Графит-антистатик

Графит как электропроводящий антистатический наполнитель

Полимерные материалы по природе являются диэлектриками с удельным объёмным сопротивлением 10¹¹–10¹⁶ Ом·см. На их поверхности при трении, ходьбе или контакте с оборудованием накапливается статический заряд, напряжение которого достигает нескольких киловольт. Электростатический разряд способен вывести из строя чувствительные электронные компоненты, спровоцировать воспламенение горючих смесей и привести к повышенному пылеосаждению.

Для придания полимерам электропроводящих свойств в их состав вводят токопроводящие наполнители. Графит — один из наиболее распространённых наполнителей этого класса наряду с ацетиленовой сажей, углеродным волокном и металлическими порошками. Электропроводность графита в плоскости базисных слоёв достигает 10⁴ (Ом·см)⁻¹, что обусловлено подвижностью делокализованных π-электронов в гексагональной кристаллической решётке.

Принцип действия графита в антистатических материалах

Антистатический эффект графитового наполнителя основан на создании в полимерной матрице непрерывной токопроводящей сетки из частиц графита. При достижении определённой концентрации (порога перколяции) частицы образуют сквозные проводящие каналы, по которым статический заряд стекает с поверхности материала. Чем мельче и однороднее частицы наполнителя, тем ниже порог перколяции и тем меньше графита требуется для достижения нужной проводимости.

В отличие от поверхностных антистатиков (ПАВ), эффективность которых зависит от влажности воздуха и снижается при влажности ниже 30 %, объёмный графитовый наполнитель сохраняет электропроводность материала независимо от внешних условий на протяжении всего срока эксплуатации изделия.

Области применения графита-антистатика

Антистатические и токопроводящие напольные покрытия

Графитовый порошок и графитовые волокна применяются в качестве токопроводящей добавки в составе напольных покрытий различных типов. По величине электрического сопротивления антистатические полы подразделяются на три категории согласно стандартам серии ГОСТ IEC 61340 и EN 1081:

Тип покрытия	Электрическое сопротивление, Ом	Область применения
Антистатическое (изоляционное)	109 и более	Офисы, компьютерные классы, серверные
Токорассеивающее	106–109	Телекоммуникационные узлы, лаборатории
Токопроводящее	104–106	Электронное производство, взрывоопасные зоны, операционные

Токопроводящие покрытия с сопротивлением 10⁴–10⁶ Ом содержат графит в качестве основного проводящего компонента. Такие покрытия обеспечивают отвод статического заряда на контур заземления через медную ленту, уложенную под покрытием.

Токопроводящий линолеум с графитовым наполнителем

В состав токопроводящего линолеума из ПВХ вводят добавки графита и углеродных соединений, которые обеспечивают электрическое сопротивление покрытия в диапазоне 10⁴–10⁶ Ом (по ГОСТ IEC 61340-4-1). Укладка такого линолеума выполняется на токопроводящий клей по медной ленте, образующей заземляющий контур. Лента укладывается в виде сетки с шагом полос не более 20 м и подключается к шине заземления.

Токопроводящий линолеум с графитом применяется в помещениях с чувствительным электронным оборудованием, на участках сборки электроники, в чистых помещениях медицинских учреждений и на производствах с повышенными требованиями к пожаровзрывобезопасности.

Наливные антистатические полы

В составе наливных антистатических покрытий на эпоксидной или полиуретановой основе графитовый порошок и графитовые волокна выступают основным токопроводящим наполнителем. Конструкция токопроводящего наливного пола включает: подготовленное бетонное основание, эпоксидную грунтовку, токоотводящий контур из медной ленты, промежуточный слой токопроводящего грунта с графитовым наполнителем и финишное полимерное покрытие с антистатическими добавками.

Из-за присутствия графита токопроводящий промежуточный слой, как правило, имеет тёмный оттенок. Толщина полимерного антистатического покрытия составляет от 1,5 до 5 мм.

Токопроводящий бетон

При устройстве антистатических бетонных полов на стадии строительства в бетонную смесь вводят графитовый порошок, графитизированные волокна или стальную фибру. Графитовый наполнитель придаёт бетону электропроводность, необходимую для отвода статических зарядов. Дополнительно в тело бетонной стяжки закладывают медную ленту, подключённую к заземляющему контуру здания.

Электропроводящие краски и лаки

Мелкодисперсный графитовый порошок применяется в составе электропроводящих лакокрасочных покрытий. Графитосодержащие краски на эпоксидной, полиуретановой или фурановой основе после высыхания образуют плёнку с удельным объёмным сопротивлением порядка 10³–10⁶ Ом·см. Такие покрытия наносят на пластмассовые изделия, корпуса приборов, элементы конструкций для снятия статического заряда или экранирования электромагнитных помех.

Антистатические полимерные композиты

Графит вводят в полимерные матрицы (полипропилен, полиэтилен, ПВХ, каучук, эпоксидные и фурановые смолы) для получения материалов с заданной электропроводностью. Для снижения удельного объёмного сопротивления до 10²–10⁷ Ом·см требуется введение графитового наполнителя в количестве нескольких десятков массовых процентов. Точная концентрация зависит от дисперсности графита, типа полимерной матрицы и требуемого уровня проводимости.

Формы поставки графита для антистатических применений

Для использования в качестве антистатического наполнителя применяются следующие формы графитового сырья:

Форма поставки	Характеристика	Применение
Графитовый порошок мелкодисперсный	Размер частиц от единиц до сотен микрон	Наполнитель полимеров, красок, покрытий
Графит чешуйчатый	Пластинчатые частицы с высоким аспектным отношением	Токопроводящие покрытия, наливные полы
Графитовое волокно (графитизированное)	Короткие волокна длиной от долей до нескольких мм	Наливные полы, армирование бетона, полимерные композиты

Чешуйчатый графит за счёт пластинчатой формы частиц образует перколяционные цепи при меньшей объёмной концентрации, чем порошок с изометричными частицами. Графитовое волокно обеспечивает проводимость при минимальном содержании наполнителя и одновременно повышает механическую прочность композита.

Нормативная база для антистатических покрытий

Требования к электрическим характеристикам антистатических напольных покрытий регламентируются рядом стандартов:

Стандарт	Область действия
ГОСТ IEC 61340-5-1	Защита электронных устройств от электростатических явлений. Общие требования
ГОСТ Р 53734.4.1 (МЭК 61340-4-1)	Метод измерения электрического сопротивления напольных покрытий
EN 1081	Определение электрического сопротивления упругих напольных покрытий
СП 29.13330.2011 «Полы»	Требования к антистатическим покрытиям в промышленных и общественных зданиях

Для подтверждения антистатических свойств покрытия после монтажа выполняется инструментальное измерение электрического сопротивления в соответствии с ГОСТ Р 53734.4.1 (МЭК 61340-4-1). Периодические проверки рекомендуется проводить не реже одного раза в три месяца.