ESD-SCHUTZ – GEGEN UNKONTROLLIERTE ELEKTROSTATISCHE ENTLADUNG (ESD)
mit PRE-ELEC® elektrisch leitfähigen Kunststoffen
Einführung in ESD
Die meisten von uns haben schon einmal einen leichten Stromschlag bekommen, zum Beispiel, wenn sie mit Schuhen mit Gummi- oder Kunststoffsohlen auf dem Teppichboden laufen und dann einen Türgriff aus Metall berühren. Das ist unangenehm, aber harmlos.
In bestimmten Umgebungen, z. B. in Krankenhäusern, kann dies jedoch ein Problem darstellen. Eine Krankenschwester kann ein medizinisches Gerät berühren und es durch einen Stromschlag beschädigen oder zu einer Fehlfunktion führen. Dieses Phänomen wird als unkontrollierte elektrische Entladung (ESD) bezeichnet.
In diesen Beispielen wird der Stromschlag durch die Schuhsohlen verursacht. Wenn das für die Schuhsohlen verwendete Material hoch isolierend ist, nimmt es eine elektronische Ladung vom Teppich auf, gibt sie aber nicht wieder ab. Es ist jedoch möglich, die Schuhsohlen oder den Teppich aus elektrisch leitfähigen Materialien herzustellen.
Schutz von elektronischen Bauteilen
ESD ist auch in der Elektronikindustrie ein anerkanntes Problem. Da elektronische Geräte und ihre Komponenten immer kleiner geworden sind, ist ihre Empfindlichkeit gegenüber ESD gestiegen. Empfindliche Elektronik kann bei der Herstellung, dem Transport oder der Lagerung beschädigt werden und dabei enorme Verluste verursachen. Um eine Beschädigung zu verhindern, können die Mitarbeiter in der Fabrik spezielle Kleidung aus ESD-sicheren Materialien oder Komponenten in ESD-kompatiblen Verpackungen verwenden.
Elektrisch leitfähige Kunststoffe sind eine sehr vielseitige Lösung für solche Umgebungen. Sie können in Fasern, Folien, Filamenten, Platten, Rohren, Schläuchen, Profilen und anderen Anwendungen verwendet werden. Die Kunststoffteile und -verpackungen können starr oder flexibel sein, durch Spritzguss oder Extrusion hergestellt werden und auf verschiedenen Polymeren basieren. Die Anwendungen aus leitfähigem Kunststoff sind relativ billig, leicht, korrosionsfrei und einfacher herzustellen als z. B. Anwendungen auf Metallbasis.
Jahrzehntelange Erfahrung
Premix ist ein weltweiter Pionier in der Herstellung leitfähiger Kunststoffe und verfügt über jahrzehntelange Erfahrung in der Beimischung von Ruß zu Kunststoffen (PP, PE, PS, ABS, PC, PC/ABS, PA, PBT, TPU, TPE usw.), wodurch dem von Natur aus isolierenden Material Leitfähigkeit verliehen wird. Unser gut ausgestattetes Labor mit Compoundieranlagen im Labor- und Pilotmaßstab, Kunststoffverarbeitungsmaschinen und Analysegeräten sowie ein engagiertes Team von Fachleuten helfen uns, die beste Lösung für jede Branche zu finden.
LÖSUNGEN FÜR DIE INDUSTRIE
VerpackungsindustrieHäufig gestellte Fragen (FAQ)
Wir haben hier einige Fragen zu ESD von unseren Kunden und Premix-Kollegen gesammelt. Toni Viheriäkoski, unser zuverlässiger externer Experte, hat die Antworten gegeben. Kontaktieren Sie uns, wenn Sie weitere Fragen haben!
Über unseren Experten
Toni Viheriäkoski bietet über Cascade Metrology Dienstleistungen im Bereich Elektrostatik und ESD-Kontrollmessungen an. Seine aktive Entwicklungs- und Forschungsarbeit auf dem Gebiet der ESD hat wesentlich zur weltweiten ESD-Gemeinschaft und zur Normungsarbeit beigetragen. Toni ist Mitglied mehrerer Arbeitsgruppen der internationalen Normungsausschüsse der IEC.
Was ist ESD?
Elektrostatische Entladung (ESD) ist eine Übertragung von elektrischer Ladung zwischen Körpern mit unterschiedlichem elektrischem Potenzial in der Nähe oder durch direkten Kontakt.
ESD kann elektronische Bauteile beschädigen und Ausfälle und Störungen in elektronischen Geräten verursachen.
Wie sollten statisch empfindliche Produkte verpackt werden, um sie vor ESD zu schützen?
Die Anforderungen an die Verpackung von ESD-empfindlichen Geräten hängen von der Haltbarkeit des Geräts ab. Die Anforderungen sind in den Normen IEC 61340-5-3 und ANSI/ESD S541 festgelegt. Im Allgemeinen ist für den Transport empfindlicher Produkte außerhalb eines ESD-Schutzbereichs (EPA) eine Verpackung erforderlich, die sowohl dissipative oder leitfähige Materialien für einen engen Kontakt als auch eine Struktur zur Abschirmung elektrostatischer Entladungen bietet.
Was ist die ESD-Kontrollqualifikation und wie kann ich mein ESD-Produkt qualifizieren lassen?
Gemäß IEC 61340-5-1:2016 muss eine Organisation alle ESD-Kontrollgegenstände qualifizieren, die für die Verwendung als Teil des ESD-Kontrollprogramms ausgewählt wurden. Sie können Datenblätter verwenden, wenn auf die Prüfmethoden und -bedingungen verwiesen wird und die Grenzwerte mit den für den Gegenstand festgelegten Grenzwerten übereinstimmen. Sie können unabhängige Labordienstleistungen in Anspruch nehmen oder Ihre eigenen Labortests unter kontrollierten Bedingungen und nach den Standardtestmethoden durchführen.
Wie kann mein Personal für einen besseren ESD-Schutz ausgerüstet werden?
Ihr Personal sollte beim Umgang mit elektrostatisch gefährdeten Bauelementen geerdet oder mit einem Potentialausgleich verbunden sein. Wenn das Personal an ESD-Schutzarbeitsplätzen sitzt, kann es über ein Handgelenkbandsystem mit der Erde verbunden werden. Bei stehenden Arbeitsplätzen kann das Personal über ein Handgelenkbandsystem oder über ein Fußbodensystem geerdet werden.
Je nach ESD-Kontrollprogramm können auch optionale ESD-Kontrollartikel wie Kleidungsstücke und Handwerkzeuge erforderlich sein.
Liefert Premix elektrisch leitfähige Kunststoffe mit einem Widerstand von 10E6-10E9 Ohm?
Wenn Sie auf der Suche nach statisch ableitfähigem Material sind, stellt sich die Frage, warum Sie die Grenzwerte so eng gefasst haben. Wenn der untere Grenzwert zu hoch angesetzt wurde, kann dies zusätzliche Kosten oder einen Overkill verursachen. Das CDM-Risiko erfordert zum Beispiel keinen so hohen Widerstandswert.
Wenn Sie sich eingehender mit diesem Thema befassen möchten, lesen Sie bitte unser technisches Papier "Electrostatic discharge characteristics of conductive polymers" ESD Association Symposium 2017 in der digitalen Bibliothek von IEEE Xplore.
Praktische Tipps und Fallstricke im Zusammenhang mit Widerstands- und Widerstandsmessungen finden Sie auch in unserem Blogartikel "Praktische Einblicke in Widerstandsmessungen".
Ich bräuchte ein transparentes, ableitfähiges Material. Ist das möglich?
Dies hängt davon ab, welche Art von Widerstandsbereich und welche Eigenschaften Sie suchen. Transparente oder transluzente ableitfähige Kunststoffe basieren in der Regel entweder auf migrierenden, nicht-permanenten antistatischen Additiven oder auf permanent ableitfähigen Polymeren. Die wichtige Frage ist, ob Sie nach permanenten oder nicht permanenten Eigenschaften suchen.
Bei den permanent ableitenden Kunststoffen handelt es sich um Compounds, die eine Mischung aus inhärent ableitenden Polymeren (IDP) und Trägerpolymeren darstellen. Die Transparenz der Compounds hängt nicht nur vom Basispolymer, sondern auch vom IDP-Typ ab. In der Regel sind Materialien auf PET-Basis die transparentesten Alternativen zu IDP-Compounds. Bei IDP-Verbindungen liegen die niedrigsten Oberflächenwiderstandswerte in der Regel bei E8.
Materialien mit antistatischen Behandlungen (z. B. Beschichtung, Spray, "Antistatik-Batch") oder Zusätzen sind in der Regel transparenter. Es ist jedoch zu bedenken, dass diese Materialien nicht die Definition der ESD-Norm für statisch ableitende Materialien erfüllen.
Bietet Premix hochleitfähige PP + FDA Materialien an?
Leitfähige Verbindungen auf Rußbasis erfüllen nicht die Anforderungen der FDA, da ihr Rußgehalt den Höchstwert von 2,5 % überschreitet.
Hochleitfähige Verbindungen basieren in der Regel auf metallischen leitfähigen Füllstoffen. Einige von ihnen sind auch für Lebensmittel zugelassen, aber das muss von Fall zu Fall geprüft werden.
Gibt es von Premix Kunststoffe mit einer Leitfähigkeit von 0,1 S/m? Kann ich sie als Leiter verwenden?
Die elektrische Leitfähigkeit 0,1 S/m entspricht dem spezifischen Widerstand von 10 Ω-m (1000 Ω-cm), der mit elektrisch leitfähigen Rußverbindungen erreicht werden kann. Ob diese Art von Material als Leiter verwendet werden kann oder nicht, hängt von den Anforderungen einer Anwendung ab.
Im Allgemeinen kann die metallische Leitfähigkeit nicht durch leitfähige Kunststoffe ersetzt werden. Bei bestimmten Anwendungen, z. B. in der Sensortechnik, kann ein höherer Widerstand jedoch nützlich sein, wenn es sich um Anwendungen mit niedrigen Strömen handelt. Bei Anwendungen mit höheren Strömen kann es zu einem hohen Stromverbrauch und unerwünschter Erwärmung kommen.
Kann ich Ihre Rußmischungen als EMI-Abschirmungsmaterial ohne einen Metallfüller verwenden?
Es gibt keine allgemeinen Richtlinien für EMI-abschirmende Materialien. Frequenz- und Dämpfungsanforderungen hängen von der Anwendung ab. Einige Rußverbindungen mit geringerem Widerstand können eine angemessene Abschirmung bieten. Die elektrischen Eigenschaften des Materials sowie die Produktkonstruktion wirken sich auf die Produktleistung aus. Eine dickere Schicht bietet eine bessere Abschirmung.
Gibt es von Premix Kunststoffe mit 10E4 Ohm Leitfähigkeit, die meine alten Eigenschaften aufweisen?
Wenn Ruß in die Polymermatrix eingemischt wird, wirkt er sich erheblich auf die mechanischen Eigenschaften des Polymers aus; sowohl die Härte als auch der Biegemodul werden erhöht, während Dehnung und Zugfestigkeit abnehmen. Daher werden in elektrisch leitfähigen Compounds spezielle Modifizierungsmittel verwendet, um die mechanischen Eigenschaften des Basispolymers auch nach dem Zusatz von Ruß zu erhalten. Der Grad der Modifizierung hängt von der Anwendung und den Anforderungen an das Endprodukt ab.
Man muss auch bedenken, dass die Oberflächenbeständigkeit des Endprodukts in hohem Maße von den bei der Extrusion oder dem Spritzguss verwendeten Verarbeitungsparametern abhängt. Das Rußnetzwerk reagiert sehr empfindlich auf Scherkräfte; hohe Scherkräfte führen zu einem Abbau des Rußnetzwerks und zu höheren Widerstandsgraden.
Bieten Sie leitfähige elektrisch leitfähige Kunststoffe in verschiedenen Farben an?
Rußbasierte leitfähige Kunststoffe können nicht eingefärbt werden. Sie sind immer schwarz. Auf Kohlenstofffasern basierende Verbindungen können in dunkleren Tönen eingefärbt werden. Die hellsten Farben lassen sich mit statisch ableitfähigen Kunststoffen erzielen. Sie sind von Natur aus cremig und können in verschiedenen Farben eingefärbt werden. Man muss jedoch bedenken, dass die niedrigsten Oberflächenwiderstandswerte, die mit ableitfähigen Polymeren erreicht werden, in der Regel bei E8 liegen.
Was ist der Unterschied zwischen Widerstand und Widerstandsfähigkeit?
Der Widerstand und der spezifische Widerstand beschreiben die Fähigkeit des Materials oder des Gegenstands, den Stromfluss durch ihn zu behindern.
Der spezifische Widerstand bezieht sich auf die elektrischen Eigenschaften des Materials. Er ist eine Eigenschaft des Materials und hängt nicht von den Abmessungen der gemessenen Materialprobe ab. Die SI-Einheit für den Volumenwiderstand ist [Ω-m] oder [Ω-cm] und für den Oberflächenwiderstand [Ω].
Der Widerstand (R) beschreibt die Fähigkeit eines Objekts, einem elektrischen Strom in einem Messkreis zu widerstehen. Der Widerstand ist abhängig von den Abmessungen des Objekts und der Messelektrode. Die SI-Einheit für den Widerstand ist [Ω], die das Verhältnis zwischen der Spannung über dem Objekt und dem Strom durch das Objekt beschreibt (R=U/I=[V/A]).