薄膜分切過程中靜電對產品質量的影響及應對措施

李中國

(富維薄膜（山東）有限公司，山東 濰坊 261061)

0 前言

薄膜產生靜電的原因。

薄膜作為一種絕緣體，具有很大的電阻，常見的薄膜體積電阻率在沒有添加抗靜電劑的情況下如下表1 所示，正是因為絕緣的原因，它非常容易產生靜電。靜電產生的根本原因是薄膜表面自我或者跟其他絕緣體接觸和分離時，相互之間的摩擦導致電子產生轉移，形成薄膜表面不同的正電荷和負電荷，并且在不同磁場的作用下，在薄膜表面不均勻分布，聚脂薄膜的絕緣特性，這些集聚的電荷不容易被傳導出去，累積到一定程度，就會形成很強的靜電壓，當靜電電壓達到一定程度時，遇到容易導電的物體，尤其是尖狀物體，即使間隔一定的間隙，跟雷電避雷針的原理一樣，靜電壓可以擊穿空氣，產生放電現(xiàn)象，并且產生電火花。薄膜分切過程中產生靜電的主要環(huán)節(jié)有三個：大母卷熔融拉伸收卷過程中原來帶有的靜電；薄膜放卷過程剝離時膜層之間摩擦；薄膜在分切機上繞行時與橡膠輥之間的摩擦。

表1 常見薄膜材料的電阻率

1 靜電對薄膜后續(xù)使用的影響

（1）薄膜由于靜電的存在，膜層之間相互吸附，不容易剝離，在后續(xù)的加工過程中妨礙加工效果和收卷品質，單層放置時，極易與其他物體自動吸附，影響后續(xù)操作。

（2）薄膜靜電的存在，使薄膜在加工、存儲的過程中，尤其是在凈化等級較低的工作空間里，極易吸附外部環(huán)境中的塵埃雜質，影響膜面的潔凈度，對窗貼膜、干膜、離型膜等要求高的膜品來說都是不允許的，要求高的薄膜生產環(huán)境都是參照GMP（藥品生產管理規(guī)范）級別規(guī)定進行凈化控制，詳見表2，所以對薄膜靜電的要求更加嚴格，控制大環(huán)境潔凈度的同時，一般薄膜產品靜電控制在3 000 V 以下甚至更低。

表2 GMP 規(guī)定的潔凈度

（3）薄膜的下游客戶進行涂布或者印刷時，含有有機成分的涂布液和油墨本身也帶有部分靜電，由于薄膜基材表面靜電存在，涂布液或者油墨的附著作用受到影響，導致在加工時，形成深淺不一形狀不定的靜電斑紋，在印刷筆畫的位置容易出現(xiàn)漏印或者邊緣不整齊的現(xiàn)象。

（4）靜電容易引發(fā)火災。在薄膜的下游客戶處進行表面涂覆深加工時，部分會用到揮發(fā)性可燃的有機溶劑，靜電積累到一定程度對其他物體放電時，擊穿空氣介質產生的火花，可將揮發(fā)到空氣中累積到一定濃度的有機氣體引燃。

2 常見的靜電消除器的種類

靜電消除的基本原理是改變設備或者產品的導電性，將靜電荷導走或者釋放掉。設備或者產品中添加導電劑或者抗靜電劑，薄膜表面涂覆抗靜電劑，鋪設無源碳纖維帶、碳纖維線或者碳纖維刷，都是利用這一原理，圖1 所示是一種碳纖維靜電刷，這種碳纖維無源的靜電消除方式好處是不需要電源，只需要可靠的接地即可，弊端是這種靜電消除方式對膜面的距離要求極近，在2 mm 之內甚至接觸效果最好，距離太近碳纖維易與膜面摩擦，造成碳纖維磨損甚至脫落，污染膜面。

圖1 碳纖維靜電刷

另一種是采用正離子和負離子中和的目標來消除靜電，靜電消除設備中的離子風式， 有源針式都是屬于這一種。離子風機工作原理圖如圖2，在高壓發(fā)生器的高壓作用下形成一個強磁場，把空氣電離，形成正負離子體，在流動空氣的作用下，吹向薄膜表面，把積聚在薄膜表面的正負電荷中和掉，它的優(yōu)點是靜電消除的徹底，缺點是設備體積大，另外加氣源，需要足夠的安裝空間。針式有源靜電消除器如圖3 圖4，它的工作原理是，在高壓發(fā)生器的作用下，通過一組組的離子針（放電極），把離子針附近的空氣電離成正負離子，在靠近薄膜適當?shù)木嚯x內把薄膜表面的電荷中和掉。它的原理跟離子風的相同之處都是把空氣電離成正負離子來中和薄膜表面的靜電，不同之處是有源針式的靜電消除器對跟被消除的對象的距離和角度有要求，一般是在12 cm 之內和垂直于被消除表面30° 左右。

圖3 有源針式靜電消除器（單面消除）

圖4 有源針式靜電消除器（雙面消除）

3 如何消除靜電

（1）采用各種靜電消除器

在現(xiàn)行的主流薄膜分切機的配置中，根據(jù)薄膜用途要求不同、分切機輥筒結構的不同和分切機上薄膜繞行輥筒的方向不同，確定容易產生靜電的位置，再根據(jù)空間大小，設置不同的靜電消除裝置，一般至少會有2～3 組，如圖5 所示。圖3 所安裝的是單面靜電消除，圖4 所安裝的膜面上下各一組靜電消除器，實現(xiàn)薄膜雙面靜電消除。

圖5 分切機靜電消除器安裝位置圖

（2）薄膜表面涂敷抗靜電劑或者內部加抗靜電劑、膠輥中添加抗靜電劑

薄膜表面通過涂布機在線涂布，一是通過涂劑提高在薄膜表面的導電性，使其電阻率降低，把靜電離子導走，其次是通過涂劑降低膜層間的摩擦系數(shù)，減輕電荷轉移的趨勢，從而達到降低靜電的目的。這種方法簡單易行，前提是所選用的涂劑配方要與薄膜材料相容性要好，涂布均勻牢固，不影響薄膜的使用物性指標，下游客戶進行再涂布、印刷、鍍鋁等工藝加工時，不能出現(xiàn)印刷、鍍鋁不牢、花斑等現(xiàn)象。

在薄膜內部加抗靜電劑，市面上的薄膜用抗靜電劑種類很多，陰離子型、陽離子型、非離子型，導電高分子型等等，按照既定的比例，提前與大有光切片混合均勻，然后通過擠出機熔融擠出，根據(jù)產品需要，使薄膜的體積電阻率和表面電阻率都降至絕緣體標準以下，這樣聚集在薄膜表面的電荷同樣能夠導走。添加了抗靜電劑后可以達到抗靜電的目的，但對薄膜斷裂伸長率、拉伸強度、結晶性能等力學指標會有適當影響，究竟需要添加什么類型的抗靜電劑，添加多高濃度和粒徑的添加劑，這個要根據(jù)能滿足客戶的實際需要為前提。

在膠輥加工時，在橡膠里添加相容性的抗靜電劑，相當于將橡膠輥筒由絕緣體變成了導體，在分切時，薄膜通過輥筒繞行時，積聚在薄膜表面的電荷通過輥筒導走。尤其是收卷最后一組膠輥，它是直接作用在收卷膜卷上的，它的抗靜電性能如何直接影響到成品膜的靜電大小。這一組輥筒是最易磨損的，所以重新掛膠時，薄膜行業(yè)都有抗靜電的物性要求。在這最后一組膠輥上下根據(jù)空間大小，一般都配合有其它靜電消除器。

（3）提高空氣濕度

數(shù)據(jù)表明，冬季干燥時，筆者處于華北的加工車間內濕度一般能在20% 上下，夏季一般在55% 左右，通過測試的靜電數(shù)值，冬季明顯高于夏季。濕度與靜電產生量的關系，如圖6 所示。究其原理，是因為當濕度增高時，薄膜表面吸附的水分子增多，這樣的結果是使薄膜表面的導電性增加，從而使靜電降低。在濕度低的季節(jié)和時間段，薄膜分切處可以采用加濕器的方式來輔助提高濕度。

（4）抗靜電服、抗靜電鞋、抗靜電地面

薄膜加工車間的地面，需要鋪敷抗靜電層，工作員工穿的工作服，工作鞋，工作帽等也都需要有抗靜電功能。靜電電荷聚集到一定數(shù)值時，會向空間釋放一部分，所以薄膜加工車間的設備、地面、工作員工的抗靜電性就顯得重要了，他們隨時可以導走在薄膜加工環(huán)境中身體上聚集累積的靜電荷。

4 靜電消除結果的衡量

一般薄膜分切工段可以配有手持式靜電測試儀，量程在0～10 kV 足以滿足需要，可以測量分切機動態(tài)工作時和停止工作靜態(tài)時的不同位置靜電數(shù)值，并做好記錄，靜態(tài)靜電值要小于動態(tài)靜電值，目前薄膜下游客戶對靜電的要求沒有大于3 kV 的，當測試的數(shù)值出現(xiàn)異常時，要及時的對產生靜電的原因進行分析，從環(huán)境到設備進行靜電消除環(huán)節(jié)的排查，以保證產品的靜電控制要求。

5 結語

薄膜在分切過程中產生靜電是不可避免的，不同的產品有不同的靜電使用要求，不同的靜電消除器有不同的靜電消除方式，都有各自的優(yōu)點和弊端，可以根據(jù)客戶對靜電使用的要求，采取各種不同的方式有針對性的進行消除或者降低，達到靜電控制的目的。