导静电环氧地坪.docx

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1、2010-10-29 9:48:00【字体:太中小】【打印】【关闭窗口】 导静电型地坪功能材料的应用研究1引言即使是最细微的移动，也会产生并累积静电。一般而言，静电的释放并不被人所察觉（人体只能感知超过 1000V的静电电压）。但对于电脑等电子产品生产区域中的电子原器件而言，10V静电的释放就有可能导致该器 件被击穿，从而酿成巨大的损失。而这时若不借助于专业的检测设备，人体恐还未有感知。在很多仓储或溶剂 处理区域，无论是用于加工还是用于清洁，都存在着形成爆炸性蒸气/空气混合物的危险，静电的释放有可能 致使这种混合物爆炸。据中国石化总公司提供的统计资料显示，近10年国内发生的20多起大的石油化工

2、静电 灾害中，因静电引起的火灾事故就有8起。同样，在处理或加工过程中产生有机粉末的地方，也存在着形成爆 炸性粉末/空气混合物的危险。静电若不及时释放亦能导致爆炸的发生。地坪由于经常受摩擦容易积聚大量静 电荷，从而妨碍安全生产和产品质量。防静电地坪涂料能赋予地坪导电性以消除静电的危害，作为一种功能性 地坪涂料，在国外，是20世纪90年代初才提出来的，主要基于精密电子、电脑、通讯等行业的发展。目前对 电子、微电子、通讯、计算机、精密仪器和航天航空等高新技术工业厂房地坪的防静电等级要求越来越高，国 家环境法规也越来越严。这对防静电地坪的发展提出了更高的要求，特别是随着世界工厂的转移，以及电子行 业的

3、飞速发展，与之配套的相关产品必须满足要求。如ABB电器、西门子、中芯国际 Sony、捷普等著名电子 行业逐步在中国推广，它们的设计方案和要求直接从国外转移进来，目前的国标、行标已不能满足配套需求。根据众多电子行业的设计要求和ASTMF150-98（美国材料与试验协会标准）导电及静电耗散型弹性地板电阻 的测试法，开发出具有国内领先地位的导静电型环氧树脂地坪涂料及涂装工艺，并大量应用于电子行业和满足 航空航天要求。2导静电地坪涂料的组成添加型导静电地坪涂料的主要组成：基料、导电材料、溶剂和其它助剂。在材料组成中，基料（包括环氧 树脂、固化剂）和导电材料的选择应用，在设计效果中起到至关重要的作用，因

4、此本课题主要对基料、导电材 料的应用做了较详细的验证说明。2.1树脂的选择和应用环氧树脂涂料对于金属、混凝土、木材、玻璃等均有优良的附着力，这是由于其分子中含有极性的羟基、 醚键等，即使湿对湿也有一定的附着。有些树脂（如不饱和聚酯）固化时体积收缩达11%，产生高内应力，降低 了附着力。环氧树脂固化时体积收缩仅为2%左右，而且环氧分子中的醚键分子链柔软便于旋转，可消除内应 力，所以附着力高。环氧树脂中含有亲水的羟基和醚键，加上固化剂中的胺基，它们都会影响涂膜的耐水性， 但该树脂中的双酚A链段则有疏水性，2个苯环的刚性屏蔽了羟基和醚键，保证了整体漆膜的耐水性。固化后 的环氧树脂的玻璃化温度较高，有

5、利于其耐水性。环氧树脂分子中没有酯键，耐碱性优良。在腐蚀微电池的阴 极部位呈碱性，普通油脂系漆或醇酸漆极易被皂化破坏。可以说环氧树脂具有优良防腐蚀涂料所必须具有的耐 碱性和附着力（见图1），是目前应用最为广泛的地坪涂料用树脂。为此选用的是一种改性的液体环氧树脂 BYD-7201 （环氧当量169178，黏度420Pas/25C）。BYD-7201是丙烯酸改性的双酚A型液态环氧树脂，其固化后具有较高的交联密度和优异的防腐蚀性能，特别适用于具有防腐蚀和防静电要求的场合。粘接性祐接性耐热性及刖性吒H ： HT ：.HCFL粘银性加腐蚀性ifimmSn图1环氧树脂分子结构示意2.2固化剂的选择环氧树脂

6、配以不同的固化剂可获得不同性能的涂层。固化剂主要有以下几种：脂肪胺及改性脂肪胺。能 在室温固化，黏度低，但因其极易吸潮，漆膜会发白、缩孔，且与空气中的CO2反应，在膜面上生成氨基甲酸 盐。芳香胺。耐化学品、耐温性较好，但固化缓慢，需催化剂。聚酰胺。可室温固化，挠性较好，可水下 施工，但耐溶剂性不及多元胺。环氧树脂与多元胺的加成物。能室温固化，毒性较低。分为现场加成物和提 净加成物，后者性能较好。酚醛胺。固化迅速，在寒冷季节最为适宜。此固化剂中的苯酚呈弱碱性，能催化 环氧基与胺的反应。在这方面美国卡德莱公司生产的固化剂较适用。他们用腰果壳油制得腰果酚，生产出一系 列酚醛胺固化剂，这种体系既有低相

7、对分子质量脂肪胺体系的硬度和优良的抗化学腐蚀性能，又有低相对分子 质量聚酰胺体系的快速固化和优良的附着力。更重要的是，这种体系对涂装表面的处理要求不高，有轻度的锈 蚀仍然能正常施工，而且可不添加含重金属的防腐颜料就能达到重防腐涂料的防腐性能要求。形成了低表面处 理、单一配方一年四季都能快速重涂的、高效的厚浆型环氧树脂重防腐体系。为此在导静电防腐地坪体系中选 用卡德莱的NX-5198作为中底涂的固化剂，选用自制改性脂环胺固化剂作为面涂层固化剂，该固化剂能很好地 满足对导静电防腐地坪体系的性能要求。试验结果见表13。表1常用胺固化剂性能比较性能脂肪艘脂肪胺加成物脂环胺膺环廨加成物聚酰胺芳香胺NX-

8、5108色洋较浅较浅浅较深靴深较深站度低较低低较低乾高较局拒中适用朋短短较振长较短固化速率快较快较快较慎较慢较快流平性较差一股好好较好较好一般祈磨性好蜉好S?好好好涂层作观油腻正白一苗奸好较好较好牯接性_般一般较好较好好好较好柔韧性较是较差成_殷好好一般耐化学 品性忧忧优良良忧抗冲击性差差f_船好好一触独化期熟化30 min不必祖化不必禊化不必褂化熟化30min箱熟化晴熟化施工性能差一般较好较好好好好注：导静电底漆中环氧树脂与各种胺类固化剂性能比较。表2自制改性脂环胺固化剂与各种常规固化剂性能比较性能自制改性脂环牍固化剂脂肪胺聚酰胺酚酵胺聚氨蔺耐水性忧般良T一般耐酸戚性忧忧良忧差愤温固化伏一殷

9、差伏差树脂相容性忧一船差忧毒性高低高高漆膜韧性良差忧差忧表3自制改性脂环胺固化剂与美国ANCAMINE1618防腐性能比较性能自制改性脂环胺固化剂及一顼（：心口列心&职场水035。币51WS氧化袖溶0.2Q0.43纯净水虫250.353K盐水024m醋酸溶液1.434.4510%盆峻溶液0.251.12溶隗0360.5(1葡财硫整溶液顷0,74甲醇4J9溶胀乙醇L794.56注：按理论配比与E51环氧树脂混合好后，涂刷于马口铁片上，室温固化7d;干膜厚度为100150m;室温下浸泡于上述试剂中，4周后测增重百分率。2.3防静电材料的选择导电材料可以是无机材料，也可以是高分子抗静电剂。添加不同的

10、导电材料，其导电机理是不相同的。对于前者，导电涂料形成涂膜后，导电填料之间彼此接触产生“导电通道”，形成连续导电网络，或者彼此靠近，由于“隧道效应”，电子越过势垒，形成电子流通网络;而抗静电剂则是由于亲水性基团在涂层表面的空气中定向排列，吸附空气中的水分子在涂层表面形成一层均匀分布的水膜，或自身离子化，来传导表面静电荷，达到消除静电的目的。添加型防静电地坪涂料工作原理见图2。图2添加型防静电地坪涂料工作原理无机导电材料涂料又分为：碳系导电涂料、金属粉末系导电涂料（如锌粉及银粉漆）及浅色复合导电涂料等。 目前，可以用于涂料抗静电的材料主要有炭黑、氧化锌、云母等，这些材料在实际应用过程中多少都存在

11、局限， 而且，用来生产的涂料颜色过于单一，难以生产浅色的涂料或是明亮度要求较高的涂料。本试验课题中选用复合纳米级氧化锌晶须（ZnOw）作为涂料体系的主抗静电填料，该材料基本上呈白色，只需要加入少量彩色颜料即可实现涂料色彩的多样性，制成明快的浅绿、淡蓝等一系列淡色调，符合丰富的个性化、明快化、效率化色彩选择的潮流。纳米级ZnOw是四针状晶须结构，是一种长径比大于10的四针状单晶体微纤维材料，每根针的长度为5 300p m,根部直径 0.1 10.0p m。ZnOw的主要结构和性能特点：特有的空间立体四针状结构。4根针从同一中心发出，向空间三维方向展出，模量达到3.5X105MPa,这是单晶体所特

12、有的强度和高模量;白色性。ZnOw宏观为白色粉体，本身没有发色性，不会由于该晶须的加入而改变复合材料及其制品的颜色;耐高温性能。该晶须在1700C以下不发生任何变化，到1700C开始升华;压电和抗静电性能。这些特性全部或部分组合在一起，对材料和制品的综合性能有极大的提高，并赋予材料一些特殊功能，如高分子材料抗静电、耐磨、防滑、减振、降噪、微波吸收、陶瓷抗碎裂及复合材料增强等。ZnOw具有四针状结构，当其分散到基材中时，形成非常有效的导电通道（三维网状结构）。与其它粒状填 料相比，赋予导电性所需的填料用量极少。因此，可在不失去材料原有性质的条件下获得永久导电性。试验选 用四针状ZnOw和导电云母

13、粉。复合使用了新型四针状ZnOw和纳米技术包裹导电云母粉作为导电填料。由于导电云母粉是采用纳米技术 在云母表面包裹一层或几层纳米导电物质复合而成的，其粉体电阻率可以达到100Q cmZnOw则具有独特的 立体四针状结构，分散到体系中形成非常有效的三维网状导电通道，因而所需添加量远小于球形或片状填料； 并且其导电性是电子传导，稳定性高，两者复合使用，发挥协同作用，比各自单独使用导电效果更优。2.3.1导电材料添加量对导电性能的影响表4为ZnOw的用量对环氧地坪涂料导电性能的影响。表4ZnOw的用量与漆膜电阻的关系序号g用%漆膜电阻01o1.1x1025310修么6司其血415(5.3-S.7)x

14、i(r520(1.7-15)xlOT625(L5尊泗(F130注：漆膜固化48h，测试环境温度为25C，湿度为50%。测试仪器：数字兆欧表：PC27-7H防静电工程 专用仪表;电极：2只，铜质，表面镀铬，圆柱型，63mm，2.5kg，测试方法：测试电压为100V，极化时间 为10s，电极间距为30cm。对上面第5号配方进行电镜扫描，见图3。图3ZnOw立体网络结构说明：ZnOw复合导电材料在环氧树脂漆膜中呈现立体网状分布，导电材料分布均匀，导电性稳定一致，达到设计要求：静电电阻保持在(2.5X104)(1.0X106) Q。2.3.2影响导电性接触电阻的因素漆膜表面电阻可按图4进行计算。电极电

15、极R4防静电面漆-导电底漆图4电阻计算示意R 表面=2(R1+R2)+R3式中：R1连接电阻：导静电面漆中导电材料连接底层与面层的电阻；R2接触电阻：单位面积中，一定数量的导电材料与导电底漆中的导电炭黑相接触产生的电阻;R3底层电阻：涂面漆后的导电底层电阻；R4底漆电阻：未涂面漆的导电底层电阻。因导电材料的电阻本身很小，在面漆厚度一定的情况下，R1近似于导通。因此上述公式可简化为：R 表面=2R2+R3试验导静电面漆：ZnOw复合导电材料添加量为20%，施工厚度为1mm;导电底漆：施工厚度为0.15mm;测试方法见图5(100V)，测试结果见表57。图5测试方法示意表5打磨前用指针直接测电阻1

16、.0X104Q百日口0S.Oxlff5I .Ox Iff1I.OxlO562.0xlff22.0x10s72.0x10s31.0x10sg1.0x10?49.0面9S.Oxltf表6打磨前用指针直接测电阻1.0X105Q编号编号04.0x152.0x1 a112.0x16lOxltf272.0x10738TGxlff41.0x1 序98.0x1 仲编号编号0I.OxlO9516272.0 W3845.0x10s9讨论导电底漆的电阻小于104Q时，接触电阻基本在105Q左右（稳定状态）。导电底漆的电阻在105Q时，接触电阻在106109Q （不稳定状态）。导电底漆的电阻在106Q时，接触电阻基本

17、上在109Q以上。上述现象可从导电底漆的微观结构来解释：在导电底漆中，粉末状的导电炭黑彼此之间被一层薄薄的树脂所间隔。而此层树脂的厚度和颜基比决定了导电底漆的表面电阻，厚度越薄导电底漆的表面电阻就越低。厚度越大，接触电阻就越大，稳定性就越差。2.3.3影响R3底层电阻的因素导电底漆的厚度越厚，R3越接近R4。超过0.1mm时，R3不受面漆影响。试验：将导电底漆涂覆在聚酯薄膜上，涂覆不同的次数，然后涂相同的面漆，并保持施工厚度一致。待漆 膜干后，将制成的样板从聚酯薄膜上分开，测反面的电阻。测试数据见表8,绘图表示见图6。表8未打磨前（R4=1.0X104Q ）测试数据涂覆次数1234LOxlO7

18、2.0x1 tf40x10*l.0xl0J底度图6底漆厚度和底漆电阻的关系底漆导电性是通过打磨获得的：如R4是从109Q，经打磨后变成103Q。涂面漆后，R3会上升到打磨前 的状态109Q。2.4结果与讨论2.4.1导电底漆从表面电阻的计算公式可知，要获得稳定的、可控制的表面电阻，导电底漆电阻R4起到了关键性的作用。 不但要使接触电阻(R2)稳定，还要使底层电阻(R3)能够控制在一定的范围内。对于无溶剂导静电型地坪应为104106Q第一层导电层的表面电阻(R4)应控制在1.0X104Q左右(未打磨前，用指针直接测量)。这样在涂面漆后 可获得表面电阻在105Q左右，可实现(2.5X104)(1.

19、0X106) Q。2.4.2导电材料添加量增加导电材料的添加量，接触电阻的稳定性会提高，但与表面电阻的下降无关。2.4.3面漆施工厚度面漆厚度的增加，严重的会使导电材料连接底层与面层的R1变大，达不到导静电设计要求。2.4.4分散选用超声处理和以丙酮为助剂的方法进行纳米粉末和硅烷偶联剂的混合，利用超声波的能量击碎团聚的纳 米颗粒，同时让硅烷偶联剂和纳米颗粒进行作用，为纳米粉末在环氧树脂中均匀分散并同环氧树脂良好地结合 打好基础。在进行超声处理的同时进行了机械搅拌，防止纳米ZnOw粉末沉淀。超声的作用时间选定为1h。3涂层结构设计及分析导静电地坪涂层结构由底涂绝缘层、防静电底涂层、防静电接地系统

20、网、导电砂浆层和防静电面层组成，见图7。导静电面漆层导静电腻子层导电底漆导电铜箔基面图7导静电地坪结构示意底涂绝缘层是由低相对分子质量的环氧树脂组成，具有优良的渗透性，对水泥基面可进行加固处理，提高 基面的抗压强度。施工时对水泥潮湿度的容忍性非常高，不会影响层间的附着力。防静电底涂层采用的是环氧防静电底漆和低处理表面适用的腰果壳油改性的固化剂。这一层既能对混凝土和找平层基面起加固作用，增强基面的抗压和拉伸强度，又提高了地坪的整体防腐性能和防静电效果。防静电接地系统网由接地铜网（固定在油漆内的网状导电体）、接地干线（铜网与接地体之间的连接线）和接地体（大地电极）组成。设计符合ANSIESDS20

21、.201999保护电气和电子器件、组件及设备，静电放电控制大纲中接地电阻小于1Q的规定，其大地电极体可以是环形接地体、水平辐射接地体、垂直棒（管）组接地体和金属板接地体的任一种。这一部分能保证地坪的静电泄露具有良好的永久性通道，保证整个防静电地坪系统对防止静电积累起到关键的作用。4施工工艺基面处理：打磨、清扫，修补裂缝。底涂绝缘层。涂导静电封闭底漆。用环氧导静电底漆进行封闭施工。贴铜箔。用宽1020mm、厚0.030.08mm的导电铜箔，按（25）mX（25）m网格状粘贴于基层地面。 对于小于5mX5m开间的地面，将铜箔条铺设成“十”字状，十字交叉点位于房间中心位置。用导电胶将铜 箔粘贴在涂覆

22、好底漆的基层地面上，铜箔粘贴应平整、牢固。铜箔交叉处也应用导电胶粘稳。可使用橡胶轧辊 从铜箔条中心部位向两端碾展。铜箔与接地端子连结处应用锡焊接或用镀锌螺栓压接牢固。用乙酸乙酯溶液将铜箔上的浮胶清洗干净。刮涂导电砂浆。使用防静电底漆和石英砂混合均匀刮涂导电砂浆层，并保证导电砂浆层电阻小于打磨。每刮一层砂浆层，待其完全固化后，视平整度决定是否打磨。如需打磨，可用吸尘打磨机或角磨机打磨，要求打磨后的砂浆面平实、无突起，打磨完毕后彻底清理干净。刮涂导电腻子。使用导静电底漆和滑石粉混合均匀刮涂导电腻子层2遍。镘涂导静电自流平面漆。要求面漆表面电阻及体积电阻均小于1.0X106Q，符合ASTMF150-

23、98美国材 料与试验协会标准导电及静电耗散型弹性地板电阻的测试方法，导电地面依照8.1.1或8.2.1测试所得的平均电阻在(2.5X104广(1.0X106) Q。养护地坪。养护地坪7d以得到最佳性能效果。养护期间禁止走动。5接地装置根据检测，导静电工业地坪的表面电阻和体积电阻在(2.5X104)(1.0X106) Q，在导静电工业地坪上走 过的人的身上产生的电势远远低于其它地坪系统。要保证导静电地坪功能材料静电工业地坪静电释放的持久效 果，很关键的一环是接地线的安装。接地线是将导静电地坪与大地连接起来，以消散地坪累积的静电。建议最 好能够在地坪的对角设置2条接地线，以确保在其中一条接地线被损

24、坏的情况下，整个地坪的导静电性能仍然 能够符合原先的规范。接地线必须由现场或项目工程来提供并负责安装。接地线宜采用鸟爪式与大地连接。防 止因静电释放而导致灾害事故发生的策略或举措是一个有机的组成部分。包括：工厂与设备的设计与接地、桶 夹的使用及正确的鞋子和衣服等。但是，对静电的释放最好的防御方法是在第一位置防止静电的产生。防静电接地系统网见图8和图9。图8静电铜箔贴布网图9导静电接地系统网示意6测试验收对导静电地坪，按每100m2随机选取2个试样，但一个场所至少选取3个试样。试样表面一般不应进行清 洁处理。根据GB14101978规定的方法进行电阻测试，静电耗散型用100V电压，导静电型用10

25、V电压。有表 面电阻率p S和体积电阻率p V这2种表示方式。7结语导静电型地坪功能材料及其涂装系统的导静电、防腐蚀性能优良、持久;漆膜表面平滑、美观，达镜面效果;耐磨、耐压、耐冲击。该地坪涂料及涂装系统优良的导静电和防腐蚀性能满足现代科技和生产发展对地坪高度洁净和防静电、防腐蚀性能的要求，是地坪涂料及涂装系统复合型功能化的发展趋势，应用现状和前景十分广阔。产品性能指标均超过国家标准，符合企业标准要求，达到国外同类产品水平;产品全部采用无溶剂配方设计，减少了环境污染以及施工时对人体的伤害;该地坪具有附着力极好、整体无缝易清洁、无毒环保、耐磨、抗冲击、耐水、酸、碱、盐等化学药品及油渍侵蚀，抗静电效果持久有效、造价低等特点，可广泛应用于电子厂房、印刷厂、军工、化工、粉体等一切需要防静电或防爆防腐的场所