Главным свойством антистатических покрытий является то, что во многих ситуациях они предотвращают удар током. Когда две поверхности с различным напряжением приближаются друг к другу, может возникнуть электростатический разряд, перемещающий заряд с одной поверхности на другую, зачастую в виде искры. Минимизация напряжения разряда (и плотности тока) может помочь защитить оборудование и снизить возникновение искры как в рабочей среде, так и дома.
Антистатические покрытия являются частично проводящими, что означает, что они частично устойчивы к протеканию тока и могут безопасно проводить статическое электричество к заземлению и предотвращать искры. Поскольку данные покрытия лишь частично проводящие, накапливаемые заряды не стремятся сразу перейти на поверхность с покрытием, как может происходить с полностью проводящими материалами, например, металлами. Другими словами, скорость передачи заряда изменяется (замедляется) антистатическим покрытием.
Однако антистатические покрытия достаточно проводящие, чтобы статическое электричество не накапливалось на них, а заряды рассеивались. Напряжение прямо пропорционально току, помноженному на сопротивление (закон Ома).
При заданной разнице напряжений меду двумя соприкасающимися поверхностями покрытие с более высоким сопротивлением снижает ток, протекающий между ними. Для отведения зарядов должна присутствовать хотя бы минимальная электропроводность.
Разность потенциалов хотя бы до 250 В может быть получена благодаря обычным антистатическим покрытиям. Использование более высокого напряжения достаточно распространено, особенно если понимать, что испытания являются неотъемлемой частью успеха, и может выясниться, что выше некоторой критической разности напряжений необходимы альтернативные меры безопасности. Все покрытия немного отличаются друг от друга. Даже самое прочное покрытие рано или поздно подвергается диэлектрическому пробою, но разность напряжений, при которой это происходит, лучше всего определяется экспериментально при предполагаемой толщине покрытия. Это проблема для областей применения, связанных с особо высокими разностями напряжений.
ВОЗЬМИТЕ СТАТИЧЕСКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО ПОД КОНТРОЛЬ
Далее представлены некоторые ситуации, в которых возможность рассеивания заряда может быть полезной:
Рабочие места специалистов по электронике. Интегральные схемы, как известно, подвержены повреждениям от электрических разрядов. Поэтому их поставляют в антистатических пакетах. Рабочее место с антистатическим покрытием может предотвратить внезапные повреждения. Компании, занимающиеся сборкой интегральных схем в других устройствах, во многом зависят от таких рабочих мест.
Компании, занимающиеся сборкой интегральных схем в других изделиях, используют рабочие места с антистатическим покрытием для снижения статического электричества
Корпуса оборудования, особенно для электроники или деталей с высоким напряжением.
- Испытательное оборудование для полупроводников, например, полностью помещено в шкафы с антистатическим покрытием, чтобы предотвратить повреждение чувствительных полупроводниковых устройств блуждающими зарядами в ходе испытаний. Шкафы также защищают само оборудование от статических зарядов или высокого напряжения в атмосфере. Чистые комнаты и все оборудование в них выигрывают от использования антистатических покрытий.
- Высоковольтное оборудование представляет опасность поражения током. Помещение такого оборудование в шкафы с антистатическим покрытием обеспечивает безопасность, отводя заряд, пытающийся перейти к более низкому напряжению, на заземление, и не позволяя ему перейти на находящегося поблизости человека.
Полы, по которым ездят резиновые шины в условиях, где может быть пыль или легковоспламеняющиеся материалы. При перемещении шины вилочного погрузчика могут накапливать сильный электростатический заряд, который может рассеиваться на ближайшую землю, например, на металлическую стойку, создав искру. Это создает взрывоопасную ситуацию в помещении с пылью или легковоспламеняющимися парами.
Пол склада или этажа с антистатическим покрытием может рассеять заряд при повороте шин, устраняя опасность искр. Специалисты по нанесению порошковых покрытий могут использовать антистатическое покрытие с низкой температурой отверждения для древесноволокнистых плит средней плотности, применяемых при строительстве полов, соединенных с заземлением электроники.
Швейные и другие фабрики, использующие стеллажи с полиэтиленовыми пакетами. Без рассеивания заряда пакеты могут стать настолько заряженными, что их невозможно будет отделить друг от друга. Антистатические покрытия на рабочих поверхностях (заземленных для отвода заряда) могут уменьшить статическое слипание пластиков и опасность поражения током для сотрудников.
Без рассеивания заряда, чехлы для хранения одежды могут накопить такой заряд, что их невозможно будет отделить друг от друга.
Экранирование от электромагнитных помех. Некоторые схемы создают сигналы в диапазоне радио- или более коротких длин волн, которые могут создавать помехи для других электронных схем. Помещение таких схем в электропроводящие или защищенные от статического разряда (частично проводящие) корпуса может, благодаря эффекту Фарадея, снизить сигнал, чтобы он больше не создавал помехи для других находящихся рядом схем. Если же чувствительная схема окружена источниками сильных электромагнитных сигналов, ее можно защитить от них корпусом с антистатическим покрытием.
Производители устройств занимаются проектированием и нанесением покрытий на такие корпуса, а также могут использовать антистатические покрытия для экранирования от электромагнитных помех.
В условиях сухой зимней погоды. По мере снижения влажности и температуры потенциал накопления зарядов статического электричества повышается. В более теплые зимы влажность может сдерживать накопление зарядов, и в процессах, не связанных с электроникой, они практически незаметны. Однако холодный воздух обладает ограниченной способностью к удержанию воды, и влажность падает. Удержание воды в воздухе понижается, и заряды накапливаются, что может привести к разрядам статического электричества, даже в процессах, не склонных к ним в другие времена года. Мебель, корпусы оборудования, ручки и другие детали с антистатическим покрытием могут сгладить смену времен года в этом отношении.
Поверхности с антистатическим покрытием должны предотвращать искры и короткие замыкания, внезапные разряды, которые могут повредить электронику и привести ко взрыву, а также накопление зарядов статического электричества на деталях, которое делает их опасными или усложняет работу с ними. Покрытие должно соприкасаться с потенциально заряженной деталью, чтобы выполнять свою функцию наилучшим образом. Антистатические покрытия разработаны лишь частично проводящими, чтобы замедлить процесс рассеивания и отвести заряд на землю без формирования искр. Толщина покрытия также играет свою роль, и более толстые антистатические покрытия демонстрируют более высокое удельное сопротивление.
Однако оно не строго линейно, и, если требуется получить определенное значение удельного сопротивления, испытания выбранного покрытия покажут, насколько толстым оно должно быть для достижения такого значения. Антистатическое покрытие должно быть в контакте с надлежащим заземлением, чтобы выполнять свою функцию.
КОГДА РЕЗИНА СОПРИКАСАЕТСЯ К ДОРОГОЙ (С АНТИСТАТИЧЕСКИМ ПОКРЫТИЕМ)
Антистатические покрытия представлены в разных вариантах. Это и порошковые покрытия, и покрытия на водной основе, на основе растворителей и УФ-отверждаемые покрытия.
Диапазоны сопротивления, как правило, составляют от 106 до 1011 Ом, и отдельные покрытия обычно имеют более точные характеристики.
Компоненты, которые делают покрытия пригодным для антистатического применения, являются электропроводящими и добавляются лишь настолько, чтобы сделать покрытие в целом «достаточно проводящим» для определенного диапазона значений. Многие проводящие компоненты черные (например, определенные типы сажи, углеродные волокна и материалы на основе графена).
Без антистатического покрытия шины вилочного погрузчика при перемещении могут накапливать сильный электростатический разряд, вызывая опасность возникновения искр.
Металлические пигменты иногда играют свою роль в антистатических покрытиях, но их использование сопряжено с определенными трудностями. Металлические частицы могут сформировать непроводящие оксидные слои и оказаться неподходящим выбором для условий, в которых будет использоваться покрытие.
Алюминиевые пигменты используются, например, для создания серых антистатических напольных покрытий. Другие пигменты белые или пригодные для прозрачных покрытий, например, из слюды или других минералов, добавляемых в проводящие неорганические материалы (есть несколько типов).
Покрытия, содержащие такие проводящие материалы, могут быть разных цветов, поскольку проводящая составляющая не делает покрытие черным или серым по умолчанию. Наконец, некоторые смолы (связующие) сами по себе проводящие и могут использоваться без специальных пигментов для создания антистатического покрытия.
Любой специалист по порошковым покрытиям может справиться с нанесением и антистатических порошковых покрытий; никакого специального оборудования для этого не требуется.
Типичные графики отверждения такие же, как у стандартных порошков, поскольку антистатические компоненты добавляют к стандартным системам.
Можно разработать антистатические покрытия, обладающие определенной стойкостью к атмосферным воздействиям (ультрафиолетовому излучению, влажности и температуре), аналогично стандартным порошковым покрытиям, хотя, чтобы подтвердить, что антистатическое покрытие справляется со своей задачей, потребуются специальные испытания.
Высоконаполненное антистатическое покрытие может иметь взаимосвязанные каналы проводящих частиц (что и обеспечивает проводящие свойства покрытия), но без должного внимания это может привести к созданию каналов для влаги и солей, проникающих в покрытие. Однако многие антистатические покрытия, представленные на рынке, прошли испытания на стойкость к атмосферным воздействиям и показали свою полную пригодность к использованию вне помещений.
На антистатическое покрытие не нужно наносить верхний слой, поскольку это помешает отводу заряда на землю и снизит или полностью уничтожит антистатические свойства системы покрытий.
Для испытания антистатических свойств на стадии разработки или контроля качества требуется специальный прибор для измерения удельного сопротивления. У этого прибора будут либо проводящие контакты на задней стороне, либо гнезда для больших металлических датчиков. Важно проводить измерения удельного сопротивления по отдельным участкам (а не по отдельным точкам, если датчики слишком тонкие), поскольку проводящие каналы достаточно нестабильны. Это означает, что более точный ответ можно получить лишь, проводя измерения по участкам.
Антистатические компоненты нельзя добавить постфактум и все равно получить нужный эффект, поэтому, если результаты испытаний не соответствуют требованиям, необходимо связаться с производителем порошка и узнать правильный диапазон удельного сопротивления при определенной толщине покрытия для конкретного применения.
Антистатические порошковые покрытия по-прежнему обладают основными преимуществами порошковых покрытий, включая долговечность и прочность. Физические свойства (ударопрочность и гибкость) определяются содержанием смол и пигментов. Антистатические добавки фактически на это не влияют.
Стоимость проводящих компонентов сильно варьируется, поэтому антистатические покрытия с различными внешними характеристиками могут стоить совершенно по-разному. Вы получаете то, за что платите, как и с любым другим видом покрытий. В целом, материалы черного и серого цвета наиболее экономичны. Однако технология продолжает развиваться, позволяя расширять цветовую палитру. Когда-то антистатические покрытия были черными или серыми и поставлялись только в виде жидкой краски.
Теперь они могут быть разных цветов и текстур, а порошковые покрытия зарекомендовали себя как весьма эффективный вариант антистатических покрытий.
Саша Тавеннер Кругер, д.н., – химик-исследователь в компании Forrest Technical Coatings.
