Badania ładunku elektrostatycznego akumulowanego w objętości materiału nieprzewodzącego

Kierownik projektu: dr inż. Szymon Ptak

Streszczenie projektu:

Celem projektu było określenie zdolności materiałów nieprzewodzących do gromadzenia ładunku elektrostatycznego w zależności od objętości i warunków otoczenia.

Celem 3. etapu projektu było przeprowadzenie badań skłonności tworzyw sztucznych do akumulacji ładunku elektrostatycznego w zależności od warunków otoczenia, tj. wilgotności względnej i temperatury.          

Zjawiska elektrostatyczne są przyczyną wielu zdarzeń niebezpiecznych czy niekorzystnych z punktu widzenia interesu przedsiębiorcy. W świadomości społecznej głęboko zakorzeniony jest postrzeganie wybuchu jako jednego z możliwych skutków wyładowania elektrostatycznego, co jest słuszne. Typowa energia, która jest wydzielana do otoczenia momencie powstania wyładowania elektrostatycznego, jest na tyle duża, że z wysokim prawdopodobieństwem doprowadzi do zapłonu mieszaniny wybuchowej. Wyładowanie elektrostatyczne nie powinno być jednak postrzegane wyłącznie w tym kontekście. Może ono bowiem wpływać na pracę urządzeń kontrolno-sterujących w związku z faktem, iż dynamicznemu zjawisku wyładowania towarzyszy powstanie impulsu elektromagnetycznego. Jednocześnie przepływ prądu wyładowania będzie nierozłącznie wiązał się z wydzielaniem ciepła, a to z kolei często prowadzi do mikrouszkodzeń przetwarzanych ciał, ulegających elektryzacji. Wreszcie ładunek elektrostatyczny może spowodować trudności w realizacji danego procesu technologicznego, np. utrudniać nadruk na powierzchni tworzyw sztucznych.

Próbki wytypowane do badań zrealizowanych w III etapie projektu należą do zbioru tworzyw sztucznych powszechnie wykorzystywanych w różnych branżach przemysłu (PE, HDPE, PVC, PMMA, PC, PET, ebonit, PTFE). Badania podzielono na dwie części. W pierwszej eksperyment obejmował próbki rozdrobnionego materiału, spełniającego definicję pyłu (zgodnie z PN-EN 1127), tj. o rozmiarze nieprzekraczającym 500 μm. W drugiej badaniom poddano próbki ciał stałych (w formie arkuszy) dla różnych wymiarów (pól powierzchni). Próbki poddano oddziaływaniu określonej temperatury (ze zbioru: 10, 20, 30, 40, 50°C) oraz wilgotności względnej powietrza (ze zbioru: 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95).

W toku 2. etapu projektu określono minimalny czas aklimatyzacji, po którym nie następowała dalsza zmiana parametrów elektrostatycznych materiału. Kondycjonowane próbki poddawano badaniu w urządzeniu JCI 155v6, w którym następowała elektryzacja próbki przez wyładowanie koronowe o polaryzacji ujemnej, a następnie mierzone było napięcie elektrostatyczne w funkcji czasu. Pomiar przeprowadzano przez kolejne 60 s, po czym próbę przerywano.

Należy podkreślić, że zbiór czynników, od których zależą rzeczywiste warunki i skala elektryzacji materiałów z tworzyw sztucznych, jest bardzo szeroki. W związku z tym, z natury zjawisk elektrostatycznych wynika, że niemożliwe jest uogólnienie zasad postępowania dla każdego z procesów technologicznych, gdzie materiały polimerowe są problematyczne ze względu na skłonność do akumulacji ładunku elektrostatycznego. W konsekwencji uniemożliwia to w pełni ilościowe podejście. Niemniej w projekcie osiągnięto stałe warunki elektryzacji oraz stałe warunki kondycjonowania próbek.

Projekt II.PB.23. Wyniki współczynnika pojemności elektrycznej uzyskane dla temperatury otoczenia
T = 30°C oraz dla wilgotności względnej otoczenia z zakresu 70-95%RH

Wykonane badania eksperymentalne dla wytypowanych rodzajów tworzyw sztucznych pozwalają jednak na wskazanie optymalnego kierunku zmiany warunków otoczenia. Postępowanie opisane w poradniku ma charakter jakościowy i odnosi się do konkretnych warunków otoczenia. Tym samym opracowany na podstawie wyników projektu poradnik stanowi zbiór wskazówek dla technologów, mogących wpłynąć na poprawę warunków bezpieczeństwa związanego z wyładowaniami elektrostatycznymi, jednak nie powinien być traktowany jako jedyny środek zaradczy. Na poniższym rysunku przedstawiono przykładowe wyniki uzyskane w toku realizowanych prac.

Przedstawione wyniki stanowią zbiór praktycznych wskazówek dla inwestora, określający prawdopodobny wpływ zmian warunków otoczenia i/lub zmian przetwarzanego materiału na zagrożenia związane z elektrycznością statyczną.

Wyniki 3. etapu projektu przedstawiono w 1 publikacji naukowej oraz materiałach informacyjnych (zamieszczonych na stronie internetowej CIOP-PIB).

Jednostka: Pracownia Zagrożeń Elektrostatycznych

Okres realizacji: 01.01.2020 – 31.12.2022