Определение электризации порошков,жидкосттей,полимерных пленок и пылей

Возникновение статического заряда на низкомолекулярных или полимерных диэлектриках может приводить к загрязнению машин и аппаратов, а также к пожарам, взрывам, поражению электрическим током обслуживающего персонала.

Было установлено, что величина заряда тем выше, чем меньше потенциал ионизации G атома данного металла.Выявленная закономерность в некоторой степени позволяет предсказать электризацию и, если это возможно, изготовить узел или деталь из металла с более высоким потенциалом ионизации.

Электризация происходит различными путями.

1. Первоначально незаряженные тела взаимно заряжаются при отсутствии внешних электрических полей.

2. Заряды передаются от заряженных тел к незаряженным.

3. Тела заряжаются при наличии внешнего поля.

Незаряженные тела, после того как они были приведены в контакт и затем разделены, оказываются заряженными. Возникновение зарядов и их величина обусловлены процессами образования двойного электрического слоя. Двойные слои зарядов возникают при контакте двух фаз в результате химических реакций, избирательной адсорбции ионов одного знака, вследствие возникновения контактной разности потенциалов.

Электризация в процессе трения скольжения при перемещении материалов относительно диэлектрических поверхностей может возникать при выполнении технологических операций: смешении компонентов, шлифовке, полировке лакокрасочных покрытий и т.п. Статическая электризация определяется балансом двух процессов: образованием и утечкой зарядов. Антистатическое действие следует рассматривать как предупреждение образования статического электричества и повышение скорости его утечки. Первый процесс осуществляется ограничением величины площади контакта двух тел и уменьшением коэффициента трения. Увеличению скорости утечки заряда способствует повышение поверхностной, а иногда и объемной проводимости. Проводимость диэлектрика определяет его способность отводить возникающие заряды.

Электрические заряды генерируются при движении жидкостей (растворителей, лаков) по трубопроводам, перемешивании, сливе, фильтрации. Способность жидкости генерировать заряды зависит от ее удельного электрического сопротивления, которое определяе;гся содержанием примесей. В продуктах с высоким (10¹³Ом • м) удельным объемным сопротивлением генерирование статических зарядов мало из-за отсутствия примесных ионов. С увеличением содержания примесей генерирование зарядов интенсифицируется.

По РТМ 6-28-007—78, если P_v жидкости меньше 10⁵ Ом • м, то ее можно транспортировать со скоростью до 10 м/с, так как электрнзаши практически не происходит. В том случае, когда удельное объемное сопротивление оказывается выше на 3—4 порядка (но менее 10⁹ Ом м), скорость перемещения допускается до 5 м/с. Когда же p_v выше Ю⁹Ом-м, безопасная скорость транспортировки оценивается по предельно допустимой плотности заряда в объеме данной жидкости, величина которой определяется с учетом значений и P_v .При накоплении заряда определенной величины возможно возникновение искрового разряда, причем энергия разряда может достигать десятков миллиджоулей. Разряды такой энергии способны воспламенить не только паро- и газовоздушные, но и многие пылевоздушные смеси, что может привести к пожарам и взрывам.

На различных участках пневмотранспортного оборудования поток транспортируемых твердых частиц может либо электризоваться, когда частицы при механическом взаимодействии со стенками приобретают заряды, соответствующие по знаку положению взаимодействующих материалов в трибоэлектрическом ряду, либо разряжаться, когда транспортируемый поток сообщает стенке заряд противоположного знака. Электроконтактные свойства взаимодействующей пары материалов применительно к условиям пневмотранспорта характеризует коэффициент генерирования и [(мкКл • с^0,8)/м³’⁸].Условно вещества разделяют на электропроводящие с удельным сопротивлением p_v< 10⁵ Ом.м, антистатические (ЮРуЮ⁸ Ом.м) и диэлектрические (p_v> 10⁸ Ом.м).

Способность электростатических зарядов удерживаться на поверхности материалов в основном зависит от удельного поверхностного сопротивления твердых продуктов. Как уже отмечалось выше, заряды можно отводить, уменьшая поверхностное сопротивление при использовании антистатических, гигроскопических и поверхностно-активных веществ.Варьирование концентрации антистатиков во многих случаях дает возможность добиться требуемого уменьшения электризуемости сыпучих тел.

Наряду с этим для практических целей представляет интерес изучение электрических свойств отдельных слоев лакокрасочного покрытия, их изменение с уменьшением толщины пленок при шлифовке, а также электрических показателей образующейся при ’’облагора- живании” покрытий полимерной пыли.

Был исследован  полиэфирный мебельный лак ПЭ-232. Как и в случае алкидных покрытий (лак ПФ-060), электропроводность и интенсивность диэлектрической релаксации в верхних слоях покрытия ПЭ-232 значительно выше, чем в нижних. При этом концентрация полярных кислородсодержащих групп у поверхности также существенно выше. Размер сегментов, участвующих в И-релаксации, от подложки к поверхности уменьшается, а подвижность их возрастает. В отличие от пленки лака ПЭ-232, в пыли обнаружено значительное количество растворимой фракции. Значения 6 и £ шлифованного покрытия во всей исследованной области температур ниже, чем у исходного покрытия, в то время как £ и £ пыли имеют более высокие значения.

Таким образом, химическое строение и электрические свойства образующейся после шлифовки пыли существенно отличаются от свойств остающегося слоя покрытия.

При шлифовании и полировании лакокрасочных покрытий, нанесенных на непроводящие подложки, например на древесину, пластики и т.п., на поверхности покрытий и образующихся частицах полимерной пыли возникают заряды статического электричества. Была исследована  электризация покрытий на основе того же лака ПЭ-232 при трении о войлок без разрушения поверхностного слоя покрытия.

Независимо от природы и строения ПАВ уже при достаточно малых концентрациях (0,25 - 0,5%) скорость снижения заряда заметно увеличивается. Повышение скорости утечки зарядов с поверхности полимеров объясняют главным образом увеличением поверхностной проводимости, которая может повышаться на 5- 6 порядков.

Установлено, что поверхностный заряд у образцов при введении ПАВ за 25 - 30 с снижается до нуля, а суммарный заряд за это время практически не изменяется и сохраняется долго. Таким образом, образовавшийся при трении полимера поверхностный заряд не сразу стекает, а сначала под действием поля внутри образца перераспределяется по объему полимера и лишь затем медленно нейтрализуется ионами или влагой из окружающей атмосферы. Возможно, что на скорость этого перераспределения и влияют ПАВ.

В связи с уменьшением поверхностной плотности зарядов на покрытии при добавках ПАВ наблюдается уменьшение заряжаемости пыли, сошлифованной с модифицированных покрытий. Это позволяет рекомендовать применение ПАВ для снижения электризации при трении покрытий и образующихся пылей наряду с использованием при шлифовке антистатических паст.

Для изучения электризуемости трения была разработана специальная установка. Применение этой установки дает возможность определить величину потенциала и вычислить энергию возможного разряда в аварийной ситуации при пневмотранспортировании сыпучих материалов, нанесении порошковых красок и т.п.