解决方案 · 静电

制品吸尘,取件时被电击

塑料是绝缘体,摩擦产生的电荷留在表面,把灰尘吸过来。本页说明电荷从哪里来、各类抗静电剂如何起作用、哪一种对您的制品已经足够,以及如何用可信的方法测量结果。

车间里看到的现象

  • 货架上的制品几天内就积上一层灰,深色或高光表面最严重
  • 操作工从模具中取件或放卷薄膜时被电击,或听到噼啪声
  • 制品或袋子互相吸附,进入包装机时送料不畅
  • 粉料或细碎物粘在容器壁上,倒不干净
  • 电子行业客户开始在规格中要求表面电阻率数值

添加任何东西之前,先排除外观相似的问题:

  • 制品内部的脏点(擦不掉的黑点)是来自树脂、回料或料斗的污染,不是静电。
  • 表面发粘或油腻,可能是爽滑剂、蜡或脱模剂析出过多而粘住灰尘。这种情况下再加抗静电剂可能更糟。
  • 车间快速测试:用干布擦拭制品,再靠近小纸屑。如果纸屑跳起来,说明有电荷积聚。与在潮湿空气中放置过的制品对比。
  • 天气干燥或在空调房里更严重?这明确指向静电,因为空气中的水分能让一部分电荷自行泄漏。

机理:电荷为什么留在表面

塑料与模具钢、辊筒或其他制品摩擦时,电子会在界面间转移(摩擦起电)。金属会立即把电荷导走,PP 和 PE 则不会:未改性聚烯烃的表面电阻率约为 1014 Ω/sq 及以上(教科书数值),因此电荷会滞留并吸附空气中的灰尘。

所有解决办法都是给电荷一条泄漏的通路。区别在于这条通路在表面还是在本体内部:

  • 迁移型(内添加型)抗静电剂,如单硬脂酸甘油酯或乙氧基化胺,具有一端与聚烯烃部分相容的尾部和一端亲水的头部。由于溶解度有限,它们会析出到表面,亲水头部从空气中吸附一层薄薄的水膜,电荷经由水膜泄漏。因此效果取决于湿度、时间以及本体中剩余的添加剂量。
  • 永久型抗静电剂(本征耗散型聚合物)在基体内部形成亲水网络。无需等待析出,擦拭不会损失,对湿度的依赖也较小,但需要高得多的添加量。
  • 导电体系使用炭黑、CNT 或碳纤维,彼此接触形成导电网络(逾渗)。电阻最低,但制品为黑色,且会影响 MFI 和韧性。
三种情况对比:未加抗静电剂的塑料表面,电荷滞留并吸附灰尘;迁移型体系,添加剂析出并吸附水分;永久型或导电体系,电荷通路位于本体内部 无抗静电剂 迁移型 永久型 + + + + + 经水膜泄漏 本体内部通路 电荷滞留、吸尘 依赖湿度和时间 稳定、成本较高
三种电荷通路:滞留在表面(左);经迁移型添加剂形成的水膜泄漏(中);经本体内的永久型或导电网络泄漏(右)。

为什么同一种迁移型体系在不同工厂效果不同:

  • 空气湿度。空气越干燥,水膜越薄,电阻越高。
  • 树脂种类和结晶度。添加剂在无定形相中迁移,因此 LDPE、HDPE 和 PP 的析出速度不同。
  • 壁厚。本体是“储存库”;薄壁件更快耗尽。
  • 擦拭、清洗或磨损。这些会去除表面层。本体中的添加剂会补充上来,直到储存耗尽。
  • 其他添加剂。爽滑剂会争夺表面,部分填料和颜料会吸附抗静电剂。

全部可选方案

包括 ACS 不销售的方案,因为有些问题在工艺上解决比在配方上解决更便宜。

方案优点局限ACS 是否提供
擦拭或外涂抗静电喷剂无需改配方,今天就能开始不持久,每件都要人工处理,效果不稳定否
生产线上的离子风棒和湿度控制生产过程中消除电荷,减少电击和制品互相吸附只在生产线上有效;制品出厂后电荷可能再次积聚否(由设备供应商提供)
迁移型抗静电母粒成本低,可用现有计量设备,见效快依赖湿度,有效期有限,可能影响印刷和热封是(ACUSTAT)
永久型抗静电剂(IDP)更稳定,耐擦拭添加量高,成本高得多按个案评估
导电改性料(炭黑、CNT)电阻最低,适合 ESD 应用制品为黑色,影响 MFI 和韧性,价格高按个案评估

ACS 的思路与使用成本

我们的第一个问题是制品需要保持不吸尘多长时间。如果只需在仓储和货架期(数周到数月)内保持干净,ACUSTAT Antistatic MB 这类迁移型体系通常是最经济的路线。如果需要在整个使用寿命内都有保护,或者是必须在低湿度下达标的 ESD 制品,我们会明确告诉您迁移型体系可能不够,并帮助您评估永久型或导电路线。

在提出配方之前,我们会确认母粒的载体树脂是否适合您的基础树脂,现有配方中是否含有会与添加剂争夺表面或吸附添加剂的爽滑剂、填料或颜料,以及制品是否需要印刷、热封或贴标签。母粒由经筛选的代工造粒合作伙伴生产。

按百分比考虑成本。添加母粒带来的原料成本增幅大致为:添加比例 ×(母粒价格 ÷ 树脂价格 − 1)。例如,母粒价格是树脂的五倍,添加 2%,每公斤树脂成本约增加 8%。再把它与您目前的损失对比:擦拭制品的人工、因灰尘被拒收或退回的制品,以及包装线上损失的时间。如果废品减少的幅度大于原料成本的增幅,每件合格品成本就会下降。

请在使用成本计算器中输入您自己的树脂价格、母粒价格和废品率。即使单件成本上升,它也会如实显示结果。

如何测量

起决定作用的数值是表面电阻率(Ω/sq),使用同心环电极,按终端客户指定的方法测量,例如 ASTM D257、IEC 62631-3-2,ESD 应用则可用 IEC 61340-2-3。需要控制的要点:

  • 状态调节。按标准要求的温度、湿度和时间存放制品。没有注明 %RH 的数值无法比较。如果制品在干燥或空调环境中使用,也要在低湿度下测试。
  • 随时间测量。迁移型体系的效果会随时间变化。应在多个时间点测试,例如 1 天、1 周和 1 个月后;如果制品使用中会被清洁,擦拭后也要再测。
  • 设置对照样。同一天成型、存放在同一位置的未处理制品。
  • 静电衰减时间以及吸尘或吸灰测试是有用的筛选手段,但不能代替规格中的 Ω/sq 数值。
表面电阻率通常称为典型用途
低于 105 Ω/sq导电接地后可立即导走电荷的部件,部分 ESD 应用
105 – 109 Ω/sq静电耗散电子元器件托盘和包装
109 – 1012 Ω/sq抗静电减少吸尘,减少制品和薄膜互相吸附
高于 1012 Ω/sq绝缘普通未处理塑料

以上区间为行业一般参考。不同标准和客户的划分界限不同,请始终以终端客户的规格为准。

技术提示

本页的添加比例(let-down ratio)及技术数据均为一般参考值,并非性能保证。正式生产前,请在您自己的工艺中通过试验确认。

常见问题

常见问题

迁移型抗静电母粒的效果能持续多久?

取决于空气湿度、树脂、壁厚以及表面是否被擦拭或清洗。这类体系通常是为覆盖仓储和货架期而设计的,时间在数周到数月之间。如果需要在整个使用寿命内都有保护,迁移型体系可能不够;可考虑永久型抗静电剂或导电改性料,并在多个时间点测量确认。

为什么第一天表面电阻率没有下降?

迁移型添加剂需要时间从本体迁移到表面,根据树脂和存放温度不同,需要数小时到数天。应在规定的状态调节时间之后测量,并在几个时间点重复测量,而不是对刚出模的制品下结论。

需要印刷、热封或贴标签的制品可以使用抗静电剂吗?

可以,但要测试。表面的添加剂层可能降低油墨附着力、标签粘接力和热封强度。请按预定的添加比例在实际的后道工序中试验,并保持成型到印刷之间的时间一致。

迁移型抗静电剂适合电子产品包装吗?

ESD 应用通常要求在低湿度下、并在整个使用寿命内保持规定的表面电阻率,迁移型体系很难满足。请以终端客户的规格为准,优先考虑永久型抗静电剂或导电改性料。

抗静电母粒可以用于食品包装吗?

取决于具体牌号及其食品接触合规文件;并非所有配方都符合要求。开始试验前,请先索取该具体牌号的合规文件。