Antistatische Kunststoffe ELS / ESD
Antistatische und elektrisch leitfähige Kunststoffe
Die meisten Kunststoffe sind bekannt als elektrische Isolatoren. Sie können sich daher durch Reibung statisch aufladen.
Anschließende, unkontrollierte statische Entladungen können Produkte beschädigen, die Leistung beeinträchtigen oder explosionsfähige Atmosphären wie z.B. Lösungsmittel/Luftgemische und Staub/Luftgemische zur Explosion bringen.
In der Wirtschaft führt dies jährlich zu Millionenschäden. Die betroffenen Hauptbereiche sind die Mikroelektronik und der Explosionsschutz.
Lösung
Es werden den Kunststoffen für diese Bereiche spezielle Rußtypen oder andere Additive zugesetzt, wodurch ihre Leitfähigkeit deutlich erhöht, bzw. ihr elektrischer Widerstand deutlich abgesenkt wird. Die Kunststoffe werden somit statisch ableitfähig oder sogar leitfähig. Durch diese Maßnahme kann der elektrische Durchgangswiderstand z.B. bei PE von 1016 Ω auf <106 Ω gesenkt werden.
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Materialtypen und Eigenschaften
PE G-schwarz EL
- Polyethylen (PE)
- elektrisch leitfähig
- chemikalienbeständig
POM C ESD 60
- elektrostatisch leitfähiges POM Copolymer
- sehr gutes Gleitvermögen
- gute Kombination aus Festigkeit, Steifigkeit und Zähigkeit
- geringe Feuchtigkeitsaufnahme
- hohe Dimensionsstabilität
POM C ESD 90
- elektrostatisch ableitendes POM Copolymer
- vermindertes Kontaminationsrisiko, da ruß- und graphitfrei
- gute Zähigkeit bei mittlerer Steifigkeit und Festigkeit
- geringe Feuchtigkeitsaufnahme
- hohe Dimensionsstabilität
POM C ESD 90 PLUS
- elektrostatisch ableitendes POM Copolymer
- Oberflächenwiderstand im Vergleich zum POM C ESD 90 nochmals reduziert und in engeren Grenzen (107 bis 109 Ohm)
- vermindertes Kontaminationsrisiko, da frei von Ruß und Graphit
- gute Zähigkeit bei mittlerer Steifigkeit und Festigkeit
Anwendungen
Kunststoffe mit definierten elektrisch leitenden Eigenschaften können elektrostatische Ladungen kontrolliert und dauerhaft ableiten.
Einsatz finden sie in vielen Industriebereichen: Beispiele sind die Elektronik- und Halbleiterindustrie, der Lüftungs-, Ventilatoren- und Pumpenbau, Medizintechnik, Chemie- und Pharmaindustrie, Getreidemühlen und weiteren Industrien, in denen Schüttgüter Staub erzeugen, beim Umgang mit brennbaren Flüssigkeiten und Gasen z.B. an Tankstellen, auf Flughäfen und Gasanlagen, die Papierindustrie, Gewebe- oder Folienherstellung oder etwa der Bergbau.
Isolationsverhalten
Das Isolationsverhalten eines Werkstoffes wird definiert durch den Widerstand, den er einem durch ihn fließenden elektrischen Strom entgegensetzt. Der Durchgangswiderstand berücksichtigt lediglich den Strom, der durch das Werkstoffinnere fließt und schließt den an der Oberfläche fließenden Anteil aus. Der Oberflächenwiderstand der zwischen zwei auf der Oberfläche des Werkstoffes aufgesetzten Elektroden gemessen wird berücksichtigt auch einen Teil des im Inneren fließenden Stroms.
Für die Beurteilung der Eignung eines Werkstoffes für eine ESD-Anwendung (ESD = Electro Static Dissipation) eines Werkstoffes ist der Oberflächenwiderstand die wichtigere der beiden Kenngrößen, da er die elektrostatische Auf- und Entladung eines Materials maßgeblich beeinflusst. Bei der Auswahl ist sicher zu stellen, dass das verwendete Material nicht elektrostatisch aufladbar ist, also der Oberflächenwiderstand weniger als 109 Ω beträgt.
Der Oberflächenwiderstand lässt sich grundsätzlich in drei Widerstandsbereiche unterteilen:
Elektrostatisch leitfähig
Werkstoffe mit Oberflächenwiderständen kleiner 106 Ω sind elektrostatisch leitfähig. Diese Materialien sind in der Lage aufgebrachte Ladungsträger in kürzester Zeit abzuleiten. Aufgrund der sehr niedrigen Entladungszeit sind leitfähige Materialien nicht für alle ESD-Anwendungen geeignet, da die hier auftretenden Spannungsspitzen insbesondere zu einer Schädigung elektrostatisch sensibler Elektronikbauteile führen können.
Elektrostatisch ableitend oder dissipativ
Als elektrostatisch ableitend oder dissipativ werden Werkstoffe bezeichnet, deren spezifischer Oberflächenwiderstand 106 Ω bis 1012 Ω beträgt. Diese Werkstoffe sind in der Lage aufgebrachte Ladungsträger in einer definierten Zeit abzuleiten. Eine Aufladung dieser Werkstoffe ist nur begrenzt möglich. Werkstoffe mit einem Oberflächenwiderstand kleiner 109 Ω sind nicht aufladbar.
Isolierend
Materialien mit einem spezifischen Oberflächenwiderstand größer als 1012 Ω werden als isolierend bezeichnet. Isolatoren besitzen eine sehr geringe Leitfähigkeit. Aus diesem Grund verweilen aufgebrachte Ladungsträger sehr lange auf der Oberfläche dieser Materialien und fließen nur langsam ab. Aufladungen von vielen tausend Volt sind so problemlos möglich. Isolierende Werkstoffe sind für ESD -Anwendungen ungeeignet.
Durchgangswiderstand
Eine weitere elektrostatische Materialkenngröße ist der Durchgangswiderstand. Einhergehend mit einer Reduzierung des Oberflächenwiderstandes wird im Rahmen der Modifizierung eines Werkstoffes oftmals auch der Durchgangswiderstand gesenkt. Für eine Vielzahl von Anwendungen ist der Durchgangswiderstand ohne Bedeutung.
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