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防静电涂层性能测试

前言：塑料制品具有外观优美、质量轻、易于成型等优点，被广泛用于无尘室空间分隔、洁净设备、观察窗及设备罩、电子测试治具等应用场景，涉及半导体工业、LCD、电子装备及微电子设备、电子电气、通讯制造、精密仪器、光学制造、医药工业及生物工程等行业。然而，塑料制品的高绝缘性使其在摩擦时会产生静电累积，导致吸尘、电击、放电，给工业生产和应用带来伤害。为了在实际应用中避免静电效应的发生，塑料制品必须进行防静电处理。防静电涂层是一种最常见的处理方式，通常情况下，表面电阻10^6~10^9Ω即可保证塑料的防静电效果，同时涂层还应具有一定的抗划伤和耐擦拭性能。

国标GB《电子工程防静电设计规范》将防静电材料明确定义为长效型和短效型两种，随着技术提高，长效性的成本进一步降低，短效型已经逐渐退出主流。长效型防静电材料指其防静电性能与材料寿命同步，在使用期限内防静电性能应保持稳定，并且防静电性能不受湿度等环境因素的影响。

但目前尚无明确的测试方法来评价防静电制品的寿命。本文结合实际应用中的问题，创新性的对两种典型的复合防静电涂层（导电高分子型和碳纳米管型）进行环境加速老化对比研究，为长效型防静电涂层的寿命评价提供依据。

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实验原理

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实验方案

2.1试验样品

试验样品：石墨烯透明防静电聚氯乙烯（PVC）板（样品A），石墨烯透明防静电亚克力（PMMA）板（样品B），石墨烯透明防静电聚碳酸酯（PC）板（样品C），导电高分子透明防静电PVC板（样品D），尺寸为mm×mm×5mm，数量各8片。

2.2试样基本性能

试样的基本性能见表1。

2.3试验项目及方法

环境加速老化可以加快不同材质的防静电涂层的老化，是一种有效的寿命评估方法。如下将耐水煮测试、高温高湿测试、氙灯老化测试和QUV老化测试的具体实验条件列举如下：

2.4试验仪器

上述测试所用仪器见表2。

03

实验结果

上述测试所有数据参加下文。

“静电”小常识

静电为何称为“静”

物体之间“流体”（电子）不平衡的结果称为“静电（Staticelectricity）”。之所以被称为“静”的，是因为电子从一种绝缘材料转移到另一种绝缘材料后倾向于保持静止，电荷不流动。换句话说，静电是指处于静止状态的电荷。

静电的本质，是物体表面存在剩余电荷，这些多余的电荷在一次放电过程中将能量完全释放，这个是静电产生内的本质原因。摩擦起电，是两个物体在摩擦过程中，一个物体表面的电子转移到另一个物体上，使两个物体表面的电荷平衡状态被打容破，从而表现出带电的特性。这是产生静电最常见的方式之一。

问：防静电材料要求摩擦电压小于V可靠吗？

答：「防静电材料要求摩擦电压小于V，更严格的要求小于30V」这些一定要有个前提条件，就是测试的环境温度湿度在什么范围内。这个恰恰是我们通常忽略的一个重要数据。

ESD：湿度如何影响摩擦电压？

湿度不同的摩擦电压

基于环境条件和时间的影响，材料表面摩擦电压随着空气湿度的增加而降低，相对湿度越高，材料表面电荷密度越低，但相对湿度在30%以下时候，材料表面静电电荷密度几乎不受湿度的影响，而保持为某一最大值。空气湿度受环境温度的影响，环境温度的变化可能加剧静电的产生。

如下图所示，相对湿度大于55%之后，物体不容易积累高电压，就不容易产生静电现象。相对湿度对静电产生的影响表现在三个方面：

1、相对湿度影响体表的导电能力，从而影响积蓄的净电荷离开人体的速度；

2、相对湿度影响空气的导电能力，从而影响积蓄的净电荷离开人体的速度；

3、高相对湿度增强水在物体表面的吸附，从而两种不同物体摩擦不容易产生净电荷的分布。

另一个研究发现，在一种小尺寸样品中，将相对湿度由90%减少到10%时，同样的摩擦所积累的电荷增加了20%，一方面，不管是相对湿度增加了体表导电能力还是增加了空气导电能力，总之相对湿度高时，摩擦产生的电荷很容易被导走，不容易积蓄出足以击穿空气的电压。另一方面，物体表面因相对湿度大而增加水汽吸附时，摩擦不容易起电，就从另一个角度减少了静电现象的产生。

相对湿度决定了静电现象是否频繁出现。温度越高，饱和水汽密度值越大（如下图所示）；如果室内外的空气水汽密度相同，那么室内温度高于室外，其相对湿度值就较低。从下图的数据可以看出，当室外0摄氏度、室内25摄氏度时，饱和密度相差约4倍；也就是说，尽管室内外的空气中含有相同数量的水分子，室内的相对湿度只有室外相对湿度的1/4。从上面的分析可以判断，北方冬天的户外静电现象不如室内明显，这和生活经验是一致的。当然，户外静电现象不明显还有别的原因，比如户外的水泥地面导电能力强于室内的木地板或者地毯。

尤其是净化无尘室内的密集的人员活动会产生额外的水汽增加湿度。然而，如果室内外温差大，额外的水汽也容易由室内跑到室外，就像从冰箱拿出饮料，冷饮罐上凝聚的水珠就来自室内空气中的水汽。南方和干燥的夏天都因为无尘室/防静电车间内外温差小而静电现象不明显，如果冬天南方的车间厂房室内有供暖设备的话，摩擦电压也会大很多。