如何消除光伏玻璃包装中静电对衬纸剥离的影响

‍0　引言

光伏玻璃体积大且易破碎，运输中应做好防护，防霉衬纸作为一种玻璃与玻璃的间隔材料，既可以防止运输中玻璃划伤，也能够延长玻璃的储存时间。衬纸供应商事先根据玻璃的规格裁切不同的尺寸，在包装过程中，衬纸和玻璃由人工交替放入到包装箱。随着“工业4.0助力实现中国制造2025”的大力推广，用稳定高效的机器设备来替代人工，是大势所趋，但机器铺纸带来便利的同时，在铺纸机工作过程中由于衬纸间摩擦及设备工艺特点，静电荷会被带入包装，组件企业使用过程中，衬纸和玻璃无法快速有效地被分离，见图1，需要额外安排人工扯纸，影响生产效率，严重时会导致停产，客户抱怨强烈，快速有效地解决这一问题，是当务之急。

图1　因静电而导致的玻璃和衬纸无法分离状况

1 铺纸机的结构和性能分析

1.1　铺纸机的基本结构和工作过程

铺纸机可分为三个部分：

卷筒衬纸—待铺设的衬纸，以卷筒纸形式，安置在铺纸机中；对于衬纸的定量（每平方米衬纸的重量，又称克重，单位：g/m²）、pH值、含水率有一定要求；

机械部分—几组可以调整位置的辊轴，通过调整辊轴高度，控制裁切衬纸的长度，确保衬纸可以被均匀舒展铺设到玻璃表面；

电气部分—铺纸机的控制机构，根据所裁切的衬纸尺寸，控制机械装置的速度及静电棒的施加量。

工作过程：根据玻璃尺寸，选取符合标准的卷筒纸装入到铺纸机中；将规格信息和客户要求输入设备，开动设备，调整外加静电量，首件尺寸调试，检查衬纸铺设质量，确认完成后正常生产，每小时巡检衬纸铺设质量、卷筒纸余量。
1.2　铺纸机的优势和弊端

铺纸机与人工铺纸的特点见表1。

表1　铺纸机和人工铺纸对比

由此可见，铺纸机优势明显，使用和推广铺纸机代替人工是大势所趋。
2　包装中静电的来源和分布
2.1　静电的主要来源

玻璃包装过程中，衬纸的静电主要来源于内部产生和外部引入。

（1）内部产生静电荷：两种或几种不同性质的固体物质大面积的摩擦或接触时，物体间的电子发生了转移。在衬纸铺设的过程中，随卷筒纸转动的纸间的摩擦，衬纸和铺纸机传动辊轴间的摩擦，玻璃和橡胶传输辊道间的摩擦，产品包装/拆包使用过程中操作工人化纤、毛料衣物与玻璃/衬纸间的摩擦等，都能产生静电荷。

（2）外部引入静电荷：铺纸机工艺特点，施加静电确保纸张舒展平铺。
2.2　衬纸储存静电的原理

两种不同材质的物体紧密接触时，接触截面上形成了双电层，如两物体均为导体，当两个物体分离时，尽管分离的速度很快，电子总能很容易地通过最后分离的接触点，全部泄露返回原处，因而，它们分开后仍然表现为电的中性；如果两种或其中一种物质是绝缘体材料，分离后就会有多余的电子或空穴保留在物体上面表现了带电性。衬纸的电阻率在108　W·cm以上，电阻率高、导电性差，当其获得电子后，电子很难在上面移动，因此静电更容易累积。
2.3　玻璃整箱包装中静电的分布

以常见的3.2 mm×1644 mm×986 mm规格130片包装为例，整体包装中不同位置的电荷分布见图2。

图2　包装中静电量值的分布情况

注：数据从下到上依次表示包装箱顶部5片电量值、包装箱中间5片电量值、包装箱底部5片电量值。

从包装中的静电分布情况，可以得到：

（1）光伏玻璃与衬纸所带的电荷均为负电荷；

（2）电荷分布从顶部到底部，静电量绝对值呈现下降的趋势，包装箱顶部静电荷累积较多；

（3）相同生产条件下，相同产品，不同包装箱之间电荷量存在差异。
3　降低铺纸机中静电累积所采取的措施

分析整理影响衬纸静电荷的因素，制作特性要因图见图3。

图3　解决包装中静电问题的特性要因图

3.1　人员操作对静电消除的影响

冬季是静电投诉的高发季节，原因除空气干燥不利于静电荷的释放外，作业人员衣着毛织物、

尼龙织物或其他合成纤维织物都容易产生静电；包装/拆箱过程中，衣物与包装的摩擦也容易带入静电，穿着不同布料时人体所带电荷不同，常见静电荷见表2。

因此，在包装/拆箱作业时衣着的选择需注意，避免衣物与玻璃包装发生摩擦，应减少此环节对静电的引入。
3.2　调整设备对静电消除的影响

铺纸机通过静电棒对衬纸施加静电，使衬纸和玻璃平整贴合，直至进入包装箱中不脱落。内部测试表明，当衬纸与玻璃间的电量达到-5～＋5 kV时，衬纸可以依靠自身重力与玻璃分离。因此，首先尝试直接将铺纸机的静电棒调整到-5 kV，但传输过程中衬纸多次脱落，而后以-1 kV为调整量，逐渐降低静电棒施加电荷量，直到-8 kV时，衬纸才不至于在包装过程中脱落。-8 kV作为最低电量，既可以确保生产的需求，也利于静电荷尽快释放。

离子风静电消除器是一种常见的静电消除装置，通过空气压缩机把大量的正负离子吹到带电荷的表面，以达到消除静电的目的。在包装区域设置了两台离子风静电消除器，对着包装中的成品吹送离子风，以达到中和负电荷的目的。但实际执行中，安装角度和风量都很难调整，电荷量不容易控制，衬纸常被离子风吹掉，操作维护复杂，电荷减少量不明显，在使用过程中效果并不尽如人意。

机械手上安装去除静电的装置，机械手本身结构精密且布满电气元件，改动空间狭小；加之衬纸本身就是绝缘体，机械手仅吸盘部分与衬纸接触，静电荷释放有限，只有助于所接触区域静电释放；额外添加与产品接触的设备，存在质量风险，不具备可操作性。

常见的两种静电消除器：有源式静电消除器和无源感应式静电消除器。有源式静电消除器电压较高，现场使用存在较大安全隐患，不予考虑；无源感应式静电消除器利用带电体（带点纸面）自身的电压进行放电，产生大量正、负离子，中和电荷。现场制作安放非接触式尖端静电释放装置，在其他条件完全相同的条件下，对比安装使用非接触式尖端静电释放装置和正常堆垛，改善效果有限，不建议推广。
3.3　衬纸材料对静电消除的影响

避免划伤、抑制发霉是衬纸的两个主要作用，衬纸过薄或者过厚，水份过高或者过低，都不利于生产作业的操作，在建材部行业标准JC/T1008—2006《玻璃用防发霉材料》中，对衬纸的定量、水份、pH值、防霉性能、防擦伤性能等都有要求，衬纸静电荷的存贮和释放与衬纸材质、定量、水份等都有关系。对比行业标准，我司执行更为严格的内控标准：定量（45±2）g/m²，pH值6±1，水份4%～7%。防霉衬纸既要能承受高温潮湿的长途海陆运输，又要适应长期储存不致玻璃霉变。衬纸的各项性能被制定到客户的技术协议中，新材料的使用需要经过长期的观察和实验验证，过程繁琐，故衬纸材质不宜改动。

衬纸通常分为光滑面和粗糙面。铺设时衬纸的光滑面和玻璃的粗糙面接触。经验资料表明：衬纸的表面越光滑，生产过程中压力越大，越容易产生静电。对衬纸表面性质改进中，逐渐选取两面粗糙的衬纸。可以抑制静电的产生和储存。
3.4　作业方法对静电消除的影响

玻璃体积较大，国内外光伏组件企业的玻璃仓库，均不具备温湿度的调控条件，笔者所接触到的静电投诉，最北来自于地处温带的韩国，最南来自于地处热带的新加坡。产品往往在客户仓库已储存一段时间，客户从仓库提取产品使用中发现静电问题。以江浙地区某客户投诉现场确认为例，其库存品电量见表3。

从表3分析，包装好的成品，在不拆开包装的情况下，单纯的依靠延长玻璃的储存时间来对静电进行释放，收效甚微。

接地消除静电也是一种常见的消除静电方法，光伏玻璃包装材料都以塑料、木材为主，这些绝缘体即便接地，也无法将静电释放。尝试使用一种可以重复回收利用的铁托盘，但对比实际效果中的使用情况，两种材质托盘差异不大。
3.5　包装环境对静电消除的影响

实验数据表明，静电的释放与环境湿度有关，空气湿度越大，空气中含的水份越多，物体表面吸附的水分子也越多，其电阻率越低，静电荷就可以从高电位传到低电位而聚集不起来。我国电子工业要求的湿度下限为40%RH，经验数据表明，如果能够将环境的湿度增加到65%以上，就能够很好的使带静电的物体上的静电荷被释放。我们将整个密闭的包装区域的湿度控制在40%RH～60%RH,。分别在静置后15 min、30 min和60 min测量不同位置电量，对整箱玻璃进行抽样观察，得到对比数据见图4。

图4　抽取4箱包装放置不同时间不同部位静电量释放情况

从图4分析，包装区域湿度被控制在40%RH～60%RH时，玻璃被装入托盘后，随着时间的推移，包装顶部、中部和底部的静电都会逐渐释放，放置的时间越长，静电的释放越彻底；静电的释放速度存在差异，包装顶部的静电释放最快，中部次之，底部最慢，直至最终整体电量趋于稳定平衡。

因此，产品放入托盘后密封包装前，在一定湿度范围区域内静置一段时间再密封，有利于静电的释放。综合人员操作、生产节拍、电气设备安全性、及目前工业加湿机的工况等方面因素，对包装区域进行封闭，通过工业用加湿机，控制区域湿度在40%RH～60%RH之间，静置60 min后再密封包装，消除静电措施最为有效。同样，在拆包使用过程中，如果能够对湿度进行提升，也有促进静电释放的作用。
4　结语

消除光伏玻璃自动包装线中的静电影响应从以下几点进行控制：

（1）在湿度较低的情况下，作业员包装/拆包过程中尽量穿着棉麻衣物，同时减少与玻璃的摩擦接触，可以有效降低静电荷带入；

（2）铺纸机静电荷适量加入，一般情况下当静电量介于±8 kV时，可以确保包装衬纸被舒展地铺设到玻璃上，并可以承受包装中机械手的运输；

（3）光伏玻璃用防霉衬纸为特殊材料，各项理化性能不可轻易改变，适当地提高衬纸的表面粗糙程度，可加速静电荷的释放；

（4）提高包装封闭作业区域湿度，相对湿度为40%RH到60%RH之间，产品装托盘完成后，静置60 min再包装，可以保证静电荷量被充分释放。

消除静电是一个复杂长期的过程，涉及环境温度、纸张性质、静电加入量等多相关因素。只有多种因素互相结合，互相协调，才能够发挥出最佳效果，从而彻底解决包装过程中静电问题。