靜電防護(hù)材料或防靜電材料在靜電防護(hù)和控制工程中占有重要的地位,由防靜電材料制成的靜電防護(hù)用品如容器、服裝、傳送帶等是制造過(guò)程中必不可少的。
1 與靜電防護(hù)材料有關(guān)的基本概念
這里先介紹一些在靜電防護(hù)和控制技術(shù)中用到的與材料有關(guān)的基本概念。
電阻和電阻率:這是靜電控制技術(shù)中濟(jì)關(guān)鍵的兩個(gè)概念,它們經(jīng)常混淆,不僅被用來(lái)表示材料,還用于描述評(píng)估材料的測(cè)試方法。
體電阻率:指某材料單位厚度上的直流壓降與單位面積上通過(guò)的電流之比。體電阻系數(shù)是材料的基本參數(shù)之一,表示其導(dǎo)電性能,單位為歐姆/厘米。
表面電阻率:該參數(shù)用于厚度一定的薄膜材料,其定義為表面上單位長(zhǎng)度的直流壓降與單位寬度流過(guò)電流之比。它指正方形兩對(duì)邊之間的阻值,只要面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于薄膜厚度,則該阻值與正方形的大小無(wú)關(guān)。表面電阻率的單位是歐姆。
電阻:從另一方面表示不同形狀(面積和長(zhǎng)度)和電阻率的材料對(duì)電流的阻礙作用,它同時(shí)表明材料的表面或表面與地之間的電路連通性以及物體的放電能力,單位是歐姆。
表面電阻:根據(jù)EOS/ESD S11.11“靜電釋放平面材料的表面電阻測(cè)量”中的定義,表面電阻是指材料某個(gè)面上兩點(diǎn)間的直流電壓與通過(guò)的電流之比,以歐姆表示。表面電阻值與材料的結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)。
體電阻:根據(jù)ESD DS11.12“靜電釋放平面材料的體電阻測(cè)量”中的定義,體電阻是指材料兩端之間的直流電壓與通過(guò)電流的比值,它的單位也是歐姆。
絕緣材料:一般指表面電阻系數(shù)在1×1012歐姆或體電阻系數(shù)在1×1011歐姆/厘米以上的材料。絕緣材料的表面或內(nèi)部基本上沒(méi)有電流流動(dòng),它的電阻很大,難于接地。這種材料內(nèi)的靜電荷會(huì)在上面保留很長(zhǎng)時(shí)間。
導(dǎo)電材料:一般指表面電阻系數(shù)小于1×105歐姆或體電阻系數(shù)小于1×104歐姆/厘米的材料。這種材料電阻小,電子在其表面及內(nèi)部流動(dòng)非常容易,可流向任何接觸到的其它導(dǎo)體或大地。
耗散材料:一般指表面電阻系數(shù)大于或等于1×105而小于1×1012歐姆,或體電阻系數(shù)大于或等于1×104而小于1×1011歐姆/厘米的材料。
屏蔽材料:一般指導(dǎo)電層每毫米厚度的表面電阻系數(shù)小于1×104歐姆,或體電阻系數(shù)小于1.0×103歐姆/厘米的材料,采用這種材料制作的法拉弟保護(hù)罩可防止靜電敏感器件受到靜電的影響。
抗靜電性:通常指材料抑制磨擦起電的特性。材料的抗靜電性與其電阻或電阻率沒(méi)有必然的聯(lián)系。如有些抗靜電材料,電阻很高,屬高絕緣型,但起電力很小,多次摩擦都不會(huì)產(chǎn)生靜電積累。
理解并正確使用靜電控制中的這些基本概念,可以使用語(yǔ)更加準(zhǔn)確,這樣有助于有效地實(shí)施ESD控制。
2 靜電防護(hù)材料的主要參數(shù)
(1)表征起電能力的參數(shù):
表面靜電位U,帶電量Q或電荷面密度s。
(2)表征衰減能力的參數(shù):
表面電阻RS,泄漏電阻R(對(duì)制品);
表面電阻率rS 、體電阻率、rV(對(duì)材料);
時(shí)間常數(shù)t或靜電半衰期t1/2:對(duì)介質(zhì)t=er,對(duì)導(dǎo)體t=RC (1/e); t1/2=0.69t
2.4.3 靜電防護(hù)材料的分類(lèi)
如在基本概念中的闡述,根據(jù)防靜電材料的導(dǎo)電性能,可將其分為靜電絕緣、耗散、導(dǎo)電和屏蔽四種,如以表面電阻率(單位W/ð)劃分如下:
104 105 1012
靜電屏蔽
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靜電耗散材料
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靜電絕緣材料
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靜電導(dǎo)體
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注:具體的分界數(shù)值不同標(biāo)準(zhǔn)或不同企業(yè)有所不同,而且有些分類(lèi)更細(xì)。還有的標(biāo)準(zhǔn)以體電荷密度作為劃分的參數(shù)
根據(jù)防靜電材料的來(lái)源分,可以分為天然材料和人造材料兩大類(lèi)。天然材料如金屬,棉織物等;而在靜電防護(hù)工程中,大量使用的是人工制造或經(jīng)過(guò)人為改造的材料。
人造材料主要有兩種制造方法:一是在原來(lái)的材料中添加帶電性材料或物質(zhì),如碳黑、石墨、碳纖維的炭類(lèi),或金屬粉、金屬纖維等金屬類(lèi),或抗靜電劑等化合物類(lèi)。添加的材料或制品具有長(zhǎng)久性;另一種方式是表面涂敷,如在工具的把手等表面涂敷表面活性劑,利用分子的極化和親水基使表面形成單分子導(dǎo)電層,達(dá)到靜電防護(hù)的目的,這種方法具有時(shí)效性,會(huì)磨損和消失?,F(xiàn)在也有耐久的高分子表面活性劑。
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