آخرين نوآوري‌ها در زمينه پلاستيك‌هاي ضدالكتريسيته‌ساكن و پلاستيك‌هاي اتلاف‌گر
۱۳۸۷/۱۱/۱۹
آخرين نوآوري‌ها در زمينه پلاستيك‌هاي ضدالكتريسيته‌ساكن و پلاستيك‌هاي اتلاف‌گر
مقدمه
بطور كلي بيشتر بسپارها عايق هستند. تشكيل الكتريسيته ساكن و تخليه آن يك پديده شايع است كه منجر به مسائل متعددي با درجه اهميت متفاوت، از مسائل با اهميت كم تا بسيار مهم و حتي مسائل بسيار وحشتناك، مي‌شود:
- جذب گرد و غبار و ساير آلودگي‌ها و ايجاد مشكلات در فروش، كاربرد و فرآيند توليد به‌ويژه در فرآيندهاي پيوسته پلاستيك‌هايي چون توليد فيلم‌ها.
- تشكيل يا تخليه الكتريسيته ساكن در هنگام تماس با قطعات پلاستيكي: فرش‌هاي مصنوعي، دستگيره‌ها، دستگيره‌هاي خودرو
توليد، حمل و نقل و تعمير وسايل الكترونيكي
- عيوب رنگ‌آميزي
- آتش‌سوزي يا انفجار در محيط‌هاي اشتعال‌پذير يا قابل انفجار، پودرهاي آلي ريز، حلال‌ها و .... بسته‌بندي مواد آلي پودري، آتش‌سوزي به دليل تخليه الكتريسيته ساكن در خطوط انتقال سوخت خودرو، صاعقه و تداخل در هواپيماها، مسائل بهداشتي، اجراي تئاتر ، فروشگاه‌هاي رنگ و ...
رفتارضد الكتريسيته ساكن، تشكيل و تخليه الكتريسيته ساكن ( به شكل نگاه كنيد) به مقاومت سطحي قطعه بستگي دارد. بطور كلي بسپارهاي ضد الكتريسيته ساكن يا ESD داراي :
- مقاومت سطحي در محدوده 105 يا 106 تا 1012 اهم مي‌باشند.
- نيمه عمر تخليه بار ساكن كمتر از 60 ثانيه مي‌باشند.
روش‌هاي ايجاد قطعات ESD و ضد الكتريسيته ساكن
اين كار يك مسئله دشوار است و يك روش كلي و جامع براي آن وجود ندارد. اما روش‌هاي متعددي استفاده مي‌شوند و گاهي اوقات از تركيبي از اين روش‌ها استفاده مي‌شود. در بين روش‌هاي مختلفي كه براي به حداقل رساندن تشكيل الكتريسيته ساكن استفاده مي‌شوند، چند روش را بيان مي‌كنيم:
- انتخاب يك گونه بسپاري ESD يا ضد الكتريسيته ساكن آماده مصرف
- اضافه كردن عوامل ضد الكتريسيته‌ساكن به گونههاي معمولي پلاستيك
مواد افزودني آلي غير دوده‌اي
پركننده‌هاي رسانا: دوده، الياف كربن و فولاد، گرافيت‌ها، نانو لوله‌هاي كربني
- آميزه‌سازي با بسپارهايي كه ذاتا رسانا يا اتلاف‌گر هستند.
- استفاده از پوشش‌هاي خارجي موقت يا دائمي ضد الكتريسيته ساكن
مواد افزودني متعددي شناخته شده‌اند اما تلاش‌هاي مداوم براي توسعه آن، راه را براي توليد گونههاي كاربردي‌تر باز كرده است. كارهاي تحقيقاتي شديد منجر به ابداعات بيشتري شده است براي مثال شبكه‌هاي درهم‌نفوذكرده غير دوده‌اي، نانولوله‌هاي كربن، الياف رساناي نانو يا ميكرو، نانوپودرهاي فلزي، بسپارهايي كه ذاتا رسانا يا اتلاف‌گر(ICT يا IDP ) هستند، پوشش‌هاي اكسيد اينديم قلع و ... تعداد كمي از بسپارها (طبيعي يا مصنوعي) ذاتا ضد الكتريسيته ساكن هستند براي مثال پنبه ، الياف چوب، پلي آميد 11 يا 12 و موارد ديگر.
موارد امتحان شده فوق تنها مثال‌هاي كتابي هستند و تاييد مناسب بودن اين اطلاعات براي موضوع، نيازمندي‌ها و مقرراتي كه بايد اعمال شود به عهده خواننده است. اين فهرست، جامع و كامل نيست و كاربردهاي بسيار ديگري توسعه يافته‌اند يا مطالعه شده‌اند.
تمركز روي بسته‌بندي
استفاده‌كنندگان پودرهاي آلي ريز، حلال‌ها، وسايل الكترونيكي و بسته بندي باروت از خطرات ناشي از تخليه الكتريسيته ساكن مثل انفجار يا آتش سوزي كه به دستگاه‌ها و تراشه‌هاي الكترونيكي آسيب مي‌رساند، آگاه هستند. راه‌حل‌هاي استاندارد رايج براي دوري از اين خطرات شامل استفاده از دوده و پوشش‌ها مي‌شود. بعضي از آنها فقط در حضور رطوبت عمل مي‌كنند در حالي‌كه رطوبت هميشه در زنجير فرآيند، جابجايي و خدمات موجود نيست. عملكرد دوده مستقل از حضور رطوبت مي‌باشد اما مي‌تواند روي خواص مكانيكي بسپار اصلاح شده اثر منفي داشته باشد و هم‌چنين سياه است. استفاده از دوده مي‌تواند باعث شكننده شدن جعبه‌هاي حمل و نقل يا دستگاه‌ها شده در نتيجه عمر آنها كاهش مي‌يابد. هم‌چنين دوده مي‌تواند در اثر شستشو يا اصطكاك از سطح خارج شود. در نتيجه اثر حفاظتي در برابرتخليه الكتريسيته ساكن از دست مي‌رود. هم‌چنين آزاد شدن ذرات رسانا مي‌تواند باعث آلودگي و ايجاد مدارهاي كوتاه روي وسايل الكترونيكي شود. قطعات خاكستري يا سياه مانع كدگذاري بوسيله رنگ مي‌شوند و بنابراين مانع تمايز بهتر بين محصول خطوط مختلف مي‌شوند. با آغاز توليد مواد افزودني اتلاف‌گر جديد كه دائمي، غير مهاجرتي، مستقل از رطوبت بوده و قابليت رنگ‌پذيري دارند، راه حل جديدي بوجود آمده است. دو مثال از مواد افزودني اتلاف‌گر دائمي رنگ شونده غير مهاجرتي مستقل از رطوبت:
- مواد افزودني ضد الكتريسيته ساكن شركت Ciba با نام تجاري IRGASTAT® P
- گونههاي جديد مواد افزودني ضد الكتريسيته ساكن از شركت DuPont با نام تجاري Entira™Antistatic
Ciba® IRGASTAT® P series
IRGASTAT® P series بر اساس يك فناوري انحصاري بوده و پيشرفتي در مواد افزودني ضد الكتريسيته ساكن غير سياه مي باشد و خواص بي همتايي ايجاد مي‌كند: دائمي بودن و مستقل از رطوبت بودن اثر ضد الكتريسيته ساكن، عدم مهاجرت و امكان رنگ كردن. انتخاب صحيح در بين گونههاي مختلف IRGASTAT® P اين اجازه را مي دهد كه حفاظت در برابر تخليه الكتريسيته ساكن در پلاستيك‌هاي مختلفي ايجاد شود.
Ciba ادعا مي كند كه عوامل ضد الكتريسيته ساكن دائمي IRGASTAT® P16, 18, 20, 22 اطمينان مطلق را ايجاد مي‌كنند و باعث تخليه بي خطر (soft) دائمي الكتريسيته از شيئي كه با آن تركيب شده‌اند، مي‌شوند. اثر تخليه بي خطر يك مزيت اضافي است زيرا مانع تخليه تصادفي الكتريسيته ساكن در مورد اشيا مدفون در زير خاك مي‌شود. بر خلاف دوده مي‌توان از رنگ‌ها براي كدگذاري (نشانه‌گذاري) و بنابراين براي تمايز بهتر بين محصول خطوط مختلف استفاده كرد. تاثير كم بر خواص مكانيكي، بر دوام جعبه‌هاي حمل و نقل تاثيري نمي‌گذارد و دوام آنها مشابه جعبه‌هاي پلاستيكي استاندارد مي‌باشد. پلاستيك‌هاي اصلاح شده قابل شستشو و غير خورنده بوده و پوسته پوسته نمي‌شوند.
DuPont Entira™Antistatic Additives
DuPont Packaging & Industrial Polymers اعلام كرده است كه دو گونه جديد به افزودني‌هاي ضدالكتريسيته‌ي دائمي خود اضافه كرده است كه اين دو گونه عبارتند از: Entira™Antistat SD 100 و Entira™Antistat 500
اين دو گونه جديد اين اطمينان را حاصل مي‌كنند كه بطور دائمي عملكرد ضد الكتريسيته ساكن خود را حفظ مي‌كنند و زيبايي ظاهري، شفافيت، عدم زرد شدگي و حفاظت در برابر جذب گرد و غبار را براي بسياري از بسته‌بندي‌هاي مورد نياز از كالاهاي آرايشي تا صنعتي يا اجزاي حساس الكترونيكي تامين مي‌كنند. DuPont ادعا مي كند كه
Entira™Antistat SD 100 و Entira™Antistat 500 مزاياي متفاوتي نسبت به عوامل ضدالكتريسيته‌ي نفوذ كننده (diffusive) دارند. بر خلاف راه‌حل‌هاي رايج كه اغلب روي سطح محصول متمركز هستند و در اثر مالش، آب يا گذشت زمان از سطح خارج مي‌شوند، گونههاي جديد Entira™Antistat مستقيما به محصول اضافه مي‌شوند و عملكرد ضدالكتريسيته‌ي دائمي و فوري به محصول مي‌دهند و يك سطح شفاف و هموار ايجاد مي‌كنند كه باعث چسبندگي بهتر و بهبود قابليت چاپ‌پذيري مي‌شوند. آنها هم‌چنين از زردشدگي در اثر گذشت زمان جلوگيري مي‌كنند و مي‌توانند در يك لايه مجزا بدون مهاجرت به لايه‌هاي ديگر استفاده شوند و به كاهش برداشت قالب كمك مي‌كنند. استفاده ازEntira™Antistat SD 100 و Entira™Antistat 500 در بسته‌بندي وسايل الكترونيكي جرقه زدن را كه مي‌تواند به تجهيزات صدمه بزند، كاهش مي‌دهد. هم‌چنين اين افزودني‌ها براي استفاده در صنايع غذايي كاملا تاييد شده‌اند و مي‌توانند جذب گرد و غبار را كه مانع درزبندي خوب محصول مي‌شود، به حداقل برسانند.
يك بشكه با خواص برجسته و ويژه براياستفاده در مناطق حفاظت شده در برابر انفجار شركت Schtz GmbH & Co. KgaA AG با استفاده از نانولوله هاي كربني Baytubes® محصول شركت Bayer MaterialScience اولين بشكه پلاستيكي (F1-EX-Nano) كه از نانوذرات رساناي الكتريسيته تشكيل شده و براي حمل و نقل استفاده مي شود را طراحي مي‌كند. بشكه براي استفاده در مناطق حفاظت شده در برابر انفجار در نظر گرفته شده است. هدايت الكتريكي بالاي نانولوله‌هاي كربن (CNTs) اين اجازه را مي‌دهد كه براي اتلاف‌گر كردن پلاستيك‌هاي عايق، مواد كمي مصرف شود ، مانع پرداخت كرايه حمل بالا براي مواد اشتعال‌پذير مثل حلال‌ها يا روغن‌ها مي‌شود، هم‌چنين مانع اشتعال ناشي از تخليه الكتريسيته ساكن مي‌شود. حتي در غلظت‌هاي پايين خواص ضد الكتريسيته ساكن را به بشكه مي‌دهند. به‌علاوه مقاومت بشكه در برابر مواد شيميايي و استحكام در برابر ضربه در دماي پايين را بهبود مي‌دهند. بشكه‌هاي پلي‌اتيلن بطور دمشي در يك ساختار سه لايه با لايه نازك خارجي حاوي Baytubes® قالبگيري مي‌شوند. علاوه بر ايجاد هدايت خوب، استفاده از نانولوله‌هاي كربن خواص مكانيكي بشكه F1-EX-Nano را نيز افزايش مي‌دهد.
تمركز روي كاربردهاي خودروي
سوخت‌ها به آساني اشتعال‌پذيرند و مي توانند باعث آتش سوزي يا انفجار شوند. براي مثال در ژاپن و در فاصله بين آوريل 2001 تا ژوئن 2002 ، هشت آتش سوزي هنگامي به وقوع پيوست كه بارهاي الكتريكي ساكن روي مردم باعث اشتعال سوخت در پمپ بنزين‌ها شدند. سالانه دو آتش‌سوزي مشابه نيز در آلمان رخ مي‌دهد. اقداماتي كه مي‌توان براي كاهش اين خطرات انجام داد عبارتند از ضد الكتريسيته ساكن كردن خطوط سوخت، صندلي‌ها، دستگيره‌هاي در و ساير قطعات. استفاده از مستربچ هاي دوده شركت Cabot براي ساخت پلاستيك‌هاي رساناي استاندارد استفاده از مستربچ‌هاي دوده مي‌تواند پاسخي به معايب احتمالي مربوط به خواص مكانيكي محصول نهايي باشد. Cabot مستربچ‌هاي مختلفي بر پايه پلاستيك‌هاي مختلف را پيشنهاد داده است.
استفاده از سامانه‌هاي خطوط سوخت هادي الكتريسيته از شركت Arkema براي ايمن‌تر كردن خطوط سوخت خطوط جديد سوخت Arkema بر پايه Rilsan® PA12، Rilperm® 5041 مشخصات جديد شركت Ford براي سوخت‌هاي حاوي اتانول را برآورده مي‌سازد. Rilperm® 5041 بدليل خواص مكانيكي و ممانعتي عالي و رفتار اتلاف‌گر ناشي از وجود لايه هادي داخلي PA12 كه مي‌تواند احتمال جرقه و اشتعال در سامانه سوخت را كاهش و در نتيجه ايمني مسافران را افزايش دهد، توسط Ford انتخاب شده است.
در يك فرآيند مشابه شركت Fraenkische براي افزايش ايمني استفاده كنندگان نهايي، Rilsan® PA11 (از Arkema) را براي خطوط سوخت خودرو رساناي الكتريسيته انتخاب كرده است. اين خطوط جديد سوخت به‌دليل استفاده از Rilsan® PA11، با خواسته‌هاي استاندارد خودروي SAE J1645 كه براي افزايش ايمني مسافر از طريق جلوگيري از ايجاد جرقه و اشتعال در سامانه سوخت و در نتيجه كاهش خطر تصادفات طراحي شده است، مطابقت دارد.
General Motors قطعات غيررسانا پمپ سوخت خود را با قطعات رسانا جديد جاي‌گزين كرده است. به‌علاوه Rilsan® PA11 زيست‌سازگار هستند.
استفاده از Baytubes از Bayerبراي ايمن‌تر كردن خطوط سوخت و ساير قطعات ضد الكتريسيته ساكن Bayer MaterialScience نانولوله‌هاي كربن خود (Baytubes®) را براي ساختن پلاستيك‌هاي مختلف ضد الكتريسيته ساكن يا اتلاف‌گر مورد استفاده در اجزاي سامانه‌هاي سوخت و خطوط لوله (اتصالات، قطعات پمپ، o-ring و لوله ها)و قطعات خارجي بدنه براي رنگ‌آميزي الكتروستاتيك (گل‌گير، محفظه يا قاب آينه، در محفطه سوخت) پيشنهاد مي‌دهد. باير ادعا مي‌كند نانولوله‌هاي كربن نسبت به دوده خواص بهتري ايجاد مي‌كنند و فرايندپذيري قطعات بزرگ در آنها ساده بوده و پايداري ابعاد بالايي ايجاد مي‌كنند.
تمركز بر E&E
يك مجموعه كاملي از راه‌حل‌ها از دوده تا بسپارهاي گران ذاتا اتلاف‌گر (IDPs) و بسپارهاي ذاتا رسانا (ICPs) بسته به نيازمندي‌هاي محصول نهايي، در E&E بكار مي‌روند. يك شركت مشابه براي مثال Premix Thermoplastics Inc (كه زير مجموعه Premix Oy است) تقريبا تمام راه حل‌ها را با يك خط از تركيبات گرمانرم رساناي الكتريسيته با مقادير كنترل شده مقاومت، پيشنهاد مي‌دهد. اين تركيبات جديد( PRE-ELEC ) به مصرف كننده اين اجازه را مي دهدكه محدوده مقاومت الكتريكي(هم حجمي هم سطحي) مورد نياز براي هر كاربرد خاص را مشخص كند. در حالي‌كه رايج ترين مقاومت حجمي در محدوده ohm-cm 109-106 مي‌باشد، Premix مي‌تواند بيشتر بسپارها را در محدوده وسيعي از مقاومت‌ها توليد كند: با استفاده از دوده بسپارهايي با مقاومت بالاي ohm-cm 1 تا ohm-cm 1011 ، با آميزه‌سازي با بسپارهاي ذاتا رسانا (ICPs) بسپارهايي با مقاومت ohm/square 1011-103 و با آميزه‌سازي با بسپارهاي ذاتا اتلاف‌گر (IDPs) بسپارهايي با مقاومت ohm/square 1012-106 را مي‌تواند توليد كند.
براي مثال Premix يك پلي‌پروپيلن بر پايه تركيب اتلاف‌گر كه بدليل داشتن يون‌ها تميز است را براي بسته بندي قالبگيري تزريقي، محصولات اكسترود شده و قالبگيري دمشي شده، سيني‌هاي شكل گرفته از طريق خلا براي موارديكه مواد بسيار تميز مورد نياز مي‌باشد، معرفي كرده است. اين مواد در اصل براي صنايع Hard Disc Drive طراحي شده‌اند و استانداردهاي سخت مربوط به تميزي را برآورده مي‌سازند.
Premix Thermoplastics, Inc ادعا مي‌كند كه ميزان يون‌ها، ميزان رها شدن گازها و مواد باقي مانده غيرفرار در PRE-ELEC® ESD 5500 بسيار كم است. بعلاوه اين مواد خواص الكتريكي را بسيار عالي حفظ مي‌كنند و با استانداردهاي EOS/ESD S20.20-1999 و IEC 61340-5-1 كه براي بسته‌بندي مواد گرم مي‌باشند، مطابقت دارد. مقاومت سطحي مي‌تواند حتي در مناطق با رطوبت نسبي پايين به O 109-108 برسد. اين مساله اثر اتلاف‌گر دائمي را تضمين مي‌كند. تركيبات EDS نيمه شفاف بوده و قابل رنگ شدن مي باشند.
تمركز بر محيط‌هاي در معرض انفجار
Atex براي سامانه هاي حفاظتي و تجهيزاتي كهبراي استفاده در محيط هاي با جو قابل انفجار در نظر گرفته شده‌اند، دستورالعملي ارائه كرده است. براي دستيابي به اين نيازمندي‌هاي سخت‌گيرانه و شديد، شركتRTP اقدام به توليد محدوده خاصي از تركيبات رسانا كرده است و در اين كار از تمام راه‌حل‌هاي ضدالكتريسيته ساكن، اتلاف‌گر و رسانا استفاده كرده است.
- IDPs: مقاومت سطحي ohms 108-107 ، قابل رنگ كردن
- دوده‌ها :مقاومت سطحي ohms 107-103 ، سياه
- نانولوله‌هاي كربن: مقاومت سطحي ohms 106-103 ، سياه
- ICP : مقاومت سطحي ohms 108-105 ، رنگ‌هاي تيره
- الياف كربن: مقاومت سطحي ohms 106-102 ،بعضي از رنگ‌ها
- فلزات و مواد پوشش داده شده با فلز: مقاومت سطحي ohms 104-100 ، بسياري از رنگ‌ها
و بسياري از كاربردها با استفاده از بسياري از روش‌هاي ديگر
روش‌هاي بسيار ديگري براي موضوعات عمومي يا ويژه بكار مي‌روند يا مورد تحقيق هستند. براي مثال فهرستي در ذيل آورده مي‌شود كه البته ادعايي مبني بر كامل بودن آن نداريم:
- نشاسته اسفنجي ضد الكتريسيته ساكن
- بسپارهاي ضد الكتريسيته ساكن از منابع تجديدپذير مثل Fasalex
- PEBA ضد الكتريسيته ساكن
- بسپارهاي آبدوست
- بسپارهايي كه ذاتا در برابر الكتريسيته فعال هستند:
- PEDT كه با پلي استايرن سولفونات پوشش داده شده (PEDT/PSS)
- Poly(3-hexylthiophene
- Poly(ethylene-dioxythiophene) يا PEDT
- Poly(phenylene vinylene)
- Polyaniline
- Polyarylene
- Polypyrrole
- Polyspirobifluorene
- Polythiophene.
-نانوپودرهاي فلزي
عوامل ضدالكتريسيته ساكن بر پايه تيتانات‌ها و زيركونات‌ها
مواد سطح فعال فلوئورينه با نام تجاري Zonyl®
نتيجه
تشكيل و تخليه الكتريسيته ساكن در بسپارهاي عايق منجر به ايجاد مشكلاتي ( از مسائل كم اهميت تا مسائل جدي و حتي بسيار وحشتناك) مي شود كه عبارتند از: جذب گرد و غبار و ساير آلودگي ها، نقص در وسايل الكترونيكي، عيوب رنگ آميزي، آتش سوزي و انفجار در موارد مختلف مثل بسته بندي ، خودرو، E&E ، هوا فضا، مسائل بهداشتي، رنگ آميزي و غيره
تعداد كمي از بسپارها ( چه طبيعي جه مصنوعي) بطور ذاتي ضدالكتريسيته ساكن هستند براي مثال پنبه، الياف چوب، پلي آميدهاي 11 يا 12، نشاسته اسفنجي، Fasalex ، بسپارهاي آبدوست و غيره. خوشبختانه روش‌هاي متعددي براي ضد الكتريسيته ساكن كردن، اتلاف‌گر كردن و رسانا كردن وجود دارد و اجازه مي‌دهد كه مسائل را با توجه به آساني كاربرد، نيازهاي فني، جنبه‌هاي ايمني و محدوديت‌هاي محيطي و اقتصادي حل كرد.
در بين روش‌هاي مختلفي كه براي به حداقل رساندن تشكيل الكتريسيته ساكن وجود دارد، ساده‌ترين روش انتخاب بسپارهاي EDS يا ضدالكتريسيته ساكن آماده مصرف مي‌باشد اما براي آزادي عمل بيشتر مي‌توان به گونههاي معمولي بسپارها مواد رسانا مثل دوده، نانولوله‌هاي كربن، نانوپودرهاي فلزي و عوامل آلي غير سياه ضدالكتريسيته ساكن را اضافه كرد. در نهايت، مي‌توان بسپارهاي استاندارد را با بسپارهايي كه ذاتا رسانا يا اتلاف‌گر (ICPs و IDPs ) هستند آميزه سازي كرد.
مقدمه
بطور كلي بيشتر بسپارها عايق هستند. تشكيل الكتريسيته ساكن و تخليه آن يك پديده شايع است كه منجر به مسائل متعددي با درجه اهميت متفاوت، از مسائل با اهميت كم تا بسيار مهم و حتي مسائل بسيار وحشتناك، مي‌شود:
- جذب گرد و غبار و ساير آلودگي‌ها و ايجاد مشكلات در فروش، كاربرد و فرآيند توليد به‌ويژه در فرآيندهاي پيوسته پلاستيك‌هايي چون توليد فيلم‌ها.
- تشكيل يا تخليه الكتريسيته ساكن در هنگام تماس با قطعات پلاستيكي: فرش‌هاي مصنوعي، دستگيره‌ها، دستگيره‌هاي خودرو
توليد، حمل و نقل و تعمير وسايل الكترونيكي
- عيوب رنگ‌آميزي
- آتش‌سوزي يا انفجار در محيط‌هاي اشتعال‌پذير يا قابل انفجار، پودرهاي آلي ريز، حلال‌ها و .... بسته‌بندي مواد آلي پودري، آتش‌سوزي به دليل تخليه الكتريسيته ساكن در خطوط انتقال سوخت خودرو، صاعقه و تداخل در هواپيماها، مسائل بهداشتي، اجراي تئاتر ، فروشگاه‌هاي رنگ و ...
رفتارضد الكتريسيته ساكن، تشكيل و تخليه الكتريسيته ساكن ( به شكل نگاه كنيد) به مقاومت سطحي قطعه بستگي دارد. بطور كلي بسپارهاي ضد الكتريسيته ساكن يا ESD داراي :
- مقاومت سطحي در محدوده 105 يا 106 تا 1012 اهم مي‌باشند.
- نيمه عمر تخليه بار ساكن كمتر از 60 ثانيه مي‌باشند.
روش‌هاي ايجاد قطعات ESD و ضد الكتريسيته ساكن
اين كار يك مسئله دشوار است و يك روش كلي و جامع براي آن وجود ندارد. اما روش‌هاي متعددي استفاده مي‌شوند و گاهي اوقات از تركيبي از اين روش‌ها استفاده مي‌شود. در بين روش‌هاي مختلفي كه براي به حداقل رساندن تشكيل الكتريسيته ساكن استفاده مي‌شوند، چند روش را بيان مي‌كنيم:
- انتخاب يك گونه بسپاري ESD يا ضد الكتريسيته ساكن آماده مصرف
- اضافه كردن عوامل ضد الكتريسيته‌ساكن به گونههاي معمولي پلاستيك
مواد افزودني آلي غير دوده‌اي
پركننده‌هاي رسانا: دوده، الياف كربن و فولاد، گرافيت‌ها، نانو لوله‌هاي كربني
- آميزه‌سازي با بسپارهايي كه ذاتا رسانا يا اتلاف‌گر هستند.
- استفاده از پوشش‌هاي خارجي موقت يا دائمي ضد الكتريسيته ساكن
مواد افزودني متعددي شناخته شده‌اند اما تلاش‌هاي مداوم براي توسعه آن، راه را براي توليد گونههاي كاربردي‌تر باز كرده است. كارهاي تحقيقاتي شديد منجر به ابداعات بيشتري شده است براي مثال شبكه‌هاي درهم‌نفوذكرده غير دوده‌اي، نانولوله‌هاي كربن، الياف رساناي نانو يا ميكرو، نانوپودرهاي فلزي، بسپارهايي كه ذاتا رسانا يا اتلاف‌گر(ICT يا IDP ) هستند، پوشش‌هاي اكسيد اينديم قلع و ... تعداد كمي از بسپارها (طبيعي يا مصنوعي) ذاتا ضد الكتريسيته ساكن هستند براي مثال پنبه ، الياف چوب، پلي آميد 11 يا 12 و موارد ديگر.
موارد امتحان شده فوق تنها مثال‌هاي كتابي هستند و تاييد مناسب بودن اين اطلاعات براي موضوع، نيازمندي‌ها و مقرراتي كه بايد اعمال شود به عهده خواننده است. اين فهرست، جامع و كامل نيست و كاربردهاي بسيار ديگري توسعه يافته‌اند يا مطالعه شده‌اند.
تمركز روي بسته‌بندي
استفاده‌كنندگان پودرهاي آلي ريز، حلال‌ها، وسايل الكترونيكي و بسته بندي باروت از خطرات ناشي از تخليه الكتريسيته ساكن مثل انفجار يا آتش سوزي كه به دستگاه‌ها و تراشه‌هاي الكترونيكي آسيب مي‌رساند، آگاه هستند. راه‌حل‌هاي استاندارد رايج براي دوري از اين خطرات شامل استفاده از دوده و پوشش‌ها مي‌شود. بعضي از آنها فقط در حضور رطوبت عمل مي‌كنند در حالي‌كه رطوبت هميشه در زنجير فرآيند، جابجايي و خدمات موجود نيست. عملكرد دوده مستقل از حضور رطوبت مي‌باشد اما مي‌تواند روي خواص مكانيكي بسپار اصلاح شده اثر منفي داشته باشد و هم‌چنين سياه است. استفاده از دوده مي‌تواند باعث شكننده شدن جعبه‌هاي حمل و نقل يا دستگاه‌ها شده در نتيجه عمر آنها كاهش مي‌يابد. هم‌چنين دوده مي‌تواند در اثر شستشو يا اصطكاك از سطح خارج شود. در نتيجه اثر حفاظتي در برابرتخليه الكتريسيته ساكن از دست مي‌رود. هم‌چنين آزاد شدن ذرات رسانا مي‌تواند باعث آلودگي و ايجاد مدارهاي كوتاه روي وسايل الكترونيكي شود. قطعات خاكستري يا سياه مانع كدگذاري بوسيله رنگ مي‌شوند و بنابراين مانع تمايز بهتر بين محصول خطوط مختلف مي‌شوند. با آغاز توليد مواد افزودني اتلاف‌گر جديد كه دائمي، غير مهاجرتي، مستقل از رطوبت بوده و قابليت رنگ‌پذيري دارند، راه حل جديدي بوجود آمده است. دو مثال از مواد افزودني اتلاف‌گر دائمي رنگ شونده غير مهاجرتي مستقل از رطوبت:
- مواد افزودني ضد الكتريسيته ساكن شركت Ciba با نام تجاري IRGASTAT® P
- گونههاي جديد مواد افزودني ضد الكتريسيته ساكن از شركت DuPont با نام تجاري Entira™Antistatic
Ciba® IRGASTAT® P series
IRGASTAT® P series بر اساس يك فناوري انحصاري بوده و پيشرفتي در مواد افزودني ضد الكتريسيته ساكن غير سياه مي باشد و خواص بي همتايي ايجاد مي‌كند: دائمي بودن و مستقل از رطوبت بودن اثر ضد الكتريسيته ساكن، عدم مهاجرت و امكان رنگ كردن. انتخاب صحيح در بين گونههاي مختلف IRGASTAT® P اين اجازه را مي دهد كه حفاظت در برابر تخليه الكتريسيته ساكن در پلاستيك‌هاي مختلفي ايجاد شود.
Ciba ادعا مي كند كه عوامل ضد الكتريسيته ساكن دائمي IRGASTAT® P16, 18, 20, 22 اطمينان مطلق را ايجاد مي‌كنند و باعث تخليه بي خطر (soft) دائمي الكتريسيته از شيئي كه با آن تركيب شده‌اند، مي‌شوند. اثر تخليه بي خطر يك مزيت اضافي است زيرا مانع تخليه تصادفي الكتريسيته ساكن در مورد اشيا مدفون در زير خاك مي‌شود. بر خلاف دوده مي‌توان از رنگ‌ها براي كدگذاري (نشانه‌گذاري) و بنابراين براي تمايز بهتر بين محصول خطوط مختلف استفاده كرد. تاثير كم بر خواص مكانيكي، بر دوام جعبه‌هاي حمل و نقل تاثيري نمي‌گذارد و دوام آنها مشابه جعبه‌هاي پلاستيكي استاندارد مي‌باشد. پلاستيك‌هاي اصلاح شده قابل شستشو و غير خورنده بوده و پوسته پوسته نمي‌شوند.
DuPont Entira™Antistatic Additives
DuPont Packaging & Industrial Polymers اعلام كرده است كه دو گونه جديد به افزودني‌هاي ضدالكتريسيته‌ي دائمي خود اضافه كرده است كه اين دو گونه عبارتند از: Entira™Antistat SD 100 و Entira™Antistat 500
اين دو گونه جديد اين اطمينان را حاصل مي‌كنند كه بطور دائمي عملكرد ضد الكتريسيته ساكن خود را حفظ مي‌كنند و زيبايي ظاهري، شفافيت، عدم زرد شدگي و حفاظت در برابر جذب گرد و غبار را براي بسياري از بسته‌بندي‌هاي مورد نياز از كالاهاي آرايشي تا صنعتي يا اجزاي حساس الكترونيكي تامين مي‌كنند. DuPont ادعا مي كند كه
Entira™Antistat SD 100 و Entira™Antistat 500 مزاياي متفاوتي نسبت به عوامل ضدالكتريسيته‌ي نفوذ كننده (diffusive) دارند. بر خلاف راه‌حل‌هاي رايج كه اغلب روي سطح محصول متمركز هستند و در اثر مالش، آب يا گذشت زمان از سطح خارج مي‌شوند، گونههاي جديد Entira™Antistat مستقيما به محصول اضافه مي‌شوند و عملكرد ضدالكتريسيته‌ي دائمي و فوري به محصول مي‌دهند و يك سطح شفاف و هموار ايجاد مي‌كنند كه باعث چسبندگي بهتر و بهبود قابليت چاپ‌پذيري مي‌شوند. آنها هم‌چنين از زردشدگي در اثر گذشت زمان جلوگيري مي‌كنند و مي‌توانند در يك لايه مجزا بدون مهاجرت به لايه‌هاي ديگر استفاده شوند و به كاهش برداشت قالب كمك مي‌كنند. استفاده ازEntira™Antistat SD 100 و Entira™Antistat 500 در بسته‌بندي وسايل الكترونيكي جرقه زدن را كه مي‌تواند به تجهيزات صدمه بزند، كاهش مي‌دهد. هم‌چنين اين افزودني‌ها براي استفاده در صنايع غذايي كاملا تاييد شده‌اند و مي‌توانند جذب گرد و غبار را كه مانع درزبندي خوب محصول مي‌شود، به حداقل برسانند.
يك بشكه با خواص برجسته و ويژه براياستفاده در مناطق حفاظت شده در برابر انفجار شركت Schtz GmbH & Co. KgaA AG با استفاده از نانولوله هاي كربني Baytubes® محصول شركت Bayer MaterialScience اولين بشكه پلاستيكي (F1-EX-Nano) كه از نانوذرات رساناي الكتريسيته تشكيل شده و براي حمل و نقل استفاده مي شود را طراحي مي‌كند. بشكه براي استفاده در مناطق حفاظت شده در برابر انفجار در نظر گرفته شده است. هدايت الكتريكي بالاي نانولوله‌هاي كربن (CNTs) اين اجازه را مي‌دهد كه براي اتلاف‌گر كردن پلاستيك‌هاي عايق، مواد كمي مصرف شود ، مانع پرداخت كرايه حمل بالا براي مواد اشتعال‌پذير مثل حلال‌ها يا روغن‌ها مي‌شود، هم‌چنين مانع اشتعال ناشي از تخليه الكتريسيته ساكن مي‌شود. حتي در غلظت‌هاي پايين خواص ضد الكتريسيته ساكن را به بشكه مي‌دهند. به‌علاوه مقاومت بشكه در برابر مواد شيميايي و استحكام در برابر ضربه در دماي پايين را بهبود مي‌دهند. بشكه‌هاي پلي‌اتيلن بطور دمشي در يك ساختار سه لايه با لايه نازك خارجي حاوي Baytubes® قالبگيري مي‌شوند. علاوه بر ايجاد هدايت خوب، استفاده از نانولوله‌هاي كربن خواص مكانيكي بشكه F1-EX-Nano را نيز افزايش مي‌دهد.
تمركز روي كاربردهاي خودروي
سوخت‌ها به آساني اشتعال‌پذيرند و مي توانند باعث آتش سوزي يا انفجار شوند. براي مثال در ژاپن و در فاصله بين آوريل 2001 تا ژوئن 2002 ، هشت آتش سوزي هنگامي به وقوع پيوست كه بارهاي الكتريكي ساكن روي مردم باعث اشتعال سوخت در پمپ بنزين‌ها شدند. سالانه دو آتش‌سوزي مشابه نيز در آلمان رخ مي‌دهد. اقداماتي كه مي‌توان براي كاهش اين خطرات انجام داد عبارتند از ضد الكتريسيته ساكن كردن خطوط سوخت، صندلي‌ها، دستگيره‌هاي در و ساير قطعات. استفاده از مستربچ هاي دوده شركت Cabot براي ساخت پلاستيك‌هاي رساناي استاندارد استفاده از مستربچ‌هاي دوده مي‌تواند پاسخي به معايب احتمالي مربوط به خواص مكانيكي محصول نهايي باشد. Cabot مستربچ‌هاي مختلفي بر پايه پلاستيك‌هاي مختلف را پيشنهاد داده است.
استفاده از سامانه‌هاي خطوط سوخت هادي الكتريسيته از شركت Arkema براي ايمن‌تر كردن خطوط سوخت خطوط جديد سوخت Arkema بر پايه Rilsan® PA12، Rilperm® 5041 مشخصات جديد شركت Ford براي سوخت‌هاي حاوي اتانول را برآورده مي‌سازد. Rilperm® 5041 بدليل خواص مكانيكي و ممانعتي عالي و رفتار اتلاف‌گر ناشي از وجود لايه هادي داخلي PA12 كه مي‌تواند احتمال جرقه و اشتعال در سامانه سوخت را كاهش و در نتيجه ايمني مسافران را افزايش دهد، توسط Ford انتخاب شده است.
در يك فرآيند مشابه شركت Fraenkische براي افزايش ايمني استفاده كنندگان نهايي، Rilsan® PA11 (از Arkema) را براي خطوط سوخت خودرو رساناي الكتريسيته انتخاب كرده است. اين خطوط جديد سوخت به‌دليل استفاده از Rilsan® PA11، با خواسته‌هاي استاندارد خودروي SAE J1645 كه براي افزايش ايمني مسافر از طريق جلوگيري از ايجاد جرقه و اشتعال در سامانه سوخت و در نتيجه كاهش خطر تصادفات طراحي شده است، مطابقت دارد.
General Motors قطعات غيررسانا پمپ سوخت خود را با قطعات رسانا جديد جاي‌گزين كرده است. به‌علاوه Rilsan® PA11 زيست‌سازگار هستند.
استفاده از Baytubes از Bayerبراي ايمن‌تر كردن خطوط سوخت و ساير قطعات ضد الكتريسيته ساكن Bayer MaterialScience نانولوله‌هاي كربن خود (Baytubes®) را براي ساختن پلاستيك‌هاي مختلف ضد الكتريسيته ساكن يا اتلاف‌گر مورد استفاده در اجزاي سامانه‌هاي سوخت و خطوط لوله (اتصالات، قطعات پمپ، o-ring و لوله ها)و قطعات خارجي بدنه براي رنگ‌آميزي الكتروستاتيك (گل‌گير، محفظه يا قاب آينه، در محفطه سوخت) پيشنهاد مي‌دهد. باير ادعا مي‌كند نانولوله‌هاي كربن نسبت به دوده خواص بهتري ايجاد مي‌كنند و فرايندپذيري قطعات بزرگ در آنها ساده بوده و پايداري ابعاد بالايي ايجاد مي‌كنند.
تمركز بر E&E
يك مجموعه كاملي از راه‌حل‌ها از دوده تا بسپارهاي گران ذاتا اتلاف‌گر (IDPs) و بسپارهاي ذاتا رسانا (ICPs) بسته به نيازمندي‌هاي محصول نهايي، در E&E بكار مي‌روند. يك شركت مشابه براي مثال Premix Thermoplastics Inc (كه زير مجموعه Premix Oy است) تقريبا تمام راه حل‌ها را با يك خط از تركيبات گرمانرم رساناي الكتريسيته با مقادير كنترل شده مقاومت، پيشنهاد مي‌دهد. اين تركيبات جديد( PRE-ELEC ) به مصرف كننده اين اجازه را مي دهدكه محدوده مقاومت الكتريكي(هم حجمي هم سطحي) مورد نياز براي هر كاربرد خاص را مشخص كند. در حالي‌كه رايج ترين مقاومت حجمي در محدوده ohm-cm 109-106 مي‌باشد، Premix مي‌تواند بيشتر بسپارها را در محدوده وسيعي از مقاومت‌ها توليد كند: با استفاده از دوده بسپارهايي با مقاومت بالاي ohm-cm 1 تا ohm-cm 1011 ، با آميزه‌سازي با بسپارهاي ذاتا رسانا (ICPs) بسپارهايي با مقاومت ohm/square 1011-103 و با آميزه‌سازي با بسپارهاي ذاتا اتلاف‌گر (IDPs) بسپارهايي با مقاومت ohm/square 1012-106 را مي‌تواند توليد كند.
براي مثال Premix يك پلي‌پروپيلن بر پايه تركيب اتلاف‌گر كه بدليل داشتن يون‌ها تميز است را براي بسته بندي قالبگيري تزريقي، محصولات اكسترود شده و قالبگيري دمشي شده، سيني‌هاي شكل گرفته از طريق خلا براي موارديكه مواد بسيار تميز مورد نياز مي‌باشد، معرفي كرده است. اين مواد در اصل براي صنايع Hard Disc Drive طراحي شده‌اند و استانداردهاي سخت مربوط به تميزي را برآورده مي‌سازند.
Premix Thermoplastics, Inc ادعا مي‌كند كه ميزان يون‌ها، ميزان رها شدن گازها و مواد باقي مانده غيرفرار در PRE-ELEC® ESD 5500 بسيار كم است. بعلاوه اين مواد خواص الكتريكي را بسيار عالي حفظ مي‌كنند و با استانداردهاي EOS/ESD S20.20-1999 و IEC 61340-5-1 كه براي بسته‌بندي مواد گرم مي‌باشند، مطابقت دارد. مقاومت سطحي مي‌تواند حتي در مناطق با رطوبت نسبي پايين به O 109-108 برسد. اين مساله اثر اتلاف‌گر دائمي را تضمين مي‌كند. تركيبات EDS نيمه شفاف بوده و قابل رنگ شدن مي باشند.
تمركز بر محيط‌هاي در معرض انفجار
Atex براي سامانه هاي حفاظتي و تجهيزاتي كهبراي استفاده در محيط هاي با جو قابل انفجار در نظر گرفته شده‌اند، دستورالعملي ارائه كرده است. براي دستيابي به اين نيازمندي‌هاي سخت‌گيرانه و شديد، شركتRTP اقدام به توليد محدوده خاصي از تركيبات رسانا كرده است و در اين كار از تمام راه‌حل‌هاي ضدالكتريسيته ساكن، اتلاف‌گر و رسانا استفاده كرده است.
- IDPs: مقاومت سطحي ohms 108-107 ، قابل رنگ كردن
- دوده‌ها :مقاومت سطحي ohms 107-103 ، سياه
- نانولوله‌هاي كربن: مقاومت سطحي ohms 106-103 ، سياه
- ICP : مقاومت سطحي ohms 108-105 ، رنگ‌هاي تيره
- الياف كربن: مقاومت سطحي ohms 106-102 ،بعضي از رنگ‌ها
- فلزات و مواد پوشش داده شده با فلز: مقاومت سطحي ohms 104-100 ، بسياري از رنگ‌ها
و بسياري از كاربردها با استفاده از بسياري از روش‌هاي ديگر
روش‌هاي بسيار ديگري براي موضوعات عمومي يا ويژه بكار مي‌روند يا مورد تحقيق هستند. براي مثال فهرستي در ذيل آورده مي‌شود كه البته ادعايي مبني بر كامل بودن آن نداريم:
- نشاسته اسفنجي ضد الكتريسيته ساكن
- بسپارهاي ضد الكتريسيته ساكن از منابع تجديدپذير مثل Fasalex
- PEBA ضد الكتريسيته ساكن
- بسپارهاي آبدوست
- بسپارهايي كه ذاتا در برابر الكتريسيته فعال هستند:
- PEDT كه با پلي استايرن سولفونات پوشش داده شده (PEDT/PSS)
- Poly(3-hexylthiophene
- Poly(ethylene-dioxythiophene) يا PEDT
- Poly(phenylene vinylene)
- Polyaniline
- Polyarylene
- Polypyrrole
- Polyspirobifluorene
- Polythiophene.
-نانوپودرهاي فلزي
عوامل ضدالكتريسيته ساكن بر پايه تيتانات‌ها و زيركونات‌ها
مواد سطح فعال فلوئورينه با نام تجاري Zonyl®
نتيجه
تشكيل و تخليه الكتريسيته ساكن در بسپارهاي عايق منجر به ايجاد مشكلاتي ( از مسائل كم اهميت تا مسائل جدي و حتي بسيار وحشتناك) مي شود كه عبارتند از: جذب گرد و غبار و ساير آلودگي ها، نقص در وسايل الكترونيكي، عيوب رنگ آميزي، آتش سوزي و انفجار در موارد مختلف مثل بسته بندي ، خودرو، E&E ، هوا فضا، مسائل بهداشتي، رنگ آميزي و غيره
تعداد كمي از بسپارها ( چه طبيعي جه مصنوعي) بطور ذاتي ضدالكتريسيته ساكن هستند براي مثال پنبه، الياف چوب، پلي آميدهاي 11 يا 12، نشاسته اسفنجي، Fasalex ، بسپارهاي آبدوست و غيره. خوشبختانه روش‌هاي متعددي براي ضد الكتريسيته ساكن كردن، اتلاف‌گر كردن و رسانا كردن وجود دارد و اجازه مي‌دهد كه مسائل را با توجه به آساني كاربرد، نيازهاي فني، جنبه‌هاي ايمني و محدوديت‌هاي محيطي و اقتصادي حل كرد.
در بين روش‌هاي مختلفي كه براي به حداقل رساندن تشكيل الكتريسيته ساكن وجود دارد، ساده‌ترين روش انتخاب بسپارهاي EDS يا ضدالكتريسيته ساكن آماده مصرف مي‌باشد اما براي آزادي عمل بيشتر مي‌توان به گونههاي معمولي بسپارها مواد رسانا مثل دوده، نانولوله‌هاي كربن، نانوپودرهاي فلزي و عوامل آلي غير سياه ضدالكتريسيته ساكن را اضافه كرد. در نهايت، مي‌توان بسپارهاي استاندارد را با بسپارهايي كه ذاتا رسانا يا اتلاف‌گر (ICPs و IDPs ) هستند آميزه سازي كرد.
برگردان: مهندس حسین شعبانی برزگر
0 ارسال نظرات:
ارسال یک نظر
با نظرات خود ما را در هر چه بهتر کردن وبلاگ یاری کنید