導(dǎo)靜電環(huán)氧地坪

導(dǎo)靜電型地坪功能材料的應(yīng)用研究2010-10-299:48:00【字體：大中小】【打印】【關(guān)閉窗口】1引言即使是最細微的移動，也會產(chǎn)生并累積靜電。一般而言，靜電的釋放并不被人所察覺（人體只能感知超過1000V的靜電電壓）。但對于電腦等電子產(chǎn)品生產(chǎn)區(qū)域中的電子原器件而言，10V靜電的釋放就有可能導(dǎo)致該器件被擊穿，從而釀成巨大的損失。而這時若不借助于專業(yè)的檢測設(shè)備，人體恐還未有感知。在很多倉儲或溶劑處理區(qū)域，無論是用于加工還是用于清潔，都存在著形成爆炸性蒸氣/空氣混合物的危險，靜電的釋放有可能致使這種混合物爆炸。據(jù)中國石化總公司提供的統(tǒng)計資料顯示，近10年國內(nèi)發(fā)生的20多起大的石油化工靜電災(zāi)害中，因靜電引起的火災(zāi)事故就有8起。同樣，在處理或加工過程中產(chǎn)生有機粉末的地方，也存在著形成爆炸性粉末/空氣混合物的危險。靜電若不及時釋放亦能導(dǎo)致爆炸的發(fā)生。地坪由于經(jīng)常受摩擦容易積聚大量靜電荷，從而妨礙安全生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量。防靜電地坪涂料能賦予地坪導(dǎo)電性以消除靜電的危害，作為一種功能性地坪涂料，在國外，是20世紀(jì)90年代初才提出來的，主要基于精密電子、電腦、通訊等行業(yè)的發(fā)展。目前對電子、微電子、通訊、計算機、精密儀器和航天航空等高新技術(shù)工業(yè)廠房地坪的防靜電等級要求越來越高，國家環(huán)境法規(guī)也越來越嚴(yán)。這對防靜電地坪的發(fā)展提出了更高的要求，特別是隨著世界工廠的轉(zhuǎn)移，以及電子行業(yè)的飛速發(fā)展，與之配套的相關(guān)產(chǎn)品必須滿足要求。如ABB電器、西門子、中芯國際、Sony、捷普等著名電子行業(yè)逐步在中國推廣，它們的設(shè)計方案和要求直接從國外轉(zhuǎn)移進來，目前的國標(biāo)、行標(biāo)已不能滿足配套需求。根據(jù)眾多電子行業(yè)的設(shè)計要求和ASTMF150-98（美國材料與試驗協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)）導(dǎo)電及靜電耗散型彈性地板電阻

的測試法，開發(fā)出具有國內(nèi)領(lǐng)先地位的導(dǎo)靜電型環(huán)氧樹脂地坪涂料及涂裝工藝，并大量應(yīng)用于電子行業(yè)和滿足

航空航天要求。2導(dǎo)靜電地坪涂料的組成添加型導(dǎo)靜電地坪涂料的主要組成：基料、導(dǎo)電材料、溶劑和其它助劑。在材料組成中，基料（包括環(huán)氧樹脂、固化劑）和導(dǎo)電材料的選擇應(yīng)用，在設(shè)計效果中起到至關(guān)重要的作用，因此本課題主要對基料、導(dǎo)電材

料的應(yīng)用做了較詳細的驗證說明。樹脂的選擇和應(yīng)用

環(huán)氧樹脂涂料對于金屬、混凝土、木材、玻璃等均有優(yōu)良的附著力，這是由于其分子中含有極性的羥基、

醚鍵等，即使?jié)駥褚灿幸欢ǖ母街Ｓ行渲ㄈ绮伙柡途埘ィ┕袒瘯r體積收縮達11%，產(chǎn)生高內(nèi)應(yīng)力，降低

了附著力。環(huán)氧樹脂固化時體積收縮僅為2%左右，而且環(huán)氧分子中的醚鍵分子鏈柔軟便于旋轉(zhuǎn)，可消除內(nèi)應(yīng)

力，所以附著力高。環(huán)氧樹脂中含有親水的羥基和醚鍵，加上固化劑中的胺基，它們都會影響涂膜的耐水性，

但該樹脂中的雙酚A鏈段則有疏水性，2個苯環(huán)的剛性屏蔽了羥基和醚鍵，保證了整體漆膜的耐水性。固化后

的環(huán)氧樹脂的玻璃化溫度較高，有利于其耐水性。環(huán)氧樹脂分子中沒有酯鍵，耐堿性優(yōu)良。在腐蝕微電池的陰

極部位呈堿性，普通油脂系漆或醇酸漆極易被皂化破壞。可以說環(huán)氧樹脂具有優(yōu)良防腐蝕涂料所必須具有的耐

堿性和附著力（見圖1），是目前應(yīng)用最為廣泛的地坪涂料用樹脂。為此選用的是一種改性的液體環(huán)氧樹脂BYD-7201（環(huán)氧當(dāng)量169?178,黏度4?20Pa?s/25°C）。BYD-7201是丙烯酸改性的雙酚A型液態(tài)環(huán)氧樹脂，其固化后具有較高的交聯(lián)密度和優(yōu)異的防腐蝕性能，特別適用于具有防腐蝕和防靜電要求的場合。

粘接性HH＜：H祐按件 時熱性及剛性?紺兩蝕性粘接性HH＜：H祐按件 時熱性及剛性?紺兩蝕性—.二:H二 HI：HT：.HCHi CH.粘壓性 時腐驚性ifimmSn圖1環(huán)氧樹脂分子結(jié)構(gòu)示意固化劑的選擇環(huán)氧樹脂配以不同的固化劑可獲得不同性能的涂層。固化劑主要有以下幾種：①脂肪胺及改性脂肪胺。能在室溫固化，黏度低，但因其極易吸潮，漆膜會發(fā)白、縮孔，且與空氣中的C02反應(yīng)，在膜面上生成氨基甲酸鹽。②芳香胺。耐化學(xué)品、耐溫性較好，但固化緩慢，需催化劑。③聚酰胺?？墒覝毓袒?，撓性較好，可水下施工，但耐溶劑性不及多元胺。④環(huán)氧樹脂與多元胺的加成物。能室溫固化，毒性較低。分為現(xiàn)場加成物和提凈加成物，后者性能較好。⑤酚醛胺。固化迅速，在寒冷季節(jié)最為適宜。此固化劑中的苯酚呈弱堿性，能催化環(huán)氧基與胺的反應(yīng)。在這方面美國卡德萊公司生產(chǎn)的固化劑較適用。他們用腰果殼油制得腰果酚，生產(chǎn)出一系列酚醛胺固化劑，這種體系既有低相對分子質(zhì)量脂肪胺體系的硬度和優(yōu)良的抗化學(xué)腐蝕性能，又有低相對分子質(zhì)量聚酰胺體系的快速固化和優(yōu)良的附著力。更重要的是，這種體系對涂裝表面的處理要求不高，有輕度的銹蝕仍然能正常施工，而且可不添加含重金屬的防腐顏料就能達到重防腐涂料的防腐性能要求。形成了低表面處理、單一配方一年四季都能快速重涂的、高效的厚漿型環(huán)氧樹脂重防腐體系。為此在導(dǎo)靜電防腐地坪體系中選用卡德萊的NX-5198作為中底涂的固化劑，選用自制改性脂環(huán)胺固化劑作為面涂層固化劑，該固化劑能很好地滿足對導(dǎo)靜電防腐地坪體系的性能要求。試驗結(jié)果見表1?3。表1常用胺固化劑性能比較

性能脂肪股脂肪胺擁成物指壞胺脂環(huán)S?加成物聚騎S芳香胺酚醛骰XX5108色澤較淺較課較深較低低較低較高較咼適中適舟期短短較短較短K長固址謹率快較快較快較饒較慢較快流平性軟差股好好較好較軒骰好奸好好好好涂層油鈦泛自「朽好e?=較好粘接性_骰-般較好較好好好較妊麴性峻差較差—陋一般好奸一般耐化學(xué)品性憂憂優(yōu)ffi艮良tt抗沖擊性差差F_殷奸一殷熱化期熟化30min不必匙化不必熟化不必熟化30min稍熟憶箱熟化施工性能差一般較奸較好好好好注：導(dǎo)靜電底漆中環(huán)氧樹脂與各種胺類固化劑性能比較。表2自制改性脂環(huán)胺固化劑與各種常規(guī)固化劑性能比較性能自制改性脂環(huán)胺固化列脂肪腔聚酰胺酚醛胺聚氧酯耐水性憂一般良_噩_殽耐醸堿性憂憂良憂低滾固化憂一殿差憂差擁脂相容性憂一飽差憂_般毒性低高高漆膜韌性良差擾差憂表3自制改性脂環(huán)胺固化劑與美國ANCAMINE1618防腐性能比較性能自制改世脂壞暄固化劑帰Elbira水0350腐1WS氧化鈉溶股0.200.436250.353K鹽水0240.71m醋酸謬液1.434.45i(n藍醱謬槪0.251.121啜硫龍落啟0360.56加費硫酸溶液晌0,74甲醇濬脹乙酹L794.56注：按理論配比與E51環(huán)氧樹脂混合好后，涂刷于馬口鐵片上，室溫固化7d;干膜厚度為100?150“m;

室溫下浸泡于上述試劑中，4周后測增重百分率。防靜電材料的選擇導(dǎo)電材料可以是無機材料，也可以是高分子抗靜電劑。添加不同的導(dǎo)電材料，其導(dǎo)電機理是不相同的。對

于前者，導(dǎo)電涂料形成涂膜后，導(dǎo)電填料之間彼此接觸產(chǎn)生“導(dǎo)電通道”，形成連續(xù)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，或者彼此靠近，

由于“隧道效應(yīng)”，電子越過勢壘，形成電子流通網(wǎng)絡(luò);而抗靜電劑則是由于親水性基團在涂層表面的空氣中

定向排列，吸附空氣中的水分子在涂層表面形成一層均勻分布的水膜，或自身離子化，來傳導(dǎo)表面靜電荷，達

到消除靜電的目的。添加型防靜電地坪涂料工作原理見圖2。圖2添加型防靜電地坪涂料工作原理無機導(dǎo)電材料涂料又分為：碳系導(dǎo)電涂料、金屬粉末系導(dǎo)電涂料(如鋅粉及銀粉漆)及淺色復(fù)合導(dǎo)電涂料等。目前，可以用于涂料抗靜電的材料主要有炭黑、氧化鋅、云母等，這些材料在實際應(yīng)用過程中多少都存在局限，

而且，用來生產(chǎn)的涂料顏色過于單一，難以生產(chǎn)淺色的涂料或是明亮度要求較高的涂料。本試驗課題中選用復(fù)合納米級氧化鋅晶須(ZnOw)作為涂料體系的主抗靜電填料，該材料基本上呈白色，只需要加入少量彩色顏料即可實現(xiàn)涂料色彩的多樣性，制成明快的淺綠、淡藍等一系列淡色調(diào)，符合豐富的個性

化、明快化、效率化色彩選擇的潮流。納米級ZnOw是四針狀晶須結(jié)構(gòu)，是一種長徑比大于10的四針狀單晶體微纖維材料，每根針的長度為5?300pm,根部直徑0.1?lO.Opm。ZnOw的主要結(jié)構(gòu)和性能特點：①特有的空間立體四針狀結(jié)構(gòu)。4根針從同一中心發(fā)出，向空間三維方向展出，模量達到3.5X105MPa,這是單晶體所特有的強度和高模量;②白色性。ZnOw宏觀為白色粉體，本身沒有發(fā)色性，不會由于該晶須的加入而改變復(fù)合材料及其制品的顏色;③耐高溫性能。該晶須在1700°C以下不發(fā)生任何變化，到1700C開始升華;④壓電和抗靜電性能。這些特性全部或部分組合在一起，對材料和制品的綜合性能有極大的提高，并賦予材料一些特殊功能，如高分子材料抗靜電、耐磨、防滑、減振、降噪、微波吸收、陶瓷抗碎裂及復(fù)合材料增強等。ZnOw具有四針狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)其分散到基材中時，形成非常有效的導(dǎo)電通道（三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)）。與其它粒狀填

料相比，賦予導(dǎo)電性所需的填料用量極少。因此，可在不失去材料原有性質(zhì)的條件下獲得永久導(dǎo)電性。試驗選

用四針狀ZnOw和導(dǎo)電云母粉。復(fù)合使用了新型四針狀ZnOw和納米技術(shù)包裹導(dǎo)電云母粉作為導(dǎo)電填料。由于導(dǎo)電云母粉是采用納米技術(shù)在云母表面包裹一層或幾層納米導(dǎo)電物質(zhì)復(fù)合而成的，其粉體電阻率可以達到100Q?cm。ZnOw則具有獨特的立體四針狀結(jié)構(gòu)，分散到體系中形成非常有效的三維網(wǎng)狀導(dǎo)電通道，因而所需添加量遠小于球形或片狀填料;并且其導(dǎo)電性是電子傳導(dǎo)，穩(wěn)定性高，兩者復(fù)合使用，發(fā)揮協(xié)同作用，比各自單獨使用導(dǎo)電效果更優(yōu)。導(dǎo)電材料添加量對導(dǎo)電性能的影響表4為ZnOw的用量對環(huán)氧地坪涂料導(dǎo)電性能的影響。表4ZnOw的用量與漆膜電阻的關(guān)系序號ZnO■用?%漆膜電阻血1 o 1.1x10"25310(45-6^|xKr415(5.3-S.7)xi(r520(1.7-15)xlOT625i130(LI注：漆膜固化48h,測試環(huán)境溫度為25C，濕度為50%。測試儀器：①數(shù)字兆歐表：PC27-7H防靜電工程

專用儀表;②電極：2只，銅質(zhì)，表面鍍鉻，圓柱型，063mm,2.5kg，測試方法：測試電壓為100V，極化時間

為10s，電極間距為30cm。對上面第5號配方進行電鏡掃描，見圖3。說明：ZnOw復(fù)合導(dǎo)電材料在環(huán)氧樹脂漆膜中呈現(xiàn)立體網(wǎng)狀分布，導(dǎo)電材料分布均勻，導(dǎo)電性穩(wěn)定一致,

達到設(shè)計要求：靜電電阻保持在(2.5X104)?(1.0X106)Q。影響導(dǎo)電性接觸電阻的因素漆膜表面電阻可按圖4進行計算。電極R4防靜電面漆-導(dǎo)電底漆電極電極R4防靜電面漆-導(dǎo)電底漆電極圖4電阻計算示意R表面=2(R1+R2)+R3式中：R1 連接電阻：導(dǎo)靜電面漆中導(dǎo)電材料連接底層與面層的電阻；R2 接觸電阻：單位面積中，一定數(shù)量的導(dǎo)電材料與導(dǎo)電底漆中的導(dǎo)電炭黑相接觸產(chǎn)生的電阻;R3 底層電阻：涂面漆后的導(dǎo)電底層電阻；R4 底漆電阻：未涂面漆的導(dǎo)電底層電阻。因?qū)щ姴牧系碾娮璞旧砗苄?，在面漆厚度一定的情況下，R1近似于導(dǎo)通。因此上述公式可簡化為：R表面=2R2+R3⑴試驗

導(dǎo)靜電面漆：ZnOw復(fù)合導(dǎo)電材料添加量為20%，施工厚度為1mm;導(dǎo)電底漆：施工厚度為0.15mm;測試方法見圖5(100V)，測試結(jié)果見表5~7。圖5測試方法示意表5打磨前用指針直接測電阻1.0X104Q表6打磨前用指針直接測電阻1.0X105Q編號編號04.0x152.0x1a112.0x162.0x10'272.0x1073g4LOxlO69S.Oxltf表7打磨前用指針直接測電阻1.0X107Q編號Uy/Q編號0I.OxlO951627Z0x](Y3845.0x10s9⑵討論導(dǎo)電底漆的電阻小于104Q時，接觸電阻基本在105Q左右（穩(wěn)定狀態(tài)）。導(dǎo)電底漆的電阻在105Q時，接

觸電阻在106~109Q（不穩(wěn)定狀態(tài)）。導(dǎo)電底漆的電阻在106Q時，接觸電阻基本上在109Q以上。上述現(xiàn)象可

從導(dǎo)電底漆的微觀結(jié)構(gòu)來解釋：在導(dǎo)電底漆中，粉末狀的導(dǎo)電炭黑彼此之間被一層薄薄的樹脂所間隔。而此層

樹脂的厚度和顏基比決定了導(dǎo)電底漆的表面電阻，厚度越薄導(dǎo)電底漆的表面電阻就越低。厚度越大，接觸電阻

就越大，穩(wěn)定性就越差。影響R3底層電阻的因素導(dǎo)電底漆的厚度越厚，R3越接近R4。超過0.1mm時，R3不受面漆影響。試驗：將導(dǎo)電底漆涂覆在聚酯薄膜上，涂覆不同的次數(shù)，然后涂相同的面漆，并保持施工厚度一致。待漆

膜干后，將制成的樣板從聚酯薄膜上分開，測反面的電阻。測試數(shù)據(jù)見表8，繪圖表示見圖6。表8未打磨前（R4=1.0X104Q）測試數(shù)據(jù)涂覆次數(shù)1234R^/(lLOxlO72.0xltf40x10^l.0xl0J底漆電阻底漆厚度圖6底漆厚度和底漆電阻的關(guān)系底漆導(dǎo)電性是通過打磨獲得的：如R4是從109Q，經(jīng)打磨后變成103Q。涂面漆后，R3會上升到打磨前的狀態(tài)109Q。2.4結(jié)果與討論2.4.1導(dǎo)電底漆從表面電阻的計算公式可知，要獲得穩(wěn)定的、可控制的表面電阻，導(dǎo)電底漆電阻R4起到了關(guān)鍵性的作用。不但要使接觸電阻(R2)穩(wěn)定，還要使底層電阻(R3)能夠控制在一定的范圍內(nèi)。對于無溶劑導(dǎo)靜電型地坪應(yīng)為104?106Q第一層導(dǎo)電層的表面電阻(R4)應(yīng)控制在1.0X104Q左右(未打磨前，用指針直接測量)。這樣在涂面漆后可獲得表面電阻在105Q左右，可實現(xiàn)(2.5X104)?(1.0X106)Q。導(dǎo)電材料添加量

增加導(dǎo)電材料的添加量，接觸電阻的穩(wěn)定性會提高，但與表面電阻的下降無關(guān)。面漆施工厚度面漆厚度的增加，嚴(yán)重的會使導(dǎo)電材料連接底層與面層的R1變大，達不到導(dǎo)靜電設(shè)計要求。分散選用超聲處理和以丙酮為助劑的方法進行納米粉末和硅烷偶聯(lián)劑的混合，利用超聲波的能量擊碎團聚的納米顆粒，同時讓硅烷偶聯(lián)劑和納米顆粒進行作用，為納米粉末在環(huán)氧樹脂中均勻分散并同環(huán)氧樹脂良好地結(jié)合打好基礎(chǔ)。在進行超聲處理的同時進行了機械攪拌，防止納米ZnOw粉末沉淀。超聲的作用時間選定為lh。涂層結(jié)構(gòu)設(shè)計及分析導(dǎo)靜電地坪涂層結(jié)構(gòu)由底涂絕緣層、防靜電底涂層、防靜電接地系統(tǒng)網(wǎng)、導(dǎo)電砂漿層和防靜電面層組成，見圖7。導(dǎo)靜電面漆層辱靜電膩子繪導(dǎo)電底漆 導(dǎo)電銅箔 基面圖7導(dǎo)靜電地坪結(jié)構(gòu)示意底涂絕緣層是由低相對分子質(zhì)量的環(huán)氧樹脂組成，具有優(yōu)良的滲透性，對水泥基面可進行加固處理，提高

基面的抗壓強度。施工時對水泥潮濕度的容忍性非常高，不會影響層間的附著力。防靜電底涂層采用的是環(huán)氧防靜電底漆和低處理表面適用的腰果殼油改性的固化劑。這一層既能對混凝土

和找平層基面起加固作用，增強基面的抗壓和拉伸強度，又提高了地坪的整體防腐性能和防靜電效果。防靜電

接地系統(tǒng)網(wǎng)由接地銅網(wǎng)（固定在油漆內(nèi)的網(wǎng)狀導(dǎo)電體）、接地干線（銅網(wǎng)與接地體之間的連接線）和接地體（大地

電極）組成。設(shè)計符合ANSIESDS20.20—1999《保護電氣和電子器件、組件及設(shè)備，靜電放電控制大綱》中接

地電阻小于1Q的規(guī)定，其大地電極體可以是環(huán)形接地體、水平輻射接地體、垂直棒（管）組接地體和金屬板接

地體的任一種。這一部分能保證地坪的靜電泄露具有良好的永久性通道，保證整個防靜電地坪系統(tǒng)對防止靜電

積累起到關(guān)鍵的作用。施工工藝⑴基面處理：打磨、清掃，修補裂縫。⑵底涂絕緣層。⑶涂導(dǎo)靜電封閉底漆。用環(huán)氧導(dǎo)靜電底漆進行封閉施工。⑷貼銅箔。①用寬10?20mm、厚0.03?0.08mm的導(dǎo)電銅箔，按（2?5）mX（2?5）m網(wǎng)格狀粘貼于基層地面。對于小于5mX5m開間的地面，將銅箔條鋪設(shè)成“十”字狀，十字交叉點位于房間中心位置。②用導(dǎo)電膠將銅箔粘貼在涂覆好底漆的基層地面上，銅箔粘貼應(yīng)平整、牢固。銅箔交叉處也應(yīng)用導(dǎo)電膠粘穩(wěn)?？墒褂孟鹉z軋輥從銅箔條中心部位向兩端碾展。③銅箔與接地端子連結(jié)處應(yīng)用錫焊接或用鍍鋅螺栓壓接牢固。④用乙酸乙酯溶液將銅箔上的浮膠清洗干凈。⑸刮涂導(dǎo)電砂漿。使用防靜電底漆和石英砂混合均勻刮涂導(dǎo)電砂漿層，并保證導(dǎo)電砂漿層電阻小于2.5X104Q。⑹打磨。每刮一層砂漿層，待其完全固化后，視平整度決定是否打磨。如需打磨，可用吸塵打磨機或角磨機打磨，要求打磨后的砂漿面平實、無突起，打磨完畢后徹底清理干凈。⑺刮涂導(dǎo)電膩子。使用導(dǎo)靜電底漆和滑石粉混合均勻刮涂導(dǎo)電膩子層2遍。⑻鏝涂導(dǎo)靜電自流平面漆。要求面漆表面電阻及體積電阻均小于1.0X106Q，符合ASTMF150-98美國材

料與試驗協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)《導(dǎo)電及靜電耗散型彈性地板電阻的測試方法》，導(dǎo)電地面依照8.1.1或8.2.1測試所得的平均電阻在(2.5X104)~(1.0X106)Q。⑼養(yǎng)護地坪。養(yǎng)護地坪7d以得到最佳性能效果。養(yǎng)護期間禁止走動。接地裝置根據(jù)檢測，導(dǎo)靜電工業(yè)地坪的表面電阻和體積電阻在(2.5X104)?(1.0X106)Q，在導(dǎo)靜電工業(yè)地坪上走過的人的身上產(chǎn)生的電勢遠遠低于其它地坪系統(tǒng)。要保證導(dǎo)靜電地坪