Hiện tượng tĩnh điện rất phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp, và nếu không được kiểm soát, nó có thể gây ra nhiều hậu quả nghiêm trọng như cháy nổ, hư hỏng linh kiện điện tử, giảm chất lượng sản phẩm và ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Trong bài viết này, Thái Quảng sẽ phân tích chi tiết về nguyên nhân, tác hại của tĩnh điện và các phương pháp hiệu quả để kiểm soát, khử tĩnh điện trong môi trường công nghiệp.
Ảnh hưởng của tĩnh điện trong các ngành công nghiệp
Tĩnh điện có thể gây ra nhiều tác động tiêu cực đến quá trình sản xuất và vận hành trong công nghiệp. Những ảnh hưởng này không chỉ làm giảm chất lượng sản phẩm mà còn có thể gây ra các vấn đề nghiêm trọng như cháy nổ, hư hỏng thiết bị và ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Cụ thể:
Nguy cơ cháy nổ do phóng tĩnh điện
Khi điện tích tĩnh điện tích tụ trên bề mặt vật liệu hoặc con người, nó có thể phóng ra dưới dạng tia lửa điện khi tiếp xúc với vật dẫn điện. Nếu tia lửa này xuất hiện trong môi trường có khí dễ cháy (như hơi xăng, khí hydro, bụi than,…) có thể gây ra cháy nổ.
Hư hỏng linh kiện điện tử
Các linh kiện điện tử như vi mạch, chip, transistor rất nhạy cảm với tĩnh điện. Khi một điện tích cao truyền qua các linh kiện này, nó có thể gây đoản mạch hoặc làm hỏng hoàn toàn vi mạch.
Mức điện áp chỉ cần từ 10V – 100V đã có thể làm hỏng những linh kiện nhạy cảm.
Giảm chất lượng sản phẩm
Tĩnh điện không chỉ ảnh hưởng đến các sản phẩm điện tử mà nó còn ảnh hưởng đến nhiều loại sản phẩm của các ngành công nghiệp khác. Điển hình có thể kể đến như:
– Ngành in ấn và bao bì: Khi giấy hoặc nhựa di chuyển qua máy in với tốc độ cao, tĩnh điện có thể làm giấy dính vào nhau, gây lệch bản in hoặc làm bụi bám vào bề mặt in, làm giảm chất lượng in ấn và gây lỗi sản xuất.
– Ngành nhựa và cao su: Trong quá trình ép nhựa hoặc sản xuất bao bì nhựa, tĩnh điện có thể làm các tấm nhựa dính vào nhau, gây khó khăn khi gia công. Bên cạnh đó, tĩnh điện cũng làm hút bụi vào sản phẩm, gây ảnh hưởng đến độ sạch và thẩm mỹ.
Tác động tiêu cực đến sức khỏe người lao động
Khi một người tích tụ điện tích tĩnh điện trên cơ thể và chạm vào vật dẫn điện (như tay nắm cửa, khung kim loại), điện tích có thể phóng qua da, gây sốc nhẹ.
Một cú sốc tĩnh điện có thể có hiệu điện thế từ 2.000V – 10.000V, đủ để gây khó chịu hoặc làm mất tập trung trong công việc.
Nguyên nhân xuất hiện tĩnh điện trong công nghiệp
Tĩnh điện hình thành do sự dịch chuyển của các điện tích trên bề mặt vật liệu và quá trình này xảy ra khi các vật liệu tiếp xúc, cọ xát, tách rời hoặc khi có sự ảnh hưởng từ môi trường xung quanh. Chúng ta có thể kể đến những nguyên nhân chính gây ra tĩnh điện trong các ngành công nghiệp như:
Ma sát giữa các vật liệu cách điện
Khi hai vật liệu tiếp xúc và ma sát với nhau, các electron có thể bị chuyển từ bề mặt này sang bề mặt khác.
Sau khi tách rời, một vật có thể mang điện tích dương, trong khi vật còn lại mang điện tích âm.
Đặc biệt, các vật liệu cách điện (nhựa, cao su, thủy tinh, giấy,…) thường dễ tích điện vì chúng không có khả năng dẫn điện để giải phóng điện tích dư thừa.
(*) Thực tế trong quá trình sản xuất linh kiện điện tử: khi các linh kiện nhựa hoặc màng film di chuyển qua băng chuyền, tĩnh điện có thể tích tụ do ma sát.
Tách rời hai vật liệu sau khi tiếp xúc
Khi hai vật liệu tiếp xúc với nhau trong một thời gian và sau đó bị tách ra, các electron có thể không được phân phối đều, dẫn đến sự tích tụ điện tích trên bề mặt. Hiện tượng này thường gặp khi bóc màng nhựa, giấy hoặc tách các tấm vật liệu ra khỏi nhau.
(*) Thực tế trong ngành bao bì: khi các tấm màng nhựa được tách rời khỏi cuộn, chúng có thể hút bụi và gây khó khăn trong quá trình in ấn.
Chất lỏng hoặc khí qua đường ống
Khi chất lỏng hoặc khí di chuyển qua đường ống, chúng có thể tạo ra ma sát với bề mặt bên trong của đường ống, dẫn đến sự hình thành tĩnh điện. Nó đặc biệt nguy hiểm trong ngành dầu khí và hóa chất vì tia lửa tĩnh điện có thể gây cháy nổ.
(*) Thực tế trong ngành công nghiệp sơn: khi sơn dạng lỏng chảy qua đường ống bằng nhựa hoặc cao su, tĩnh điện có thể tích tụ và làm ảnh hưởng đến quá trình phun sơn.
Các hạt rắn hoặc bột di chuyển
Khi các hạt bột (đường, bột mì, xi măng, nhựa…) di chuyển nhanh qua đường ống hoặc silo chứa, chúng có thể tạo ra ma sát với thành ống, gây ra tích tụ tĩnh điện.
(*) Thực tế trong các nhà máy sản xuất bột sữa, khi bột di chuyển trong ống kim loại hoặc nhựa, tĩnh điện có thể làm cho bột dính vào thành ống, gây tắc nghẽn hoặc phát sinh bụi dễ cháy nổ.
Nhiệt độ và độ ẩm của môi trường
Không khí khô làm tăng khả năng tích tụ điện tích vì nó làm giảm khả năng phân tán điện tích xuống đất. Khi độ ẩm cao, các phân tử nước trong không khí giúp dẫn điện tích ra khỏi bề mặt vật liệu, giảm hiện tượng tĩnh điện.
(*) Thực tế trong môi trường có độ ẩm thấp (dưới 30%), tĩnh điện dễ xuất hiện hơn, đặc biệt là vào mùa đông khi không khí khô. Bởi vậy, các nhà máy sản xuất linh kiện điện tử thường duy trì độ ẩm từ 40 – 60% để kiểm soát tĩnh điện.
Tiếp xúc với điện từ trường mạnh
Các thiết bị điện tử công suất lớn, máy biến áp, động cơ điện có thể tạo ra từ trường, làm dịch chuyển điện tích và gây ra tĩnh điện trên các bề mặt vật liệu gần đó.
(*) Thực tế trong nhà máy sản xuất vi mạch: nếu đặt thiết bị gần nguồn điện cao thế hoặc nam châm công suất lớn, vi mạch có thể bị hư hỏng do tác động của tĩnh điện và từ trường.
Con người và vật dụng cá nhân
Cơ thể con người cũng có thể là một nguồn phát sinh tĩnh điện do quần áo, giày dép hoặc tóc cọ xát vào nhau. Một người đi trên thảm hoặc sàn nhựa có thể tích tụ một lượng lớn điện tích và khi chạm vào kim loại, điện tích có thể phóng ra dưới dạng tia lửa.
(*) Thực tế khi một công nhân đi trên sàn nhựa mà không mang giày chống tĩnh điện có thể tích tụ đến 10.000V điện tích trên cơ thể. Khi chạm vào linh kiện điện tử, điện tích này có thể làm hỏng sản phẩm.
Các phương pháp chống và khử tĩnh điện trong công nghiệp
Để kiểm soát và loại bỏ tĩnh điện, chúng ta có thể áp dụng các phương pháp sau, tùy thuộc vào môi trường và đặc thù của từng ngành. Cụ thể:
Kiểm soát độ ẩm môi trường làm việc
Khi độ ẩm không khí thấp (dưới 30%), không khí trở thành chất cách điện, làm tăng khả năng tích tụ tĩnh điện trên bề mặt vật liệu.
Khi độ ẩm cao (40% – 60%), các phân tử nước trong không khí hoạt động như chất dẫn điện, giúp phân tán điện tích và giảm nguy cơ phóng tĩnh điện.
Chúng ta có thể sử dụng máy phun sương, máy tạo ẩm hoặc hệ thống kiểm soát độ ẩm tự động trong các nhà máy, phòng sạch và khu vực sản xuất điện tử để duy trì độ ẩm ở mức tối ưu. Tuy nhiên cần tránh độ ẩm quá cao (>70%), vì có thể gây ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm (như làm giấy, linh kiện điện tử bị ẩm mốc).
Sử dụng hệ thống nối đất
Nối đất nhằm tiêu tán điện tích một cách an toàn, ngăn chặn tích tụ điện tích trên thiết bị và con người.
Nối đất cho thiết bị và bề mặt làm việc như bàn thao tác, băng chuyền, khung máy, thùng chứa cần có hệ thống dây nối đất. Có thể sử dụng dây đồng hoặc thép mạ kẽm để nối đất (điện trở <1 MΩ).
Nối đất cho con người như dùng dây đeo cổ tay chống tĩnh điện kết nối với hệ thống tiếp đất. Hoặc sử dụng giày chống tĩnh điện kết hợp với thảm nối đất để tiêu tán điện tích cơ thể.
Bên cạnh đó, đừng quên sử dụng thiết bị đo điện trở nối đất để kiểm tra định kỳ nhằm đảm bảo hệ thống luôn hoạt động ổn định, tránh bị đứt hoặc gỉ sét.
Dùng vật liệu và thiết bị chống tĩnh điện
Mũ chống tĩnh điện giúp kiểm soát tĩnh điện trên tóc và đầu.
Quần áo chống tĩnh điện được làm từ vải có sợi carbon hoặc sợi dẫn điện giúp tiêu tán điện tích.
Găng tay chống tĩnh điện ngăn chặn tĩnh điện từ bàn tay khi thao tác với linh kiện.
Giày chống tĩnh điện và dép chống tĩnh điện giúp tiêu tán điện tích cơ thể xuống đất.
Ghế chống tĩnh điện được thiết kế với phần chân có tiếp xúc nối đất để tiêu tán điện tích từ cơ thể người dùng.
Thảm chống tĩnh điện được làm từ vật liệu dẫn điện, giúp phân tán điện tích xuống đất.
Túi chống tĩnh điện dùng để đóng gói và vận chuyển linh kiện điện tử.
Sử dụng thiết bị khử tĩnh điện
Máy phát ra các ion âm và dương để trung hòa điện tích trên bề mặt vật liệu. Có các loại phổ biến như: Thanh thổi ion gắn trên băng chuyền, máy in, máy cắt; Quạt thổi ion dùng trong phòng sạch, khu vực thao tác thủ công; Súng thổi ion dùng để làm sạch bề mặt sản phẩm trước khi lắp ráp;…
Dùng hóa chất chống tĩnh điện
Dùng sơn hoặc hóa chất chống tĩnh điện để phủ lên bề mặt (bàn làm việc, sàn nhà, thùng chứa, màng nhựa,…) để giảm khả năng tích tụ điện tích.
Dùng dung dịch xịt chống tĩnh điện để xịt lên quần áo, ghế, sàn hoặc linh kiện nhựa nhằm giảm tích tụ tĩnh điện.
Cuối cùng, chống và khử tĩnh điện là một việc quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, và nó vô cùng quan trọng trong ngành điện tử, hóa chất, dầu khí và sản xuất nhựa. Hãy áp dụng các phương pháp phù hợp như kiểm soát độ ẩm, nối đất, sử dụng thiết bị khử tĩnh điện và chống tĩnh điện để giúp giảm thiểu rủi ro và tối ưu hóa quy trình sản xuất cho doanh nghiệp.
Những bài viết liên quan mà bạn có thể quan tâm:
- ESD xuất hiện ở đâu? Và các hiện tượng ESD trong tự nhiên
- Kiểm soát ESD và các bước đo kiểm ESD hàng ngày
- Cách khử tĩnh điện trên người hiệu quả