Statisk elektricitet
     - vän eller fiende?

     Av Reinhold Rutks. Swedish Electro Static AB

I den här artikeln skall vi försöka ge Dig lite mer kött på benen och berätta lite om problem som förekommer inom industrin och peka ut några lämpliga lösningar. Förresten är det kanske inte helt korrekt att ensidigt tala om problem - vi har även ett växande område som med fog skall kallas "nyttoanvändning". Skulle Du kunna tänka Dig att leva utan kopierings-maskinen? Ett avsnitt nedan ger lite exempel på nyttoapplikationer.

Statisk elektricitet är en ofta förbisedd faktor inom industrin. Detta trots att vi alla har möjlighet att relatera till fenomenet genom egna erfarenheter i form av t.ex de stötar vi får när vi kliver ur bilen, tar i ett handtag efter att ha vandrat över hotellets heltäckningsmatta eller spraket av syntetmaterial-tröjan som dras över huvudet.
Kommer Du ihåg fysiklektionen när läraren gned ebonitstav mot kattskinn eller laddade upp föremål eller kanske sig själv med en van de Graff generator?? Ja då har Du "sett" problemet demonstrerat.

Hos varje företag som bearbetar eller hanterar minst en ingående komponent som är en isolator kan det finnas anledning att föra upp statisk elektricitet på dagordning-en. Isolatorer som vi alla kommer i kontakt med dagligen är t.ex papper, plast, kartong, textilier, glas, gummi osv.



Hur kan man känna igen och identifiera problem med statisk elektricitet?
Det är ganska uppenbart att stötar man får när man hanterar en isolator utgörs av statisk elektricitet, men det är i allmänhet inte möjligt att hitta problemställen genom att "känna" sig fram. Statisk elektricitet yttrar sig oftast som en produktionsstörning eller ett kvalitetsproblem där den bakomliggande orsaken förblir dold till dess man tar till aktiva metoder att studera problemen.

Det finns tre olika huvudkriterier som det kan vara lämpligt att indela problemen efter;

körbarhetsproblem - maskiner eller proces- ser fungerar sämre ofta med minskad produktionskapacitet som följd

kvalitetsproblem - hygienproblem, damm, smuts och partiklar fastnar på produkten dåliga toleranser, missade specifikationer.

arbetsmiljöproblem - obehag eller fara för personal

Körbarhetsproblemen utgör sannolikt den största andelen problem, och är samtidigt de som är svårast att identifiera. Vi talar här om elektrostatiska attraktions-krafter som påverkar hur materialet i en process/maskin beter sig. Vanligen fastnar detaljen/materialet på en yta såsom ett maskinstativ, en vals, ett arbetsbord el.likn., och man kan bara ibland "se" problemet. Många gånger är kraften inte större än att processen blir störd så att man genom en lägre produktionshastighet kan få en fullgod produkt. Detta tolkas mycket ofta som ett mekaniskt problem varvid man harmset konstaterar att maskinleverantören "lurats", för maskinen går inte att köra i utlovad hastighet. Körbarhetsproblem är mycket vanliga i för- packningsmaskiner, tryckpressar, konverteringsmaskiner, transportörer, vibrationsmatare, fyllmaskiner mm.

Kvalitetsproblem kan självfallet vara en direkt följd av körbarhetsproblem. Ett idag allt viktigare och vanligt problem är damm, smuts, fibrer, spånor etc som fastnar på produkten. Säkert har Du lagt märke till hur snabbt damm och smuts dras till TV-skärmen därhemma, det kvittar hur ofta man rengör den, dammet kommer direkt tillbaka. Detta är ett mycket tydligt exempel på hur hygienproblem och statisk elektricitet hänger ihop.

- sida 1 -

Arbetsmiljöproblem är oftast tydliga och består i allmänhet av att en operatör får stötar p.g.a att material eller arbetsytor blir statiskt uppladdade med efterföljande urladdningar som följd.
Det är också relativt vanligt att personal som är "felaktigt" klädd laddas upp med resulterande besvärande "stötar" som resultat. Ett extremfall
av arbetsmiljöproblem kan man kanske kalla arbete inom explosionsfarligt område, där en urladdning kan leda till explosion och brand som
i olyckliga fall har dödat personal.

Vad är statisk elektricitet?
Skämtsamt kan man säga att statisk elektricitet är världens äldsta elektricitet, eller "redan de gamla grekerna"..osv.
Statisk elektricitet är en obalans i ett materials laddningstillstånd, dvs materialet har fått ett överskott av elektroner och blivit minusladdat eller ett underskott av elektroner och blivit plusladdat. Precis som med vanlig elektricitet handlar det alltså i grunden om transport av elektroner, men med en viktig skillnad - den statiska elektriciteten, eller rättare laddningen, är stillastående eller endast ytterst begränsat rörlig. Det går därför inte att utvinna elektricitet genom att gnida kattskinn mot ebonitstav även om uppladdningen kan bli imponerande.

Statisk uppladdning kan genereras i huvudsak enligt tre olika mekanismer;

• gnidning av materialytor mot varandra
• delning av materialytor (en bana som lämnar en vals)
• influens - ett föremål befinner sig i ett statiskt fält och orienterar sina laddningar efter det yttre fältet.

Det är uppenbart att man inte kan undvika alla situationer när statisk elektricitet kan uppkomma, vi måste alltså acceptera att statisk elektricitet finns.

Kan jag välja antistatmaterial?
Naturligtvis finns det många situationer när man kan välja material som inte är isolatorer, dvs ledare eller antistatiska material. Antistatiska material leder inte ström men är tillräckligt bra avledande för att förhindra att laddningar ackumuleras på ytan. Denna typ av material används bl.a för elektronikför- packningar, bänk- och golvbeläggningar samt kläder och skor för arbete inom känsliga områden.
Det finns ett antal begränsningar med anti- statiska material; de är generellt sett dyrare, har andra materialegenskaper såsom färg, bearbet- barhet, beständighet mm. Vid användning inom livsmedel och läkemedel tillkommer ytterligare svårigheter.

Kan man mäta statisk elektricitet?
Det går att mäta elektrostatiska fält m.h.a en elektro-statisk fältmätare. Man mäter fältet beröringsfritt eftersom mätningen inte får/kan förbruka någon ström.
Man mäter även ibland yt- och volymresis- tansen hos ett material för att bilda sig en uppfattning om materialets förmåga att leda bort laddningar eller vara tillräckligt isolerande beroende på ändamål. Ett mera relevant mått på avledningsförmåga är avklingningstid, eller den tid det tar för en kontrollerat påförd laddning att exv halveras. För teknikern i gemen utgör mätningen ett problem därför att storheterna antar extrem- värden och inte kan mätas med vanliga mätinstrument;

- strömmen är för liten
- spänningen för hög
- motståndet för högt

Den vanliga multimetern är oanvändbar. Med nämda specialinstrument blir dock mätningen både möjlig och begriplig med lite övning.

- sida 2 -

Kan man använda luftfuktare?
Ett utmärkt sätt att ladda av en yta är att hälla på vatten, det är dock för det mesta inte möjligt. Det är nog allmänt känt att man har större problem med statisk elektricitet vintertid då luften p.g.a uppvärmningen blir torr. Genom att reglera den relativa luftfuktigheten kan man reducera en del problem med statisk elektricitet främst vid hantering av papper, trä, textilier och liknande material som kan uppta fukt ur luften. Det finns dock en mängd praktiska begränsningar med luftfuktning såsom risk för rostangrepp, obehag för personal, risk för bakterietill-växt, material känsliga för fukt osv. vilket gör att det inte kan ses som en universallösning. Många material saknar dessutom förmåga att uppta fukt ur luften.

Kan man ladda av statisk elektricitet?
I snart sagt alla industribranscher används idag utrustning för att avlägsna statisk elektricitet, s.k antistatutrustning. Utrustningen kan indelas i aktiva och passiva eliminatorer, där passiva eliminatorer är t.ex kolfiberborstar (finns ofta i kontorsmaskiner o.likn.), koppartafsar eller gammaldags julgransglitter. Den passiva jonisatorn finner sin drivpotential i den uppladdade materialytan och förmår ladda av så länge driv potentialen är tillräcklig.
Aktiva eliminatorer, eller jonisatorer, producerar joniserad luft, vilken utgör laddningsbärare från jonisatorn till den laddade materialytan. Aktiva jonisatorer drivs antingen av en elektrisk spänningskälla eller av ett radioaktivt preparat och är i modernt utförande beröringssäkra. Den aktiva jonisatorn producerar både positiva och negativa joner eftersom de statiskt uppladdade materialytorna antar både positiv och negativ laddning på ett okontrollerbart vis.

En laddad yta attraherar joner av motsatt polaritet men repellerar joner med samma polaritet.

Man kan därför betrakta det hela som ett transport-problem - det gäller att hålla en tillräckligt hög jonkoncentration invid den aktuella ytan tillräckligt länge för att den skall hinna avladdas.

Finns det uppladdningsteknik?
Att uppladdning med statisk elektricitet används bl.a i kopieringsmaskiner och vid elektrostatisk målning är inte helt okänt. Detta område som vi kan kalla nyttoanvändning är ett område på frammarsch och många applikationer är ännu inte kommersiellt utnyttjade.

Tekniken förutsätter att minst en ingående komponent är en isolator dvs uppladdningsbar och att laddningen inte flyter bort så länge den önskade effekten skall finnas kvar. Man använder här högspänning av en polaritet (plus eller minus) för laddning mot jord eller mot motpolaritet (alltså både plus och minus). Några typiska exempel kan vara att ladda fast skyddspapper på valsad tunnplåt, ladda ihop sidorna i ett bokblock inför förflyttning till limbindare, in-mould labeling, dvs fastladdning av en etikett i verktyget vid formsprutning av plastdetaljer.


Vad finns det för exempel på problemlösningar med avladdningsteknik?
Listan på problem avhjälpta med antistatutrust- ning kan göras nästan hur lång som helst.
Här gör vi en liten uppräkning av några typiska problem relaterade till förpackningsområdet;

• Krympfilm fastnar runt brytrullar och slits av. Små detaljer som packas i blisterpack "hoppar" ur förpackningen före förslutning.
• Svetsförslutningen vid vacuumpackning av exv kaffe blir otät pga att kaffe fastnar i svetsen.
• Vid invägning av läkemedel i plastburkar hamnar del av substansen på burkens utsida.
• Vid etikettering av schampoflaskor rynkas etiketten fastän dispensern är korrekt inställd.
• Konfektyr som vägs in i plastaskar slår ut vågens styrelektronik.

Oftast beror dammproblem på statisk elektricitet;

• De vita plastdetaljerna är grå efter två dagar i mellanlagret.
• Displayförpackningen har en mängd vita prickar i trycket efter damm och smuts som avsatts på tryckformen.
• Förpackningsfilmen blir dammig och packar in smuts med produkten.

Statisk elektricitet är inte hocus pocus, det kan mätas, avlägsnas eller användas alltefter önskemål. Man måste bara våga försöka, det är inte så svårt?

- sida 3 -