Tại sao phải chống tĩnh điện trong các nhà máy?

Trong cuộc sống, tĩnh điện tồn tại ở mọi nơi và người ta không chú ý lắm đến nó do tác dụng không đáng kể. Tuy nhiên trong sản xuất, tĩnh điện lại là vấn đề lớn làm ảnh hưởng đến nhiều nhà sản xuất vì những tác hại do nó gây ra vì vậy người ta luôn cố gắng tìm cách chống tĩnh điện.

Tĩnh điện là gì?

Tĩnh điện là hiện tượng mất cân bằng điện tích trên bề mặt của một vật liệu. Điện tích sẽ được lưu giữ ở đó cho đến khi nó có thể truyền đi nơi khác thông qua một dòng điện hoặc sự phóng điện. Khái niệm “tĩnh” trong tĩnh điện ý nói đến sự tương phản với dòng điện, hình thức mà điện được truyền qua vật dẫn và mang theo năng lượng.

Một điện tích tĩnh điện được tạo ra khi hai bề mặt tiếp xúc với nhau rồi tách ra, và ít nhất một trong các bề mặt này có điện trở suất cao (có xu hướng cách điện hoặc cản trở dòng điện).

Những ảnh hưởng của tĩnh điện rất quen thuộc với cuộc sống thường ngày vì hầu hết mọi người đều có thể cảm thấy, nghe thấy và nhìn thấy các tia lửa điện khi một điện tích thừa bị trung hòa khi ở gần một vật dẫn lớn (ví dụ như dây nối đất).

Nguyên nhân gây ra sự tĩnh điện

Vật chất được cấu thành từ các nguyên tử trung hòa về điện tích vì chúng chứa số lượng bằng nhau về điện tích dương (proton trong hạt nhân) và điện tích âm (điện tử trong vỏ). Hiện tượng tĩnh điện yêu cầu sự tách rời các điện tích dương và âm này. Khi hai vật liệu tiếp xúc nhau, điện tử sẽ di chuyển từ vật này sang vật kia, gây ra sự dư thừa điện tích dương trên một vật liệu và sự thừa điện tích âm ở bên còn lại. Khi các vật liệu được tách ra, sự mất cân bằng điện tích này vẫn được duy trì.

Sự cố gây ra bởi tĩnh điện

Sự phóng tĩnh điện (ESD – Electrostatic Discharge)
Tương tự như hiện tượng sét trong tự nhiên, tĩnh điện sẽ tìm cách “phóng”, “xả” nhằm trở lại trạng thái trung hòa. Khi các bạn thấy bị giật bởi tay nắm cửa, thì thực chất là có sự phóng tĩnh điện từ tay của bạn vào tay nắm cửa. Mức phóng tĩnh điện trên 3000V, sẽ đủ để bạn thấy “giật”. Với mức trên 5000V, bạn có thể nghe thấy âm thanh, và với mức trên 10,000V, bạn có thể nhìn thấy tia phóng (như sét). Có những trường hợp sự phóng tĩnh điện đủ lớn, xảy ra trong môi trường có nhiều hơi dung môi cháy nổ (xăng, gas) có thể làm phát sinh ngọn lửa gây hỏa hoạn.

ESD trong sản xuất công nghiệp: hiện tượng tích và phóng tĩnh điện trong công nghiệp được hình thành do vận động của con người, chuyển động của máy móc trong quá trình sản xuất là rất phổ biến. Thường thì tác động của sự phóng /xả tĩnh điện không được chú ý nhưng đối với một số ngành nghề đặc thù sản xuất hay lưu trữ những chất dễ cháy nổ hay đặc biệt là trong công nghiệp điện tử, sản xuất lắp ráp vi mạch, thì hiện tượng trên có thể gây ra rất nhiều thiệt hại.

Sự bám hút (ESA – Electrostatic Attraction)

Tĩnh điện trên bề mặt của vật thể, khi lớn đến mức độ thích hợp (khoảng 3000V) sẽ tạo ra trường tĩnh điện, trường này sẽ gây ra sự phân cực đối với các vật thể lọt vào trường tĩnh điện. Lực hút tĩnh điện, hay lực Coulomb, sẽ hút các vật thể này vào bề mặt của vật mang tĩnh điện (với điều kiện lực này thắng được các lực khác đang đặt lên vật thể đó, như trọng lực chẳng hạn).

Tác hại của tĩnh điện trong sản xuất

Có hai dạng tác hại cơ bản. Thứ nhất là Phóng tĩnh điện (ESD) gây hỏng hóc, trục trặc, suy giảm chất lượng các phần tử điện tử, các cụm (như bản mạch), hay cả 1 thiết bị hoàn chỉnh. Cách thức gây hại thông thường là thông qua dòng điện, hoặc thông qua các sóng điện từ trường sinh ra trong quá trình phóng. Thứ hai là Bám hút tĩnh điện (ESA). Trong không khí có rất nhiều bụi, mà mắt thường có thể không nhìn thấy được. Một hạt bụi có cỡ 1 micromet đủ sức gây chập hỏng 1 mạch bán dẫn, khi mà nodepitch đang chỉ tính bằng vài chục nanomet (2015). Hiện tượng bám hút bụi do tĩnh điện này ảnh hưởng rất lớn tới chất lượng của các quá trình sản xuất cần làm sạch bề mặt như: In ấn, lắp ráp quang học, đóng gói thực phẩm, dược phẩm, tráng phủ, sơn, xi mạ, bán dẫn…

Giải quyết vấn đề tĩnh điện

Các chất liệu khác nhau sẽ có những giải pháp khác nhau, đối với các chất liệu đẫn điện thì phương pháp thường gặp nhất là nối đất trực tiếp.

Đối với những chất liệu không dẫn tĩnh điện như vật liệu tự nhiên, hỗn hợp thì chỉ có một giải pháp duy nhất là dùng ionizer. Đây là phương pháp tạo ra các ion trung hoà những vùng bị tĩnh điện, nếu không được trung hòa bởi những điện tích tự do, tĩnh điện mất đi rất chậm. Những vật liệu cách điện cho phép những nhóm điện tích âm và điện tích dương hình thành. Khi những điện tích không thể di chuyển trên bề mặt của vật liệu này, việc nối đất không thể loại bỏ những điện tích này. Sự ion hóa là phương tiện duy nhất để loại bỏ tĩnh điện ở những vật liệu cách điện. Sự ion hoá các điện tử tự do trong không khí bằng phương pháp phân cực điện áp cao tạo ra liên tục luồng điện tích âm và điện tích dương. Những điện tích này sẽ kết hợp với những điện tích trái dấu trên bề mặt của vật liệu do đó triệt tiêu được tĩnh điện trên bề mặt cách điện.

Các thiết bị chống tĩnh điện có thể khử được các ion bằng cách trung hoà chúng. Một số thiết bị chống tĩnh điện thông dụng là: thanh khử tĩnh điện, vòi phun chống tĩnh điện, súng chống tĩnh điện, dao khí, quạt thổi ion, bộ nạp tĩnh điện, vòng tay tĩnh điện, dây nối đất… (antistatic bar, ionizing nozzle, ionizing gun, air knife, ionizing blower, charging, wrist trap…). Các sản phẩm, linh kiện điện tử dễ dàng bị hư hỏng bởi tĩnh điện. Để bảo vệ các sản phẩm này, người ta sử dụng các loại túi có khả năng chống tĩnh điện. Để chống tĩnh điện cho một hệ thống máy in, người ta gắn những thanh khử tĩnh điện lên một số vị trí để nó trung hoà các ion tạo ra từ giấy trong quá trình cọ xát, xả cuộn, sấy khô…

Để chống tĩnh điện trong quá trình sơn, người ta sử dụng quạt ion hoặc thanh khử tĩnh điện gắn ở vị trí gần nơi phun sơn để những thiết bị này khử ion trong các hạt sơn. Do không bị nhiễm tĩnh điện, các hạt sơn bám chắc chắn vào bề mặt hạt cần sơn, tạo nên lớp sơn thẩm mỹ hơn.

Và còn nhiều ứng dụng nữa của các dụng cụ chống tĩnh điện trong việc chống lại tĩnh điện gây thiệt hại cho sản xuất và cuộc sống con người.

Tại sao lại là chống tĩnh điện mà không phải là cách điện?

Cách điện là sử dụng các vật liệu không cho dòng điện chạy qua. Do đó các điện tích sinh ra ở khu vực cách điện sẽ lưu lại đó và có nguy cơ tiềm ẩn gây ra sự phóng điện làm chập cháy nổ.

Vì vậy chúng ta cần kiểm soát độ dẫn điện bằng các vật liệu dẫn điện nhưng có điện trở cho phép từ 10^4 Ω dến 10^9 Ω làm tiêu tán các điện tích được sinh ra hay đưa các điện đó xuống hệ thống và nối đất, bảo vệ sản phẩm tránh khỏi các tác nhân chập, cháy, nổ …

Giải pháp chính giúp chống tĩnh điện cho sàn nhà máy

Trên thực tế có 2 giải pháp: sàn vinyl chống tĩnh điện và sơn sàn epoxy antistatic.

Sàn vinyl là gì?
Sàn nhựa Vinyl (tên tiếng anh là Galaxy Vinyl Flooring): hay còn gọi là gạch Vinyl được làm từ nhựa PVC + 10% bột đá và các chất phụ gia khác. Nhựa PVC là loại nhựa nhiệt dẻo tổng hợp, được sản xuất từ dầu thô hoặc nhân tạo các thành phần hóa học muối ăn. Đây là loại sàn có thể tiêu tán điện tích bằng phương pháp ESD. Sàn làm bằng gạch vinyl kiểm soát được các vấn đề tĩnh điện sinh ra từ bàn, ghế hoặc con người. Ví dụ đối với sàn thông thường, khi con người đi lại sẽ tạo ra dòng tĩnh điện 5000V, nhưng đối với sàn Vinyl chống tĩnh điện thì dòng điện sinh ra (nếu có) cũng chỉ nhỏ hơn 12V.

Ưu điểm của sàn vinyl:

• Chống tĩnh điện.
• Chống nước, dễ vệ sinh.
• Có tính thẩm mỹ cao.
• Dễ lắp đặt do có thể ghép các tấm vinyl với nhau.

Nhược điểm của sàn vinyl:

• Có nhiều mạch nối, dễ bong tróc.
• Bị hóa chất ăn mòn, khó sửa chữa.
• Sàn có thể thoát ra khí độc hại, không thân thiện với môi trường.

Sơn epoxy antistatic là gì?
Sơn epoxy antistatic hay còn gọi là sơn chống tĩnh điện là hệ thống epoxy hai thành phần A và B. Sơn chống tĩnh điện có đầy đủ tính năng của sơn epoxy thông thường như tính thẩm mỹ, kháng khuẩn, chống mài mòn,…

Hơn thế, hệ thống sơn này còn có khả năng kiểm soát chống tĩnh điện, được thiết kế để bảo vệ bề mặt sàn – nơi hiện tượng tích điện xảy ra không mong muốn nhờ khả năng chống tĩnh điện tự thân hoặc mạch dây đồng. Hệ thống sơn Epoxy chống tĩnh điện như một lớp tiếp nối, dẫn các điện tích xuống đất giúp đảm bảo an toàn cho công nhân khi làm việc, chống bám bụi, chống cháy nổ, bảo vệ các thiết bị, nhà xưởng, phòng thí nghiệm.

Ưu điểm của sơn epoxy antistatic:

• Chống tĩnh điện.
• Tính thẩm mỹ cao.
• Bề mặt hoàn thiện không mạch nối.
• Kháng khuẩn, dễ vệ sinh.
• Độ bám dính cao, chống mài mòn.
• Kháng hóa chất, chịu trọng tải tốt.

Nhược điểm của sơn epoxy antistatic:

• Đòi hỏi kỹ thuật thi công cao.
• Một số loại sơn gốc dung môi không thân thiện với môi trường.

Từ những thông tin trên, APT mong muốn khách hàng có thể hiểu rõ hơn về tĩnh điện, vấn đề chống tĩnh điện và những biện pháp chống tĩnh điện để lựa chọn được những sản phẩm phù hợp với nhà xưởng của mình.