汽车改装中的抗静电方法及对策

作者：李达德 单位：沈阳新阳汽车改装厂

公路运输事业随着国民经济的发展而迅猛发展。运输货物的种类逐渐增多,对专用汽车的要求也越来越高。有些货物需要在防静电条件下才能保证安全。例如:容易引起爆炸的火工品、某些易燃的化工品及由大规模集成电路组成的电子产品等,都很容易受到静电干扰而造成爆炸、燃烧或性能损坏等后果。静电作为一种自然现象早已被人们认识,但对工业部门的危害却是近代才开始认识和研究的。在我国,生产和贮存环节中的防静电问题已经逐渐为人们重视起来。然而对汽车运输环节中的防静电研究尚处起步阶段。由于运输过程是动态过程,这给解决防静电问题带来不便并具有特殊性。目前我国专用车只在轻质油罐式运输车等个别类型车的技术条件中有防静电具体要求,而有些专用车对防静电问题的研究并不能很好地满足实际需要。一是标准、法规等在某些方面尚存在不完善之处;二是改装厂对此重视程度有待提高;三是使用者对静电的危害及防静电的知识了解不够。由此造成的静电灾害、人员伤害和财产损失时有发生。

1静电的产生和造成危害的机理

正常物体其内部原子结构保证了正负电荷相平衡,故都呈中性,不带电。当两种物质互相摩擦或紧密接触(接触距离小于25×10-8cm)时,由于其原子外层电子的能级不同,以及不同原子得失电子的能力也不同,因此发生电子转移现象,使两种物质界面两侧出现大小相等正负符号相反的两层电荷(称为双电层)而形成电位差(称为接触电位差)。两种物质互相摩擦或紧密接触后再分离就会产生静电。将双电层带正电荷的物质排在前面,带负电荷的物质排在后面,这样许多物质依次排成一个系列(称为物质的静电系列)。静电系列中相邻近的物质互相摩擦产生静电荷较少。另外,物质受到其它带电体的感应,在感应静电场的作用下,其物质表面相应部位会感应出静电荷,或造成该物质中原有电荷重新分布的现象,这也是产生静电的一种方式,即静电感应。根据静电感应,将一个封闭接地的导体空腔放在静电场中,当达到静电平衡时,空腔内的空间不存在静电场(这个现象称为法拉第笼现象),即静电屏蔽。产生静电电压的大小,取决于两个互相摩擦或紧密接触物体的物理性质和化学性质、所在环境的温度、相对湿度、电阻系数、物体数量、流动和摩擦时间及速度等。物质分为导体和绝缘体,如果导体上有静电荷,则静电荷均匀分布于导体表面各处。若将有大量静电荷的导体接地,则导体急速泄放电荷,很容易产生火花放电,引起火灾。而绝缘体上的静电荷聚集在产生电荷的局部位置上,又不易导出,当聚集的电荷能量达到一定程度时,即可引发灾害。在静电学中,将物质分为:静电导体、静电亚导体和静电绝缘体。用ρ表示其电阻率,则:静电导体:ρ≤106Ω•cm;静电亚导体:106Ω•cm<ρ<109Ω•cm;静电绝缘体:ρ>109Ω•cm。其中电阻率在105~109Ω•cm的物质,称为静电泄放体。它最适合静电泄放导通,既不能产生静电聚集,又能限制静电荷的泄放速度,使之不产生放电火花。所谓抗静电材料,就是电阻率在这个范围其本身因摩擦或紧密接触而产生的静电荷很少。静电造成灾害是一个偶然现象,必须同时具备以下三个条件才能引发灾害。第一,产生静电荷并聚集足够的电位,然后发生静电放电,产生火花。第二,在静电火花作用范围内,有易燃易爆物质的气体或粉尘,并且其浓度达到爆炸极限范围。第三,静电放电能量必须等于或大于易燃易爆物质的最小发火能量。例如:人穿塑料底鞋在橡胶地板上快步行走时,产生的静电电位高达2•5KV。这时设人体对地电容为200μF(人体电容范围为100μF~4000μF),则放电火花能量为:W=1/2C•U2=0•625mJ。这个能量比桥丝式电雷管的最小发火能量(0•18mJ)、汽油的静电点火能量(0•21mJ)及黑火药的最小静电点火能量(0•19mJ)要大几倍,极易造成灾害。

2抗静电的一般方法

2•1抑制方法即尽量减少静电荷产生,有以下四种方法:尽量减少物质间的摩擦和紧密接触次数,降低摩擦速度和接触压力等;选用产生静电荷较少的材料,即相互接触的物体,尽量选择静电系列表中相邻近的物质材料;用抗静电材料,如抗静电橡胶、抗静电涂料、抗静电地板等;利用法拉第笼屏蔽外界静电的干扰。

2•2疏导方法即向大地泄放静电荷。通过静电导体和静电亚导体,将已经产生的静电荷向大地泄放,防止静电聚集,限制静电电位上升,避免由此产生的火花放电。接地分为直接接地和间接接地。直接接地是将金属导体与大地直接进行电气连接,使该金属导体的电位接近于大地电位。间接接地是对金属以外的非金属静电导体和静电亚导体的局部和全部表面,通过与金属导体紧密接触后,再将金属导体接地。另外,增加环境湿度,使物体表面电阻率降低,利于静电泄放,也是一种实用方法。

2•3中和方法利用各种静电消除设备,将聚积的静电荷中和掉。这方面设备目前市面上不少。例如有感应式消静电器、离子风消静电器、高压静电消电器等。

3专用汽车的防静电原则

3•1根据运输和作业的需要采取防静电措施专用汽车种类繁多,而为了防静电采取措施势必增加生产成本。所以只能针对所运物品来确定是否采取防静电措施,例如爆破器材、火炸药、雷管、引信、烟花、爆竹等火工品;氢气、氧气及其它易燃易爆的化工品;以大规模集成电路为基础的电子产品。还有装设有电子仪器、设备的厢式作业车等都需要采取防静电措施。

3•2采用有利于防静电的车身材料为了有利于静电荷的泄放,车厢的内外蒙皮或罐体应采用金属材料,而不宜采用玻璃钢、塑料等材料。采用金属蒙皮还可以形成静电屏蔽,防止外界静电场对车厢内货物的静电感应。车厢里四壁金属内蒙皮的表面、地板、天棚、门最好再铺设一层防静电胶皮,或涂防静电涂料,使整个车厢内部不能有金属部分存在。对要求防静电性能高的车辆还应采用防静电橡胶制造的轮胎。

3•3设置通畅的静电荷泄放通道所有间接接地的部件,在金属导体与非金属静电导体或静电亚导体之间,应有大于20cm2以上面积的紧密接触面。同时接触面上还应加设特性变化较小的金属箔、网或涂导电胶,尽量减小接触电阻,更要避免相互产生摩擦。车厢或罐体与汽车底盘连接处,要保证电气连通,尽量采取措施减少接触电阻。螺栓连接处,要除锈、除污、除漆层、加防松垫。如果被连接的两端为不同材质,还应按电化系列选用防电化腐蚀的垫片。若两者之间用跨接导线,焊接时应保证有足够机械强度和耐腐蚀性。防静电的车辆必须设防静电导电拖带。防静电导电拖带是向大地泄放静电荷的最主要通路。为保险,拖带应设两条。拖带不应采用老式的金属链条,应采用柔软耐磨的导静电橡胶拖带。拖带的拖地段长度应有2~3cm。汽车在行驶过程中,其导电拖带与路面之间是自然接触,因而接触电阻不可能做到很小,同时也并不是接地电阻越小越好。一般而言,应保证汽车行驶状态时,其车厢或罐体上的任意点对地的总泄露电阻值在103~108Ω之间。这样就保证既能充分泄放掉静电荷,又不至于放电太快而产生火花放电。另外,要保证车厢或罐体的内外金属部位上任意两点间的电阻值小于5Ω。装卸货过程中要求防静电严格的专用车,应随车配备便于收放的临时接地桩及电缆线。

3•4尽量减少产生静电的外界因素除对汽车应限速外,对行驶路面也应有要求。此外,车厢内壁应设非金属材料的钩、环等,便于对货物固定,以减少货物移动造成的摩擦和冲撞;铺设防静电胶皮可也对货物起减震作用。对于厢式车,开设既通气又能防水的通风窗可以减小易燃易爆物质在车厢内气体或粉尘的浓度,这是具有实用性的防静电灾害的具体措施。