Теория Электростатики 2
Статическое электричество и производство этикеток
Причины формирования электростатических зарядов
В полиграфии, в частности при производстве этикеток, значительный по величине электростатический заряд может накапливаться на поверхности этикеточного материала в процессе печати и постпечатной обработки. Основной причиной формирования статического заряда является трение полотна этикеточного материала о валики и цилиндры печатных аппаратов, а также о ножи при резке. Нагрев и обработка УФизлучением при сушке также могут способствовать формированию электростатического заряда на поверхности полотна. Используемые в производстве этикеток полимерные пленки обычно приобретают отрицательный заряд, а бумага — положительный.
Поскольку система лентопроводки полиграфических машин включает большое число роликов, значение электростатического заряда ленты по мере ее прохождения через машину может меняться как по модулю, так и по знаку. При этом имеет место кумулятивный эффект — величина заряда постепенно увеличивается.
Влияние климатических факторов
Величина электростатических зарядов обратно пропорциональна влажности воздуха — иными словами, во влажном помещении формируются меньшие по величине электростатические заряды, чем в сухом. Это явление объясняется тем, что при высокой влажности на поверхности обрабатываемого материала формируется микроскопический слой влаги, повышающий электропроводность материала и способствующий отводу заряда на землю. Влажный воздух по разному воздействует на невпитывающие (пластики) и впитывающие (бумага без покрытия) материалы. В первом случае влага способствует повышению электропроводности только поверхности материала, во втором случае — и поверхностной и объемной электропроводности. Для поддержания оптимальной влажности, значение которой находится в пределах от 45 до 60%, в типографии рекомендуется использовать промышленные системы увлажнения воздуха.
Проблемы, вызываемые статическим электричеством
В полиграфии одной из основных проблем, обусловленных электростатическим зарядом, является взаимодействие между заряженными объектами, следствием которого является притяжение к запечатываемому материалу пыли, слипание оттисков между собой и их притяжение к механизмам, а также дестабилизация режима намотки полотна в рулон. И чем выше величина электростатического заряда на поверхности полотна или листа, тем больше пыли он притянет. Как правило, воздушная пыль интенсивно притягивается к полотну при разности потенциалов 3 кВ и выше.
Риск возгорания вследствие разряда, вызванного электростатикой, особенно велик при использовании красок и лаков на легковоспламеняемых растворителях. Такие краски и лаки находят применение в флексографской и глубокой печати. Основными источниками электростатического разряда, как правило, являются незаземленные элементы оборудования, обрабатываемый материал и одежда обслуживающего персонала.
При разности потенциалов более 10 кВ разряды могут привести к повреждению красочного или лакового покрытия на оттисках.
Для здоровья обслуживающего технику персонала электростатические разряды, как правило, не опасны, однако они могут напугать оператора и вызвать неадекватную реакцию, которая и приведет к травме. Электростатические заряды скапливаются на одежде оператора в результате трения или под воздействием внешних электростатических полей, например поля от рулона с пластиковой пленкой. В этом случае разряд происходит при соприкосновении оператора с заземленными металлическими объектами, например со станиной машины. Реже разряд является результатом соприкосновения оператора, обутого в проводящую обувь, с незаземленными элементами машины или с изделиями, на которых сформировался электростатический заряд.
Нейтрализация электростатических зарядов
При работе с проводящими материалами для нейтрализации электростатических зарядов достаточно выполнить заземление. Электростатические заряды, сформированные на поверхности диэлектриков, нейтрализуются путем бомбардировки заряженными частицами противоположного знака. Как правило, для этого используется ионизированный воздух, содержащий положительные и отрицательные ионы. В полиграфических машинах применяются два типа ионизаторов: пассивные и активные.
Пассивные устройства выполняются в форме антистатических щеток. Щетки содержат электроды из углеродного волокна (диаметр 67 мкм), мягкой нержавеющей стали (диаметр 12 мкм), проводящего акрила (диаметр 15 мкм) или из других проводящих материалов, которые создают электрическое поле напряженностью около 3 МВ/м. При такой напряженности поля происходит ионизация воздуха. Формируемые ионы нейтрализуют противоположные им по знаку заряженные частицы на поверхности диэлектрика. Щетки работают без контакта с обрабатываемым материалом — для нейтрализации малых и средних по величине зарядов концы электродов должны находиться примерно в 5 мм от поверхности материала. Для нейтрализации больших зарядов ионизатор должен располагаться ближе к поверхности материала, при этом определить оптимальную позицию антистатической щетки можно опытным путем с помощью кулонметра.
В качестве достоинств пассивных ионизаторов можно назвать низкую стоимость, высокую производительность (могут применяться в высокоскоростных машинах), а также простоту инсталляции и обслуживания. Недостатками пассивных ионизаторов являются необходимость установки на небольшом расстоянии от материала, вследствие чего затруднена обработка объектов сложной формы; необходимость периодической замены электродов; неполное удаление статического заряда (обычно на материале остается незначительный по величине заряд).
Активные ионизаторы генерируют коронный разряд, в результате которого вокруг эмиттера устройства образуется облако ионизированного воздуха. Для увеличения эффективности облако может направляться на требуемый участок обрабатываемого материала с помощью вентилятора или компрессора.
На базе коронаторов создаются ионизаторы разной конструкции: линейки, воздушные пушки, воздушные ножи и т.п. Линейки служат для обработки рулонных материалов и монтируются на небольшом расстоянии от полотна, воздушные пушки создают направленный поток ионизированного воздуха и могут устанавливаться на значительном расстоянии от обрабатываемого материала.
Активные ионизаторы характеризуются высокой надежностью, позволяют направленно подавать ионизированный воздух и обрабатывать объекты сложной формы, а также труднодоступные участки материала, причем возможно полное удаление статического заряда с обрабатываемой поверхности.
Ионизаторы должны устанавливаться в машине таким образом, чтобы заряд нейтрализовался непосредственно перед технологическим участком, в котором возможно возникновение разряда или иных проблем . Если на пути от ионизатора до такого технологического участка обрабатываемое полотно контактирует с лентоведущими роликами, электростатический заряд может снова появиться на его поверхности. В узкорулонных печатных машинах ионизаторы обязательно следует монтировать в рулонных установках и после устройства обработки полотна коронным разрядом; рекомендуется устанавливать их и между печатными секциями.
Системы нейтрализации электростатического заряда входят в состав устройств для очистки поверхности материала от загрязнений
Формирование электростатического заряда на обрабатываемом материале в большинстве случаев нежелательно, но из этого правила существуют и исключения. Иногда на поверхности материала, чтобы обеспечить плотное соединение нескольких полотен при кашировании или для временной фиксации на полотне листового материала (например, отрывных купонов), специально создается электростатический заряд. Помимо этого электростатика используется в системах позиционирования вплавляемых этикеток. Для создания электростатического заряда используются генераторы постоянного тока.