Kunststoffbefestigungen und die Gefahr statischer Elektrizität

Wenn Kunststoffverschlüsse aneinander oder an der Plastiktüte, in der sie aufbewahrt werden, reiben, entsteht eine statische Aufladung. Diese Tatsache überrascht Sie wahrscheinlich nicht, da fast jeder mit der alltäglichen Realität der statischen Elektrizität vertraut ist.

Die meisten von uns werden elektrostatische Entladungen (ESD) als „Schock“ erkennen, den wir beim Laufen über einen Teppichboden bekommen und Berühren einer Metalltürklinke. Wir alle haben die statische Anhaftung an einem Kleidungsstück aus dem Trockner erlebt. Die atmosphärische Entladung statischer Elektrizität ist die wissenschaftliche Erklärung für den Blitz.

Warum ist statische Elektrizität für Kunststoffteile so gefährlich? Wenn Kunststoffkomponenten aufgeladen werden, werden Schmutzpartikel wie Staub, Plastikteile, Haare, Schneidöle und andere Ablagerungen von der Ladung angezogen. Partikel auf Kunststoffteilen verursachen Probleme in Situationen wie medizinischen Anwendungen, Elektronik- und Halbleiterfertigung, um nur einige zu nennen. Aufgrund der statischen Aufladung werden die Partikel durch kein normales Waschen, Blasen oder Sieben der Teile entfernt. Die einzige Möglichkeit, die Kunststoffverschlüsse zu reinigen, besteht darin, die Ladung freizugeben und die Partikel zu befreien. Um diese Aufgabe zu erfüllen, wurden Vorrichtungen zur elektrostatischen Entladung (ESD) entwickelt. Um zu verstehen, wie diese Werkzeuge funktionieren, müssen wir zunächst die statische Elektrizität genauer untersuchen.

Beginnen wir mit der Struktur eines Atoms. In der Mitte jedes Atoms befindet sich ein Atomkern. Es besteht aus zwei Arten von Teilchen, Protonen und Neutronen. Um den Kern kreisen Elektronen. Während der Kern im Vergleich zu den umlaufenden Elektronen sehr groß ist, ist der größte Teil des Atoms leerer Raum.* Protonen, Neutronen und Elektronen haben alle eine elektrische Ladung. Protonen haben eine positive (+) Ladung, Elektronen eine negative Ladung (-) und Neutronen haben keine Ladung, wodurch sie neutral sind. Die Ladung eines Protons ist gleich der Ladung eines Elektrons. Enthält ein Atom die gleiche Anzahl an Protonen und Elektronen, hat das Atom eine neutrale elektrische Ladung. Die Protonen und Neutronen, aus denen der Kern besteht, sind fest miteinander verbunden, die umlaufenden Elektronen jedoch nicht. Sie können sich von einem Atom zum anderen bewegen. Wenn ein Atom also Elektronen verliert, wird es positiv geladen, und wenn es Elektronen aufnimmt, wird es negativ geladen.

Einige Materialien wie Kunststoff, Stoff und Glas geben ihre Elektronen nicht so leicht ab. Diese werden Isolatoren genannt. Materialien wie Metalle verlieren leichter ihre Elektronen und werden als Leiter bezeichnet. Da Kunststoffe Isolatoren sind, leiten sie den Strom schlecht. Elektrische Ladungen neigen dazu, sich auf der Oberfläche von Isolatoren aufzubauen, was zu statischer Elektrizität führt. Statische Elektrizität ist das Ungleichgewicht von positiven und negativen Ionen auf der Oberfläche eines Objekts. Statische Elektrizität wird so genannt, weil sie ruht und sich nicht bewegt. Genauer gesagt sollte es statische Ladung genannt werden, was einen Überschuss oder einen Mangel an Elektronen bedeutet, die sich nicht bewegen.

Wie kommt also ein Ionisationsgerät mit elektrostatischer Entladung (ESD) rein? ESD-Ionisatoren neutralisieren eine statische Aufladung, indem sie die Ionen zwischen den Molekülen der Gase in der Umgebungsluft ausgleichen. Um die an der Oberfläche der Kunststoffbefestigungselemente anhaftende statische Aufladung zu entfernen, ist es erforderlich, mehr positive und negative Ionen bereitzustellen und diese Ionen über das isolierende Objekt zu verteilen. Die statische Aufladung wird dann neutralisiert und die Kunststoffteile ziehen keinen Schmutz oder Staub mehr an.

Die gängigsten industriellen ESD-Geräte sind Korona-Ionisatoren, die durch Anlegen einer Hochspannung an die Spitze einer scharfen Spitze oder Düse arbeiten. Häufig verfügen diese Geräte über einen Ventilator, um die ionisierten Partikel in der Luft zu verteilen. ESD-Ionisatoren werden auch in vielen High-Tech-Arbeitsumgebungen verwendet, um elektrostatische Entladungen zu kontrollieren. Diese Vorrichtungen werden verwendet, um statische Aufladungen an Leitern zu kontrollieren, die nicht geerdet werden können, oder wie oben beschrieben an Isolatoren wie Kunststoffbefestigungen.

* Während Kernphysiker andere subatomare Teilchen erkennen, brauchen wir sie in dieser Diskussion nicht zu berücksichtigen.

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