Statische Aufladung ist bei der Verarbeitung von Materialien unvermeidlich. Obwohl eine fein abgestimmte Aufladung in einigen Prozessen nützlich sein kann, ist sie in vielen Situationen schädlich.
Was verursacht statische Elektrizität bei der Verarbeitung? Und wie können Sie die negativen Auswirkungen reduzieren und die Qualität Ihres Produkts verbessern?
Ursachen für statische Aufladung bei der Verarbeitung
Alle Materialien bestehen aus Atomen. Der Atomkern besteht aus Neutronen und Protonen (positiv geladen), deren Anzahl die Art des Materials bestimmt. Um diesen Kern kreisen negativ geladene Elektronen, die die elektrische Ladung der Protonen ausgleichen. Ist die Anzahl der Protonen und Elektronen gleich, ist das Material neutral und nicht statisch geladen.
Sobald aber Stoffe miteinander in Kontakt kommen, können sie Elektronen austauschen. Wenn das passiert, ist die Anzahl der Protonen und Elektronen nicht mehr gleich, und das Material wird statisch geladen. Dies zeigt sich durch eine Anziehungskraft, eine Art unsichtbare Adhäsion. Warum ist das so? Das statisch gewordene Material versucht, das Gleichgewicht wieder herzustellen.
Faktoren, die den Grad der statischen Aufladung bestimmen
Was bestimmt den Grad des Austauschs und die daraus resultierende Ladung? Unter anderem die Eigenschaften des Materials. Die Triboelecktrische Reihe stellt die Reaktion von Materialien bei Kontakt dar. Sie gibt an, wie leicht ein Material Elektronen abgibt. Je weiter die Materialien in der Reihe voneinander entfernt sind, desto mehr ziehen sie sich gegenseitig an.
Auch die Oberfläche eines Materials (Dimension, Rauheit, Beschichtung) beeinflusst den Grad des Austausches. Zum Beispiel tauschen sehr glatte Oberflächen leichter Elektronen aus als raue Oberflächen.
Auch Umweltfaktoren wie die Luftfeuchtigkeit spielen bei der statischen Aufladung eine Rolle. Dies erklärt, warum bei Frost, wenn die Luft trocken ist, viel mehr statische Aufladung vorhanden ist. Feuchte Luft ist leitfähiger und kann daher überschüssige Ladungen aufnehmen.
Vor allem der Grad der Berührung ist ein wichtiger Faktor bei der Entstehung statischer Aufladung: Je höher der Druck bei der Berührung und je schneller die Ablösegeschwindigkeit, desto größer ist der Austausch von Elektronen. In der verarbeitenden Industrie führt der Kontakt mit elektrisch geladenen Objekten – Maschinen, Walzen, Walzwerke – zur statischen Aufladung von Materialien, die oft mit hoher Geschwindigkeit durchlaufen werden.
Was passiert, wenn das Material statisch aufgeladen ist
Wenn ein Elektronenaustausch stattfindet, versucht das Atom, die Ladung wieder auszugleichen. In einem leitfähigen Material wie Stahl können sich die Elektronen frei bewegen, um eine Ladung zu neutralisieren. Eine gute Erdung leitet jeden Überschuss ab.
Aber in nicht leitenden Materialien oder Isolatoren wie Papier, Kunststoff oder Holz geschieht das Gegenteil. Die Elektronen können sich in diesen Materialien nicht frei bewegen, sodass das Material die statische Ladung so lange hält, bis es in Kontakt mit einem Leiter kommt oder bis sich das Elektronenungleichgewicht wieder ausgleicht. In der Papierherstellung kann man dies nach dem Wickelvorgang deutlich sehen, wo in gelagertem Papierrollen noch nach Jahren statische Aufladung gemessen wird.
Was bedeutet statische Aufladung für Ihren Verarbeitungsprozess und die Qualität Ihres Produkts?
Solange das Substrat statisch aufgeladen ist, übt es seine charakteristische Anziehungskraft aus. Bei einigen Prozessen kommt diese Anziehungskraft zum Tragen. Zum Beispiel beim Laminieren oder beim Stapeln.
Aber bei der Weiterverarbeitung von Materialien — Papier, Karton, Kunststoff — führen die statische Aufladung und die daraus resultierende Anziehungskraft zu Problemen wie:
- Verklemmung oder Fehleinzug des Substrats
- Explosionsgefahr
- Anziehung und Rückhaltung von Staub und Verunreinigungen aus der Umgebung
Bei einem Stau oder Fehleinzügen wird sofort klar, dass das Substrat statisch aufgeladen ist, man ergreift sofort Maßnahmen. Und in einer Umgebung, in der Explosionsgefahr besteht, gibt es strenge Sicherheitsvorkehrungen.
Aber Nummer drei, die Anziehung von Staub und Partikeln aus der Umgebung, wird möglicherweise nicht rechtzeitig erkannt, was zur Folge hat:
- schlechter Bedruckbarkeit (Butzen oder Partisanen)
- einer ungesunden Arbeitsumgebung
- Schlecht haftende Etiketten oder Klebebänder
Wie Sie in unserem Artikel über die nachteiligen Folgen von Staub in Verarbeitungsprozessen lesen können, ist es klar, dass Sie die statische Aufladung und ihre Folgen kontrollieren müssen. Welche Maßnahmen gibt es also?
Wie können Sie die statische Aufladung während der Verarbeitung kontrollieren und die daraus resultierenden Schäden reduzieren?
Wie können Sie die statische Aufladung während der Verarbeitung kontrollieren und die daraus resultierenden Schäden reduzieren?
Was können Sie tun, um statische Aufladung während des Verarbeitungsprozesses zu reduzieren und die negativen Auswirkungen zu begrenzen? Ein Schritt besteht darin, leitfähige Materialien und Geräte zu erden. Dadurch wird der Austausch von Partikeln während des Verarbeitungsprozesses eingeschränkt. Sorgen Sie außerdem für eine angemessene Luftfeuchtigkeit und halten Sie die Produktionsumgebung sauber.
Denken Sie jedoch daran, dass eine vollständige Beseitigung statischer Aufladung nicht möglich ist. Beim Schneiden, Aufwickeln usw. entstehen ständig Staub und Fasern, die aus dem Material selbst stammen. Bis zum Ende des Verarbeitungsprozesses tauscht das Substrat weiterhin Elektronen aus und zieht Staub an, und zwar so lange, wie es in Bewegung ist.
Um ein sauberes Produkt zu liefern, ist es notwendig, diesen Staub zu entfernen. Das heißt, bevor er aufgerollt oder zwischen den Bögen gestapelt wird. Um eine gründliche Entstaubung zu erreichen, hat Weducon das HE-Bahnreinigungssystem entwickelt, ein ausgeklügeltes System aus Ionisierung, Absaugung und Filtration. (Lesen Sie hier eine ausführliche Erläuterung des Weducon-Reinigungsprinzips).
Die Ionisierung (eine Wolke aus negativen und positiven Ionen) gleicht die negativ oder positiv geladenen Atome aus. Dies hebt die statische Aufladung des Substrats auf. Das ist notwendig, weil durch die Anziehungskraft des bewegten Substrats eine undurchlässige Grenzschicht entsteht, die Staub und Verunreinigungen mit sich führt. Durch die Ionisierung wird die Luftschicht durchbrochen, woraufhin der Reinigungsprozess beginnt. Nach dem Durchlauf durch den Bahnreiniger ist das Substrat sauber. Der entfernte Staub gelangt nicht in die Produktionsumgebung, sondern wird in einem selbstreinigenden Filter aufgefangen.
Es ist klar, dass jeder Verarbeitungsprozess zu einer statischen Aufladung von Substraten führt. Aber es gibt Maßnahmen, die schädliche Folgen verhindern. Sprechen Sie mit uns über Ihren Produktionsprozess; wir helfen Ihnen gerne, die richtige Lösung für einen sauberen, ungehinderten Produktionsprozess zu finden.
