. Такие материалы характеризуются поверхностным сопротивлением в диапазоне от 10⁵ до 10⁹ Ом/квадрат. Этого достаточно, чтобы предотвратить накопление больших статических зарядов на поверхности, но при этом любые возникающие заряды быстро рассеиваются по объёму материала.

Наиболее популярные современные покрытия с рассеивающими свойствами изготавливаются из стеклотканей на основе алюмоборосиликатного бесщелочного стекла. Такие материалы особенно устойчивы к износу, действию влаги и химически активных веществ. Но сама по себе стеклоткань не используется как рассеивающий материал, в этом ей может поспособствовать дополнительная обработка. Выработанные на сегодняшний день стандарты множества составов композитных материалов позволяют выделить из них более или менее универсальные, обладающие помимо рассеивающих качеств и другими преимуществами.

Одними из перспективных современных материалов-рассеивателей среди покрытий являются стеклоткани с силиконовой пропиткой. В зависимости от композитного исполнения они могут быть наделены качествами термостойкости, повышенной термостойкости, устойчивости к агрессивным средам и ультрафиолету. В части рассеивания статического электричества и, как следствие, наибольшего сопротивления электрическим разрядам, среди материалов лидирует стеклоткань с силиконовым покрытием SC400-100AS. Обладая уникальными качествами Si-стеклотканей, SC400-100AS также является уникальным рассеивателем и самым надёжным средством для защиты технических средств и персонала от электростатики, что подтверждено испытаниями.