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防静电包装⚫静电放电ESD(electrostaticdischarge)⚫ESD会带来电击,会引起火灾或可燃性气体爆炸,会妨碍正常生产。这里着重要阐述其对电子元器件及其电子设备的损害。事实上,许多从事电子工业的人

并不认为ESD是使元器件失效、进而使整个设备发生故障的一个主要原因。直观地判断引起的失效是困难的,可是许多元器件可以被远低于人体所能感觉的ESD所损坏,其损坏程度可从性能稍有下降直到严重的短路。⚫美国HP公司曾在80年代进行了一次实验,

以确定手的触摸对没有保护措施的集成电路的影响。⚫他们首先对87个集成电路进行测试证明是好的,然后将其中的40个像通常一样放入塑料盒中,其余的则放入防静电泡沫中。⚫当放入塑料盒中的40个器件经工作人员的触摸后再测试时,其中

31个没有通过电路板测试。⚫这一实验以及该公司随后又做的其它几个实验都很好地证明了人体通常可能携带1000V至5000V的静电，而感觉不到3500到4000V的静电电压。电子元件确实受到ESD引起的危害,特别是安装在印刷电路板上的元件因ESD

引起的危害性更大,因每一根导线都连接着几个器件,对这根线的放电将影响几个器件而不仅仅是一个。1.概念⚫一什么叫静电：即相对静止不动的电荷，通常指因不同物体之间相互摩擦而产生的在物体表面所带的正负电荷。⚫二静电放电：指具有不同静电电位的

物体由于直接接触或静电感应所引起的物体之间静电电荷的转移通常指在静电场的能量达到一定程度之后，击穿其间介质而进行放电的现象。⚫三静电产生的原因：⚫1微观原因：根据原子物理理论，电中性时物质处于电平衡状态。由于不

同物质原子的接触产生电子的得失，使物质失去电平衡，产生静电现象。⚫2宏观原因：物体间摩擦生热，激发电子转移；物体间的接触和分离产生电子转移；电磁感应造成物体表面电荷的不平衡分布；摩擦和电磁感应的综合效应;概念⚫当塑料及制品表面阻值：⚫大于10次方时

极易产生静电；⚫在8－10次方之间具有一定防静电性能；⚫在6－8次方之间有很好的防静电性能；⚫在4－6次方之间具有最佳的防静电性能；⚫当达到4次方以下具有了相当的导电性能，属于导体、半导体材料。概念⚫五、产生的问题⚫塑料都属于高分子材料，表面电阻体积电阻都大于

10的12次方以上。因此，赋予了塑料材料的良好绝缘性能。⚫而正由于这种原因他极易产生静电，因为塑料及其制品在生产、搬运、接触、分离、摩擦、碰撞、介入电磁感应场合都是及其可能，甚至是决不可能避免这些场合。那就带来了静电

的产生因素。⚫如何有效的防制，这是多年来人们关注和期待的话题。举例⚫在采用薄膜包装粉末状商品时,常常因为热封合面的静电吸引,导致封合强度大幅度下降,成为引起商品储存、运输过程中包装严重破损的重要原因;⚫透明塑料包装袋所包装的商品,在上货架陈列销售时,

会因静电吸尘降低包装的透明性,降低商品的展示效果;举例⚫包装薄膜在进行印刷加工时,由于薄膜的静电吸尘,会影响油墨转移率,使印刷品上出现“花、点”油墨;⚫另外,对于各种电子元件、集成电路、仪器仪表等静电敏感器件,如果采用容易产生静电的材料作为包装材料,因为摩擦或电磁感应而

产生的静电积累在合适的条件下会产生放电,引起产品失效或部分元件损坏,造成极大的经济损失。2.静电的危害⚫（1）静电对光电产品的危害⚫静电对光电产品的危害主要表现在三个方面。⚫一是使光电产品吸附灰尘，影响光

电产品的透光度，同时造成光电产品的锈蚀、生霉。这方面的危害主要发生在产品总装前后。⚫二是使光电产品的性能衰减，这可能影响到光电产品的寿命。⚫三是造成光电产品失效报废。⚫第二、三两个方向的危害来自电子元、器件的

静电损伤，即由电子元、器件的损伤或失效所引起。这一点，可以从一些常用电子元、器件的静电感度上看出（。⚫表1日常生活中所产生的静电电压⚫------------------------------------------------------------产生方式静电电压（V）---------

-------------10%~20%（RH)65%~90%（RH）------------------------------------------------------------⚫在地毯上行走35001500------------------------------------

-----------------------在聚烯烃类地毯上行走1200250------------------------------------------------------------在工

作台上工作6000100------------------------------------------------------------撕开信封7000600---------------------------------------------------------

--从工作台上拿起聚乙烯袋子200001200------------------------------------------------------------坐在充填聚氨酯泡沫的工作椅上180001500------------------------

------------------------------------⚫表2某些塑料摩擦后所带的静电电压------------------------------------------------------------塑料种类静电电压（kV）硬质PVC2-4

软质PVC1-3HDPE1-2LDPE0.4-0.8PP2-4------------------------------------------------------------注：摩擦片为不锈钢，在200C，65%RH下测定。表3某些常用电子产品的静电感度

产品静电感度（静电电压V）----------------------------------------------------------晶体管30~7000---------------------

-------------------------------------工作放大器（微型组件)20-2500---------------------------------------------------

--------二极管300-2500-----------------------------------------------------------薄膜电阻300-3000------------------------------------------------------

------低功率集成电路500-2500-----------------------------------------------------------可控硅整流器700-1000-----------------------------------------------

-------------⚫值得重视的是，随着电子技术的发展，微电子元件的集成度越来越高。一个极微弱的静电电压就可能击穿元件，造成断路或短路，使器件失效或报废。例如，MOS场效应管静电感度为100V，而某些采用新工艺生产的大规模集成电路，静电感度仅20~30V。⚫日本曾对

不合格的电子产品进行过解剖分析，发现元件不合格的45%是由静电造成。美国也曾作过统计，它的电子工业每年由于静电造成的损失高达100亿美元。英国的电子产品，每年因静电造成的损失为20亿英磅。⚫静电对电子产品危害的严重性，从60年代开始，就引起了人们的高度

重视。美国在60年代就制订了一系列的防静电计划和技术标准，在军事工业和电子工业中，强制推行防静电技术。⚫（2）静电对弹药、火工品、火炸药的危害⚫美国军方颁布的第一个防静电包装材料标准（MIL-P-82646，1969.2）就是针对特种兵器产品（火工品、火炸药）的静电危害的。此后，又颁布了另一

个标准（MIL-P-81705，1969.7.14）也是道德针对导弹发射药和火工品的静电危害。由于弹药、引信、火工品、火炸药本身就是易燃易爆危险品。它们的材料构成就决定了它们极易受到静电的危害，造成重大燃爆事故，

带来无法挽回的损失。因而对这类产品的静电防护就显得特别重要。⚫海军某舰艇在雷达开机时，强大的电磁场诱使鱼雷发射。某战役中，某部存放在阵地上的火箭弹，在雷雨中从包装箱内飞出。某厂在进行子母弹子弹静破甲试

验时，职工衣着化纤服装，脚穿普通胶鞋，在用木制器具将产品送往试验场途中突然发生爆炸，造成严重伤亡事故。⚫在兵工行业，尤其是火炸药、火工品的科研、生产部门，人们对静电的危害是有充分认识的。因而在生产过程中，非常重视静电的防护。需

要注意的是产品包装的静电防护。弹药、火工品、火炸药在运输、装卸、储存中的某些重大爆炸、燃烧事故，极有可能是由于包装防护不当所造成的。⚫表4弹药、火工品常用药剂的静电感度---------------------------

--------------------------------名称二硝基重氮酚雷汞四氮烯三硝基间苯二酚铅迭氮化铝-------------------------------------------------

----------静电感度（J）0.00120.0250.010.00090.007------------------------------------------------------------注：以静电能量表示的静电感度，遵循如下公式：E=1/2CV2⚫E--静电发火能量（

J）⚫C--电容（μμF）⚫V--静电电压（V）⚫一般情况下，人体静电能量最大值为12.3mJ。若按人体电容为280pF计算，对应的静电电压为9.4kV。⚫使单基药发火所需最小静电能量为0.01~10J。黑火药的静电感度测量结果（表5）表明，它们的静电感度高得惊人。⚫表5黑火药的静电感度测试结

果------------------------------------------------------------电容C（pF）0.3×108------------------------------------------------------------放电电压V（V）300

01000500500400350350300------------------------------------------------------------药量G（g）88888888----------------------------------------

--------------------着火次数/放电次数1/11/11/11/41/21/41/51/2--------------------------------------------------

---------注：表中所列静电放电电压，严格地讲不能看作是静电感度，因为不能证明它们就是黑火药着火的临界静电电压。•某些火工品的常用药剂静电感度⚫问题的严重性还不仅仅在于这些产品到底对静电多么敏感,随着包装技术的发展,大量的塑料以及其它非金属高分

子材料广泛地作为包装材料,用于上述产品的包装。这些非金属材料之间,非金属材料与产品之间在装卸、运输、储存、管理过程中由于相互摩擦振动会产生极高的静电电压,对产品构成严重威胁。⚫1991年7月，59所受海后装备研究所委托，到某地测试了部分产品在运输过程中与包装材料之间的静电，惊人的静电电压，使参

加测试的所有人员感到恐惧。产品与包装材料（聚苯乙烯泡沫）之间运输过程中所产生的静电电压竞高达3万伏。这一严峻的现实，为我们提出了防静电包装的紧迫课题。⚫据报道,全世界因静电放电造成的损失每年达数百亿美元。近年来,美国电子行业因静电损坏而造成的直接损失高达每年200亿美元,而潜在损失更是不可估

量。据有关专家估计,我国电子产品由于抗静电包装的不完善或缺少而造成的经济损失,最少也在几千万元以上。因此,开展防静电包装的相关研究以及对产品进行防静电包装设计,具有重要的现实意义。防静电包装概述⚫近年来,随着人们对静电危害认识的不断深化,防静电包装

变得越来越重要。其原因有两个方面:⚫一是高分子材料已成为目前最重要的包装材料,而高分子材料大多是电绝缘性良好的材料;⚫二是各种电子类产品越来越精细,微电子产品的静电敏感度随着其产品的小型化、集成化更加提高,对各种抗静电包装的需求也越来越高。3

.ESD预防⚫防静电材料⚫减少摩擦⚫建立静电安全工作台塑料静电的防治⚫1.加入一些具有吸湿作用而又对塑料无害（助剂）材料，来降低其表面电阻，这就是塑料的防静电剂，根据塑料品种不同选择的抗静电剂的种类使用；⚫无论是离子型非离子型都属于吸湿性

抗静电剂，就是加入这些助剂后，靠这类材料吸取空气中的水分，降低表面电阻，以达到防静电性能。塑料静电的防治⚫2直接采用具有导电性能的塑料来加工其制品，这就是导电塑料（树脂）产生的由来。⚫从目前国内市场来看，大多数导电

塑料还处于黑颜色的添加型导电塑料；浅颜色地导电塑料品种还在开发研制过程中。防静电包装材料⚫防静电材料是指在使用和运输中不产生摩擦电荷的材料。⚫防静电包装的防护能力主要取决于防静电包装材料防静电性能的高低,一般来说,包装材料的电阻越低,防静电性

能越好。⚫材料表面电阻率与静电防护程度的关系见图1。⚫选用哪种防静电材料取决于产品本身的静电敏感度。⚫例如,对静电不太敏感(钝感)的产品,以表面电阻率为109～2012Ω的包装材料较为理想,这类材料不容易产生静电,具有防静电的功能、成本低、材料易得,例如普通纸

张、棉麻等天然纤维制品即具有这种功能。⚫如果产品对静电极为敏感,如场效应晶体管、大规模集成电子元件、电起爆器、电点火炬等,则必须选用表面电阻率在109Ω以下的包装材料。防静电包装材料的种类⚫防静电包装材料的分类有多种

方法。⚫1)根据抗静电效果和内装物对抗静电的要求,分为静电屏蔽材料、静电导电材料、静电扩散材料、绝缘材料。⚫2)按照包装分类,可以分为一次包装材料、接近包装材料、二次包装材料,见表1。⚫3)按照材料获得防静电功能的工艺方法

不同,可以分为以下几种:⚫抗静电剂处理型、⚫导电填料填充型、⚫镀层型、涂层型、表面改性型、⚫复合型、⚫结构型导电高分子材料等。防静电包装材料的现状与研究进展⚫1导电填料填充型⚫在包装材料中添加能赋予材料导电性能的导电填料,可以降低材料的电阻系数,提高材料的静电耗散率,避免静电

的积累。碳黑以其优良的性能、低廉的价格等优点成为实际应用最多的导电填料。⚫黄晖发明了一种防静电包装材料,以导电的碳粉为基料,佐以其它原料使之有机结合,并涂敷或熔合于包装基材上,从而在包装基材表面形成至少一层导电聚合物层,

从而赋予包装基材防静电功能。⚫山西晋东包装材料有限责任公司利用导电填料填充工艺,发明了一种新型防静电软塑包装材料。将导电炭黑按10%～25%的比例加入到聚乙烯树脂中,再按一定次序加入添加剂充分搅拌均匀,通过KH2550偶联剂增

强树脂和填充剂界面的结合力,最后采用密闭高效混炼设备和双螺杆挤出造粒成型。⚫碳黑的颜色为黑色,所以使用碳黑做导电填料的防静电包装材料为黑色或者灰色的,影响了包装的美观性。因而,浅色的或透明的防静电材料受包装透明化的大势所趋,在包装行业有良好的应用势头。日本生产的浅色防静

电包装材料用导电粉末由TiO2、SnO2、In2O3、润滑剂等成分组成,粉末形状大多为球形,粒径为0.102～0.12μm,假密度为30～40g/100mL,体电阻率为5～50Ω·cm左右,导电粉末也可以用In、Sb等金属离子掺杂以提高导电性能。2复合型防静电包装材料⚫复合型防静

电包装材料的结构特点是:⚫中间往往夹有3-4层阻挡屏蔽层(往往采用金属化薄膜、导电填料填充的薄膜),最表面/里层一般使用抗静电处理型防静电薄膜。⚫顺德市诚信实业有限公司开发出的一种能防静电的包装膜,这种防静电膜内外层均为半导体,中间镀铝层有效地屏蔽电磁场影响,呈半透明状,可透视内装物外貌。⚫

兵器工业部五洲设计研究院科技处研制的防静电包装材料获得英国帝国化学公司检验证书,达到了国际先进水平。该材料由多层材料经复合涂布而成,内层为热封口层,封口强度比一般材料封口强度高两倍;中间层为高强度力学层,具有优良的力学功能;外层为导电层。3导电性高分子材

料⚫导电高分子材料具有特殊的结构和优异的物理化学性能,是21世纪新材料研究发展和推广应用的重点。它一般分为复合型和结构型两大类,复合型导电高分子材料,是由导电性物质与高分子材料复合而成。⚫结构型导电高分子材料具有类似金属的电导率。纯

粹的结构型导电高分子聚合物至今只有聚氮化硫类,其他许多导电聚合物几乎均需采用氧化还原、离子化或电化学等手段进行掺杂之后才能有较高的导电性。其代表性产物有聚乙炔、聚对苯撑、聚吡咯、聚噻吩、聚吡啶、聚苯硫醚等。⚫聚

噻吩导电性高分子材料是近几年来发展十分迅速的防静电材料,在包装中的应用前景十分广阔。利用可溶的这种材料制成的薄膜涂层透明、耐磨、不腐蚀并具有控制静电的性能;透明、镀金属的聚酯薄膜在背面涂覆导电聚噻吩防静电涂层,其镀金属面同PE薄膜

层压在一起,可以用于制造防静电包装袋,其表面电阻为107～108Ω,透明度为80%以上。4纳米型防静电包装材料⚫金属纳米微粒具有消除静电的特殊功能,在生产包装材料时只要加入少量金属纳米微粒,就可以摆脱静电现象,使得包装材料表面

不再吸附灰尘,减少了因摩擦而导致的擦伤,同时也使印刷表面因无静电吸附问题,而能以更高的印刷速度获得更好的印刷效果。⚫纳米掺锑二氧化锡(ATO),是一种N型半导体材料,与传统的抗静电材料相比,具有明显的优势,表现在良好的导电性、浅色透明性、良好的耐候

性和稳定性以及低的红外发射率等方面,是一种极具发展潜力的新型多功能导电材料。纳米ATO的比表面积大、表面能高,在涂料的制备过程中极易吸附而发生团聚,造成缺陷使得涂膜的性能降低。⚫傅敏、狄志刚以脂肪族聚氨酯弹性树脂为基体,透明纳米ATO导电粉为导电介质,添加超分散剂,采用物理与化学相结合的分散

方法对纳米ATO进行预处理,解决了纳米粒子分散与团聚的难题,制备出可常温固化的、颜色可调的含纳米ATO聚氨酯弹性抗静电涂料。该涂料不仅具有良好的抗静电性、附着力、装饰性、耐候性和稳定性,还具有很好的耐磨性

和弹性;改善了涂料的耐粘污性和耐水性,提高了弹性抗静电涂料的性能,满足了市场不同档次的需求,是一种极具发展潜力的新型多功能抗静电涂料。⚫张明、李大军等将30～200目的天然鳞片石墨加入到质量比为4∶1的浓硫酸和浓硝酸的混合液

中浸泡,经水洗、干燥处理后,进行加热处理,得到膨胀倍数在200倍以上的膨胀石墨;将聚酰胺树脂90～99质量份加入到一定量的溶剂中,待聚酰胺树脂完全溶解后向其中加入上述膨胀石墨1～10质量份,超声2h得到均匀分散的混合物,然后

在强烈搅拌下加入沉淀剂使混合物沉淀,再将沉淀物抽滤、干燥,制备出高导电性聚酰胺/石墨纳米导电复合材料。本发明工艺先进,制得的复合材料,有较低的渗滤阈值,较高的电导率,有望在防静电材料、电磁屏蔽材料、微波吸收等领域应用。导电材料复合型⚫高分子材料要获得一定的导电

性能,需将导电性物质如导电炭黑、导电纤维、金属粉末等以一定比例与热塑性树脂如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯混合并添加偶联剂、增塑剂、滑爽剂、稳定剂、抗氧剂等多种助剂,经混炼、塑化、造粒,制得复合型导电树脂。⚫载体树脂选用防潮性较好、耐低温、易热封,且耐化学品侵

蚀的低密度聚乙烯树脂导电性填料选用较经济的油炉法导电炭黑。将导电炭黑按一定比例（10%-25%）加入LDPE树脂中。助剂的添加要按一定的次序,经充分搅拌均匀。通过HK-550偶联剂增强树脂与填充剂界面的结合力。采用密闭高效混炼设备和

双螺杆挤出造粒成型。该工艺要求压缩段温度在120℃一140℃混炼温度、时间根据不同的设备适当调节,既保证炭黑分散均匀,又防止其体相结构被破坏。添加剂的选用要注意其协同性、与产品相容性及耐久性,且与工艺条件匹配。利用复合型导电树脂制作防静电软塑复合材料常见以下三种工艺：制备工艺⚫三层(AB

C)共挤吹塑一干法复合工艺⚫将复合型导电树脂加入A面料斗挤出。该工艺要求适当增加树脂压浅在保证薄膜塑化良好的情况下适当降低挤出机各区的温度螺杆转速与加热温度相匹配选择合适的吹胀比、牵引比,B、C面选用机械强度较高、力学性能较好的低密度聚乙烯树脂和线性低密度聚乙烯树脂,以补偿因

填加炭黑造成薄膜机械强度的降低。要注意导电树脂、LDPE、LLDPE三者的MFR(熔体流动速率)尽可能相近。⚫此薄膜C面经电晕处理,其润湿张力大于38dyn/cm,与外层材料经干法复合。干法复合按常规的工艺要求即可。经干法复合工艺

制得防静电软塑复合材料,面作为防静电材料的功能面。⚫双面（AB）共挤复合工艺⚫将导电树脂加入A面料斗挤出。该工艺要求选择MFR（熔体流动速率）值较高（8左右）的导电树脂适当调节熔体温度接近粘度,防止温度过高发生变质螺杆转速、加热温度及车速三者相匹配,

适当增加树脂压力,增加滤网层数或目数。适当增加挤出薄膜的厚度,因为导电炭黑的导电网络是三维的,即与厚度有关。B面料斗加入涂复级聚乙烯(LDPE)树脂。被加工材料表面涂布聚氨醋粘合剂,经烘箱干燥后与B面复合。选择合适的含固量及

涂布辊,使粘合剂干量在2-3g/m2。其工艺要求同干法复合。⚫经双面（AB）共挤复合工艺制作的防静电软塑复合材料,A面作为防静电功能面。⚫干法复合一双面（AB）共挤复合工艺⚫先用外层基材与聚乙烯薄膜（C）进行干法复合,用制得的复合膜进行双面共挤复合工艺。使挤出之B面与C面复合

。由于B、C面属同一类树脂,且B面树脂呈熔融状态,经胶辊加压后能牢固地融合在一起。故无需涂布粘合剂,也能获得理想的复合强度。而A面防静电软塑复合材料的功能面。⚫镀层型⚫涂层型⚫对静电敏感的弹药及其火工品,如火箭弹、电发火弹药,都要进行防静电

包装,使其包装后的静电衰减符合弹药规定的安全阈值。⚫我国通用弹药的19.8%进行了防静电包装,其防护机理是在包装材料中加入导电材料（如碳黑），或对包装材料进行导电改性,提高静电衰减时间,降低表面电阻率,从而减少静电积聚机会,满足弹药防静电的包装要求。⚫弹药防静电包装是在火工

品包装的基础上发展起来的,在20世纪90年代中期得到了快速发展,越来越受到弹药生产单位、设计单位、使用单位和各级主管部门的高度重视,现已经成为一种重要的弹药包装防护方法。4.防静电包装的发展方向⚫今后在对产品进行防静电包装设计的过程中,应选择适当的包装材料,以免造成过分包装增加成

本,或包装不够造成元器件损伤,另外值得注意的是,在满足防静电的要求的同时,尽量可以考虑外表美观的包装材料,提高产品的外观等级。⚫另外,包装对材料的性能要求有时较苛刻,物理的、化学的、力学的、电学的等性能往往要同时满足,而

且还要赋予特定的多功能,例如防静电、防电磁波等所谓的“双防”材料,甚至三防、四防材料等。因此,研制防静电包装材料给科研人员提出了更高的要求。4国内防静电包装技术的发展⚫国外工业发达国家在60年代对静电危害已有充分认识，相继制定了大量的防

静电包装标准。防静电包装材料也随之迅速发展，有效地控制了静电的危害。表现在工业上，电子产品质量可靠性不断提高，电子器件的使用寿命在幅度增长，军事上的易燃易爆品燃爆事故大为减少。⚫国内近年来对静电的危害也有了认识，表现在生产过程中，已经普遍注意到了静电的防护。⚫但是，不能不看到，无论电

子产品还是军用为炸药、火工品、弹药等对静电极为敏感的产品，至今没有明确提到包装防静电问题，更不要说制定相应的技术标准了。这里有几个方面的原因值得我们探索。4国内防静电包装技术的发展⚫一是对静电的危害尚缺乏充分的认识。一些电子元件生产厂，竞然用完全不具有防静电功能的普通塑料箱进行半

成品的周转。火炸药生产厂也用一般的塑料袋作为硝公棉的内包装袋。对某些燃爆事故的原因分析，也从未从静电危害的角度去分析问题等等。⚫二是缺乏对防静电包装技术的深入研究。至今我们还并不十分清楚某些产品（尤其是电火工品）的静电感度到底是多少。防静电包装材料的研究也缺乏系统性，可供选择的包

装材料十分有限。⚫1986年以来，针对国内防静电包装材料奇缺的状况。59所开展了这方面的研究。到目前为止，已初步形成防静电包装的系列材料。这主要包括防静电包装用塑料薄膜，缓冲泡沫、注塑成形和挤出成形用防静电塑料。这些材料

的电性能和力学性能可满足不同产品静电防护的需要，有的产品性能已达到国外80年代水平。初步满足了目前国内部份市场的需求。⚫我们相信，随着人们对静电危害认识的深化，在电子行业和军工行业，防静电包装技术必将得到迅速发展。