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防静电服防静电性能指标分析及讨论

——国家劳动保护用品质量监督检验中心(北京)主任 杨文芬

    静电放电是常见的物理现象,但对静电防护不当所造成的损失,仅在微电子行业中,每年即高达几百亿美元。在其它行业如石油化工,煤矿等,由于静电放电所引发的爆炸和火灾也层出不穷。

 防静电服是为了防止服装上的静电积累,使用防静电织物为面料,按照规定的款式和结构而缝制的工作服,是我国主要的功能性工作服产品之一。

 同一般工作服相比,防静电工作服能够有效的降低工作过程中由于人体活动造成的静电积累以及由此引发的静电放电事故(电子器件损坏,火灾,爆炸等)。在煤矿,石油化工,电力电气和微电子行业有着广泛的应用。

目前,我国的防静电服的标准主要参考了欧美等国家和日本对防静电服的性能要求,主要的防静电指标为面料的点对点电阻,和服装的带电电荷量两项(表1)。其中,前者主要考察面料对电荷的传输性能,后者考察服装自身的易起电性和电荷的耗散能力。同我国相比,欧盟地区国家的相关标准中,更重视面料本身的防静电性能。在欧盟的防静电服的相关标准EN 1149-52008Protective clothing- Electrostatic properties Part 5: Material performance and design requirements》中,对面料的表面电阻率,静电半衰时间和屏蔽效能进行了规范。而在美国标准 ANSI ESD S20.20ANSI/ESD STM 2.1中,主要对服装本身的电导性能进行考察,通过测量服装的过襟电阻(见图1)研究服装的防静电性能,并考察了服装的袖对袖电阻。另外,IEC表中IEC 61340-5-1中,对防静电服的要求同ANSI标准一致,考察服装的过襟电阻。

ANSI/ESD STM 2.1标准相比,我国标准中对防静电服电荷传输能力的考察较为宽松,表现在单纯的对面料点对点电阻的测试忽略了服装不同缝片间的接缝对其电荷传输性能的影响。但与之相对的,我国标准通过测试5个不同位置的点对点电阻以考察服装的电荷传输能力,对服装各部位电阻的考察更为全面,避免了面料电输运性不均匀的现象,而后者,恰恰防静电面料中出现比较频繁的问题。

1 不同标准防静电指标

GB12014-2009*

EN1149-5

ANSI/ESD STM 2.1

JIS/T 8118

面料

点对点

电阻(Ω)

服装

带电

电荷量

(μC/)

表面

电阻率

屏蔽

效能

电荷

衰减

过襟电阻***

电阻(Ω)

服装带电

电荷量

(μC/)

105≤R<107

≤0.2

≤2.5×109

>0.2

T**50<4s

3.7×107

≤0.6

109

107≤R≤1011

≤0.6

1011

*注:GB12014中,对防静电性能的要求包含A级和B级两个级别

**注:t50 电荷衰减至原电荷一半所需要的时间

***注:根据服装的使用环境不同,服装的过襟电阻也具有不同的取值要求。当服装作为接地腕带系统的一部分时,对其电阻要求最严,要求其小于等于3.7×107Ω,当服装作为一般用的静电防护服时,要求其电阻不大于1011Ω

 

 EN1149-5标准中,考察了面料的表面电阻率,以及面料的电荷衰减及屏蔽效能。相对我国标准,对面料的考察更为全面。同时对面料的表面电阻率的测试也是通过测量不同测试点的表面电阻率获取服装面料的电输运性能,考察内容比较全面。同时,考察了面料对电荷的耗散能力和屏蔽能力。但值得注意的是,在测试过程中,样品始终通过样品架接地(图2),相对而言,我国标准中对产品的考察体现了我国的国情,即在我国大部分的防静电服使用场所中,防静电服是作为工作服单独使用的,并没有有效的接地措施,在这种情况下,面料本身的电荷传输能力难以完全体现服装的静电防护能力,因此在我国,对服装防静电性能的考察还包括服装带电电荷量,通过对环境易燃易爆物质的最小点火能确定了能够允许的最大放电能量,并由此确定了服装的带电电荷量应小于0.6μC

 我国对服装带电电荷量的考察源自日本的防静电标准JIS/T 8118 Working wears for preventing electrostatic hazards》。通过服装在滚筒摩擦机内的滚动,模拟服装在穿用过程中面料间的相互摩擦过程,并通过服装同聚丙烯腈标准布间的摩擦模拟服装在穿着过程中同其它服装间(外衣同内层服装,服装件)的摩擦,研究服装的易起电性能和静电耗散能力,体现了服装本身的易起电性能。

 另外,对面料而言,环境中的水蒸气的存在会提高其导电性能,且空气中的水分子的含量越高,服装表面的静电荷越容易通过电晕放电的方式,扩散入空气中。因此,在我国以及其它国家和地区的标准中,对测试环境的温湿度都有明确的要求。各标准中,对温湿度的具体要求见表2。从环境温湿度的对比可以看出,我国标准中对防静电服电性能的测试环境,其湿度的要求介于欧盟标准和美国标准的一般测试环境之间,同人体最舒适湿度36%最为接近,也是一般工作场所最为适宜的湿度条件,在该环境条件下对服装的测试结果,能够更大程度的体现服装在实际使用过程中的静电防护能力。

2 不同标准测试用环境温湿度

GB12014-2009*

EN1149-5

ANSI/ESD STM 2.1*

JIS/T 8118

温度

()

湿度

(%RH)

温度

()

湿度

(%RH)

温度

()

湿度

(%RH)

温度

()

湿度

(%RH)

20±5

35±5

23±1

25±5

23±3

12±3

20±5

40±5

23±3

50±5

*注:根据不同的使用环境,ANSI/ESD STM 2.1中规定了不同的测试环境湿度,针对低湿和一般湿度环境

 最后,需要指出的是,静电防护,实际上需要各种部件的配合使用,包括防静电腕带,防静电鞋靴,防静电台面,接地系统等相关的装备,并需要通过使用电荷中和,环境控制,以及工艺控制的手段,才能有有效的避免静电放电带来的危害。单纯使用防静电工作服,由于缺乏有效的接地措施,服装仅能通过电晕放电的措施,通过导电丝和空气的接触进行电荷的中和,电荷耗散的渠道较少,耗散速度比较慢,只能在一定程度上降低静电放电的风险,用于避免一般工作场所的静电危害。并且在此种条件下,面料本身的导电性能,并不能直接影响服装的电荷耗散能力,因此,在我们的测试过程中,也出现服装的带电电荷量极少有小于0.1μC/件的现象。部分企业为进一步降低服装的带电量指标,通过提高导电丝织入密度,降低导电丝电阻等方式,降低服装的点对点电阻至静电导体范围内(点对点电阻<105Ω,表面电阻率≤107Ω),这种方式可能会造成人体接触带电体后过快放电产生电火花的情况,并不适用于静电防护。同时实际上,如前所述,在静电敏感场所,防静电服需要配合其它的静电防护装备使用,在此种条件下,防静电服装更多的是作为接地系统的一部分,将服装表面的电荷及服装与内层服装间摩擦产生的服装通过防静电腕带或其它渠道转移至地。此时服装的电荷输运性能对其静电防护能力起到决定性的作用,因此点对点电阻在05Ω~07Ω的服装,按照ANSI ESD S20.20,能够与其它静电防护装备配合,有效的降低一般静电敏感场所的静电放电现象的发生。


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