Vragen? Bel +31 (0)546 604414
Statisch opladen houdt in dat een oppervlak of materiaal (tijdelijk) statisch geladen wordt gemaakt, om zo materialen tijdelijk te fixeren, te positioneren of aan elkaar te laten hechten. Het werkt door met behulp van hoogspanning een sterk elektrisch veld te creëren waarmee elektronen naar een oppervlak worden verplaatst of juist worden onttrokken. Hierdoor ontstaat een gecontroleerde oppervlaktelading. Wanneer materialen met verschillende oppervlakteladingen vervolgens op elkaar worden gelegd, ontstaat een sterke hechting. In dit blog leggen we stap voor stap uit wat er fysisch gebeurt, hoe oplaadapparatuur dit realiseert en waar het in de industrie wordt toegepast.
⚡️ Dit blog gaat specifiek over de werking van oplaadapparatuur om statische elektriciteit gecontroleerd aan te brengen. Wil je weten hoe ionisatieapparatuur werkt om statische elektriciteit te neutraliseren? Lees dan dit blog.
Statische lading is de elektrische lading die op een oppervlak of materiaal aanwezig is. De statische lading kan positief of negatief zijn, afhankelijk van of er extra elektronen aanwezig zijn of dat er elektronen zijn verwijderd. Elektronen zijn negatief geladen, dus bij een overschot aan elektronen is de lading negatief. Wanneer elektronen zijn verwijderd is de lading positief.
Statische lading komt niet bij alle materialen veel voor, maar bij isolerende materialen (zoals kunststoffen en folies) is het een veelvoorkomend verschijnsel. De reden hiervoor is dat deze materialen niet geleidend zijn. Elektronen kunnen niet vrij door/over het materiaal bewegen, maar blijven lokaal “vastzitten”. Hierdoor blijft de statische lading aanwezig.
Statische lading is in veel gevallen een negatief bijproduct, omdat het kan zorgen voor ontladingen, materialen die elkaar aantrekken, stof dat wordt aangetrokken, operators die schokken krijgen, etc. Maar in bepaalde processen is statische lading juist ontzettend bruikbaar, zoals bij het tijdelijk op de plek houden van materialen. Zeker isolatoren (zoals kunststof, plastic, foam) zijn ideaal voor gecontroleerd opladen. Zodra je er lading op aanbrengt, blijft die – onder de juiste omstandigheden – voldoende lang aanwezig om er iets mee te doen.
Statische lading is in veel processen een ongecontroleerd bijproduct van:
De meeste statische lading ontstaat bij twee isolatoren. Het probleem bij deze processen is dat de statische lading ongecontroleerd ontstaat. Het is niet te voorspellen welke polariteit de materialen zullen hebben, en de hoeveelheid lading is onduidelijk.
De vierde manier waarop statische lading ontstaat, is door het gecontroleerd statisch opladen van materialen met oplaadapparatuur.
Bij statisch opladen wordt met een oplaadgenerator een sterk elektrisch veld gecreëerd tussen een oplaadelektrode (een oplaadstaaf of oplaadpinner) en een andere oplaadelektrode of een geleidend, geaard object. De op te laden materialen bewegen door het elektrische veld. Het veld zorgt ervoor dat de materialen polariseren.
Het proces van statisch opladen begint bijna altijd met twee isolerende materialen, zoals kunststoffen, plastics, rubbers, foams, etc. Deze materialen geleiden geen elektriciteit. De elektronen zitten ‘vast’ in het materiaal en op het oppervlak. De isolerende materialen geleiden geen elektronen en dragen geen elektronen over aan elkaar. Deze eigenschappen maken de materialen ideaal voor statisch opladen.
Om materialen statisch op te laden heb je de volgende componenten nodig:
Aan de hand van onderstaande afbeelding leggen we het proces uit. We gaan hierbij uit van een oplaadgenerator met negatieve polariteit, een oplaadstaaf en een geaarde, metalen rol als ’tegenelektrode’.
Om maximaal gebruik te maken van het effect van statisch opladen moeten de onderdelen goed gepositioneerd zijn, om een zo sterk mogelijk elektrisch veld te creëren. Dit doe je door de oplaadelektrode recht tegenover een andere oplaadelektrode of geaard, geleidend object te plaatsen, op ongeveer 2 centimeter van het materiaal.
Je zet de oplaadgenerator aan, die hoogspanning op de oplaadelektrode zet. Door de hoogspanning ontstaat een sterk elektrisch veld tussen oplaadelektrode en metalen rol. De oplaadstaaf zorgt ervoor dat 1) extra negatieve lading op het oppervlak van het bovenste materiaal wordt aangebracht en 2) dat er een kracht komt te staan op ladingsdragers. Elektronen ervaren een kracht in tegengestelde richting van het veld. In ons voorbeeld is de oplaadelektrode negatief geladen en worden elektronen afgestoten van de elektrode.
Door de polarisatie is de onderzijde van het bovenste materiaal negatief geladen en de bovenzijde van het onderste materiaal positief geladen. Deze tegengestelde lading trekken elkaar aan, wat zorgt voor een sterke hechting. Omdat de elektronen niet kunnen bewegen, blijft de lading bestaan.
Als de twee materialen aan elkaar zijn gehecht raden we vaak aan om beide kanten van het materiaal te ioniseren. Als je de samengevoegde materialen na het opladen gaat meten zul je zowel aan de bovenkant als de onderkant een negatieve lading meten. Op de bovenkant komt dit door de extra aangebrachte negatieve lading door de oplaadelektrode, op de onderkant door de polarisatie in het materiaal. Deze lading heeft ongewenste effecten, zoals aantrekken van stof en verstoren van de kwaliteit van de hechting. Door de folie te neutraliseren voorkom je dat het stof gaat aantrekken en wordt de hechting tussen de twee folies nog verder versterkt.
Een goed werkend oplaadsysteem hangt af van meerdere factoren.
1. Hoogspanning (kV)
Hoe hoger de spanning, hoe sterker het elektrisch veld en hoe groter de oppervlaktelading. Te hoog kan echter leiden tot ongewenste ontlading, vonkvorming of beschadigingen in het product.
2. Afstand tussen elektrode en product
De veldsterkte neemt sterk toe bij kleinere afstand. In de praktijk wordt vaak gewerkt met enkele millimeters tot enkele centimeters, afhankelijk van de toepassing.
3. Materiaaltype
Isolerende kunststoffen houden lading goed vast. Materialen met hogere oppervlaktegeleiding verliezen sneller lading. Ook eigenschappen als dikte spelen een rol: dunne folie heeft een lage elektrische capaciteit. Daardoor kan een relatief kleine ladingshoeveelheid al leiden tot duizenden volts oppervlaktespanning.
4. Omgevingscondities
Hoge luchtvochtigheid versnelt natuurlijke ontlading. In droge omgevingen blijft lading langer aanwezig.
5. Baansnelheid
Hoe hoger de baansnelheid, des te sneller de producten statisch geladen moeten worden. Bij hoge snelheden wordt dus vaak gewerkt met hogere lading.
Er zijn veel industrieën waarin statisch opladen wordt toegepast. Denk hierbij aan de verpakkingsindustrie, folie- en filmproductie, labeling- en printprocessen, kunststofverwerking, de automotive (interieurcomponenten) en grafische industrie. Het wordt in deze industrieën vooral gebruikt om:
Als het doel is: tijdelijk, contactloos fixeren zonder residu, dan is statisch opladen vaak een ontzettend goede oplossing. Het is vaak een veel betere oplossing dan mechanische fixatie, verlijming of vacuümoplossingen. De voornaamste voordelen ten opzichte van deze technieken is dat statisch opladen contactloos, snel en regelbaar is. Zolang de spanning aanwezig is, blijft de aantrekkingskracht bestaan, ook bij hoge baansnelheden. Zo heb je minimale impact op het proces, geen beschadigingen op het materiaal en dus maximaal resultaat.
Ja, wanneer je gebruik maakt van onze hoge kwaliteit apparatuur en die op de juiste manier positioneert is het gebruik ervan volkomen veilig. Oplaadsystemen werken met hoge spanning maar lage stroom. Zo werkt de Ionfix Compact oplaadgenerator bij een hoogspanning van 30kV met maximaal 0,67mA. Mocht er onverhoopt toch iets ongebruikelijks optreden in het proces, dan beschikt de oplaadgenerator over verschillende veiligheidsmaatregelen (zowel in software als hardware) om de hoogspanning direct terug te brengen naar 0. Belangrijke tip die we altijd meegeven: test hoeveel hoogspanning en Ampère je nodig hebt. Voor de meeste processen is het niet nodig om met 30kV te werken.
De meeste ionisatieapparatuur zorgt voor het neutraliseren van statische elektriciteit op materialen, oplaadapparatuur brengt het er juist op aan. Een van de belangrijkste verschillen is dat bij de meeste ionisatieapparatuur beide polariteiten worden gecreëerd, die de lading op het materiaal neutraliseren. Bij oplaadapparatuur wordt altijd maar 1 polariteit statische lading geproduceerd. Zoals eerder aangegeven zijn beide bij statisch op te laden perfect te combineren: eerst gecontroleerd opladen voor tijdelijke hechting, daarna neutraliseren om de lading aan de buitenkanten van de materialen te verwijderen. Dit zorgt voor een sterkere hechting tussen de materialen en voorkomt stofaantrekking. Zo heb je volledige controle over het proces en haal je er het maximale uit.
Samenvattend: statisch opladen werkt door via hoogspanning een elektrisch veld te creëren waarmee elektronen gecontroleerd worden verplaatst naar of van een oppervlak. Bij isolerende materialen blijft deze lading aanwezig en ontstaat een elektrostatische aantrekkingskracht. Het is een ontzettend handige manier van contactloze, regelbare methode om materialen tijdelijk te fixeren of te positioneren zonder mechanische hulpmiddelen.
Wil je weten of dit in jouw situatie toepasbaar is — en met welke spanning en configuratie? Neem dan contact op met Lars via onderstaande gegevens of via ons contactformulier. We kijken graag mee naar de technische mogelijkheden.
