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Apr 02, 2023

Abbattimento dell'elettricità statica

Associate Professor Neils Jonassen authored a bi-monthly static column that

Il professore associato Neils Jonassen è autore di una rubrica statica bimestrale apparsa su Compliance Engineering Magazine. La serie ha esplorato la ricarica, la ionizzazione, le esplosioni e altri argomenti correlati all'ESD. L'Associazione ESD, in collaborazione con In Compliance Magazine, sta ripubblicando questa serie poiché gli articoli offrono una visione senza tempo nel campo dell'elettrostatica.

Il Professor Jonassen è stato membro dell'Associazione ESD dal 1983 al 2006. Ha ricevuto il premio Outstanding Contribution Award dell'ESD Association nel 1989 ed è autore di documenti tecnici, libri e relazioni tecniche. È ricordato per i suoi contributi alla comprensione del controllo elettrostatico, e in sua memoria riprendiamo "Mr. Static".

~ L'Associazione ESD

Ristampato con il permesso di: Compliance Engineering Magazine, Mr. Static Column Copyright © UBM Cannon

Gli effetti dannosi delle cariche statiche sugli isolanti possono essere ridotti o addirittura annullati.

La prima di questa serie in due parti ("Abatement of Static Electricity – Part I: Conductors", In Compliance Magazine, giugno 2013) riguardava l'abbattimento delle cariche statiche sui conduttori. Questa seconda parte affronta le cariche sugli isolanti, che devono essere neutralizzate in modo diverso rispetto alle cariche sui conduttori.

In linea di principio, esistono tre metodi per neutralizzare le cariche sugli isolanti: conduttanza attraverso la maggior parte del materiale, conduttanza lungo la superficie del materiale e attrazione di ioni con carica opposta dall'aria.

Conduttanza di massa

Se un materiale contiene portatori di carica mobili, si dice che sia conduttivo. Se un'intensità di campo E nel materiale rilascia una densità di corrente j, la conduttività complessiva g del materiale è definita da

j = γE (1)

o, come viene solitamente scritto,

E = ρj (2)

dove r = 1/γ è la resistività di massa. Queste equazioni sono forme della legge di Ohm. Dall'equazione 2 risulta che l'unità per r è (V/m)/(A/m2) = Ω ∙ m.

La Figura 1 mostra un materiale, A, con resistività di massa ρ e permettività relativa εr. "A" poggia su una piastra messa a terra, G. Se A è carico con una densità di carica superficiale σ, in A si crea un campo E diretto verso G. Si presuppone che tutte le linee di campo (il flusso elettrico totale) dalla carica attraversata da A (cioè il campo esterno ad A è trascurabile). Questo campo fa sì che i portatori di carica positiva si muovano verso G e i portatori di carica negativa si muovano verso la superficie di A, neutralizzando infine il campo dalla carica originale.

Figura 1: Il materiale A ha resistività di massa r e permettività relativa εr.

La densità di carica σ sembra decadere attraverso il materiale A secondo l'equazione

(3)

dove quindi è la densità di carica iniziale,

t = mese, (4)

è la costante di tempo, con εo = 8,85 × 10–12 F ∙ m–1. Dalla misurazione dei parametri del materiale r ed er è quindi possibile prevedere la velocità con cui una carica superficiale viene neutralizzata. La domanda è quindi come rendere conduttivi gli isolanti.

Isolanti conduttivi sfusi

È contraddittorio parlare di trasporto delle cariche attraverso un isolante. Se ciò fosse possibile, il materiale non sarebbe realmente isolante. Nel corso degli anni sono stati fatti molti tentativi per conferire ai materiali isolanti un'adeguata conduttività senza rovinare le altre proprietà desiderabili (solitamente meccaniche). Normalmente, ciò avviene mescolando il materiale con additivi intrinsecamente conduttivi. L'esempio più noto di tale agente antistatico intrinseco è il nerofumo. Il nerofumo può essere aggiunto a una varietà di materiali polimerici e viene utilizzato quando l'annerimento risultante del materiale di base è accettabile.

Per molti anni il campo di utilizzo più importante del nerofumo è stato la gomma conduttiva. La normale gomma vulcanizzata può avere una resistività complessiva di 1013 Ω ∙ m, ma l'aggiunta di nerofumo può abbassare la resistività di un fattore fino a 1015. Normalmente, tuttavia, una resistività di circa 105–106 Ω ∙ m è sufficientemente bassa da prevenire pericolose o fastidiosi accumuli di carica.