静电基础知识

我们在日常生活中所熟悉的静电，会在制造业的生产现场引发问题。在这里，工程师铃木孝先生（一代工程师事务所）将为大家解说静电对制造业现场造成的影响、作用机理、作为基本对策的接地处理等内容。

·       为什么会有静电

·       静电的本质是电子的移动

·       能够了解易于产生静电、不易产生静电的带电序列

·       导体的基础抗静电对策是接地

为什么会有静电

以前，我们在学校教育阶段也曾经学习过静电吧。
如果你是应届毕业生，被分配到一家化工公司，你的前辈会告诉你“静电很危险，必须要小心”。以往在生活中无需过多考虑而和谐相处的存在，在这一瞬间突然变成了能够导致重大事故的重要存在。如果是从来没有接受过静电教育的人士，能否在当时采取正确的防静电措施呢？另一方面，公司是否有正确的静电教育和培训计划？
在日本国内，工业技术日新月异，自动化程度不断提高的生产现场环境对清洁度的要求也越来越高。清除灰尘和异物成为重要的管控项目之一，其中，制造环境的清洁度与静电密切相关。临时性采取的措施可能会导致产品特性下降，或是导致良率降低。此外，静电产生所引起的问题会如下表所示因行业而异。

表1. 各行业中静电引起的问题示例

如上所述，我们需要针对每个行业采取特定的防静电措施并学习有关于静电的知识。

静电的本质是电子的移动

每逢秋冬之际，在干燥环境下更容易产生静电。一个典型的例子就是，冬天脱下毛衣时，有时会“啪”一声感觉到静电，这经常成为化工厂事故的诱因，还会在产业界导致引发合格率恶化等各种问题。如前所述，静电每时每刻存在于我们身边，而它的本质是由电子的运动而产生。很多人可能无法理解电子的移动究竟是什么。下面我们就对静电产生的机理做个介绍。
您可能遇到过某些不同的物质粘在一起的情况。例如，一种称为铝的物质和一种称为氯乙烯的物质附着在一起。在它们相互粘连的情况下，是电中性的。电中性是指非正也非负的状态，即使你触摸它，你也不会有被静电放电电击的感觉。但是，在这两种物质的界面（接触面）上，实际上存在电子的交换。铝的一部分电子会向氯乙烯移动。这被称为电化学双层。电子带有负电荷。
接下来，当铝和氯乙烯通过机械作用（强行）分离时会发生什么情况呢？铝会处于“电子不足”的状态，因为缺少电子而带上正电。另一方面，氯乙烯则会因为处于“电子过多”的状态而带上负电荷。
这种电荷不均衡的状态，就是产生了静电的状态。
这种静电总是在两种物质摩擦、分离、碰撞、飞溅、流动、喷射时产生。可以认为“无论做什么都会产生静电”。但是，通常，这种带电状态不会持续很长时间，会通过电阻被中和。

图1.静电的产生机理

能够了解易于产生静电、不易产生静电的带电序列

当两种物质之间发生摩擦等运动时，会产生静电，但是，从个人经验的角度来说，您是否曾感觉有易于产生静电与不易产生静电之分？比如，脱毛衣时与脱内衣时，哪种情况下会有比较强的静电感？当然是脱毛衣时吧。两种物质相互摩擦，凭经验按照“容易产生静电，不易产生静电”进行排列，就会得到带电序列（参阅下述图2）。也可以说，摩擦时是带正电荷还是带负电荷，可以通过实验得出结果。

例如在前面的例子中，当铝和氯乙烯摩擦并分开时，铝带正电，氯乙烯带负电，所以在带电序列中，铝排在正方向，氯乙烯排在负方向。那么，如果我们改变物质，用玻璃和铝摩擦再拉开会怎样？铝会带负电荷，玻璃会带正电荷。用氯乙烯摩擦时会带正电荷的铝，当对象改为玻璃时，就会变为带负电荷，很有趣吧？2种不同种类物体分离开之后，究竟哪一个带正电、哪一个带负电，是由物体的材料组合所决定。

带电序列还有一个重要含义。在带电序列中相隔距离越远的物质，相互摩擦时产生的静电就越强。而在带电序列中相隔距离较近的物质，相互摩擦时就不太容易产生静电。例如，将毛衣穿在化纤衬衫上，那么脱下毛衣时会感受到强烈的静电，但是在脱内衣的时候，就不太会感觉到静电，而这一现象可通过带电序列予以说明。

让我们根据这一带电序列来思考防静电措施。例如，取出装在氯乙烯袋子中的粉体时，会频繁产生静电，令人感到困扰。而从氯乙烯袋子变更为牛皮纸袋，则静电的产生就会被抑制。

图2.帯电序列

导体的基础防静电对策是接地

下面补充一些关于电子运动的内容。看看原子模型，我想大家都学习过，带负电荷的电子围绕着中心带正电荷的原子核旋转。此外，最外层的电子受到核心的吸引力较弱，缺乏稳定性，因此可用于化学反应并向外移动。只有带负电的电子才能在两种物质的界面上自由移动。在这个世界上只有电子可以来回移动这一事实，对于理解静电来说非常重要。

在采取防静电措施时，区分导体和绝缘体非常重要。金属就是代表性的导体。与之相对，绝缘体的代表就是塑料。请将导体想象成电子可以在其中四处移动的物体，将绝缘体想象成电子无法移动的物体。

大家都知道接地是防静电措施的基础。所谓接地，是指通过建立一个电路，让物体上产生的静电泄漏（释放）到大地，从而防止静电累积。在接地线中移动，从而使其与大地等电位的，同样也是电子。在这里，只有导体可让接地生效。例如，从经验中可以知道，塑料等绝缘体即使接地，作为防静电措施来说也是不充分的。最后，我们触摸门把手时感受到的放电电击同样也是电子的运动。

图3.导体与绝缘体的区别

执笔：工程师 铃木孝（一代工程师事务所）