深入了解防静电亚克力

作者:Jim DeCoux,Tru Vue 研发经理

防静电磁控溅射涂层亚克力可用于保护并展示易损艺术作品。许多传统面材产品所产生的静电电荷,足以对易掉粉介质造成损害,例如炭笔画、粉彩画、表面脆弱的作品、轻质纸张及纺织品。易掉粉介质所含结合剂极少,若缺乏适当保护,可能从基底脱落或粉化。颗粒越细小、越轻质(如粉彩的细微颜料粉末),越容易受到静电影响。

粉彩画作装裱于防静电亚克力保护层中
(粉彩转移示例)

工作原理

采用 Tru Vue 高性能防静电面材,不仅能够即时消散静电电荷,而且电荷状态可持续保持消散。该防静电性能为产品的固有特性,属于永久性功能,不会因清洁而擦除,也无需重复处理。事实上,由于材料不吸附灰尘或纤维,其还可减少清洁频率。

Tru Vue 的防静电溅射涂层在原子层级与亚克力基材结合。该镀膜在真空环境下完成,以精确控制涂覆过程中的气体成分。防静电性能为 Tru Vue 溅射涂层工艺的永久性特征,并将伴随基材整个使用寿命。

制造工艺

溅射涂层工艺的第一步是移除腔体内的大气气体。整个溅射过程中,通过真空涡轮泵持续抽离空气,此过程称为“抽真空”,以便精确控制腔体内气体类型及含量。

氧化锡

Tru Vue 在其抗反射溅射涂层中使用氧化锡已超过 10 年。氧化锡在透明导电涂层领域(如触摸屏)广泛应用,但在低折射率减反射涂层中并不常见。Tru Vue 识别出氧化锡的防静电特性及其在文保装裱中的优势,目前已将其应用于所有抗反射涂层产品中。不同产品所沉积的氧化锡层厚度不同,因此部分产品具备防静电性能。

磁控溅射涂层

Tru Vue 的溅射涂层设备长度超过一个标准足球场。整个工艺从装载材料到最终检验均实现全自动化。在溅射过程中,硅原子聚集于长金属管表面,形成称为“靶材”的原子集合层,其厚度可达数百万或数十亿个原子。靶材即为沉积于亚克力表面的材料来源。

强磁棒置于金属管内部,靶材通过冷却水降温并旋转。磁体在靶材中形成磁场。当高电压施加于靶材时,氩气被电离,在磁场路径上形成等离子体。等离子体中的自由电子撞击氩原子,使其带正电并产生次级电子。正离子持续加速,撞击带负电的靶材表面。

用于抗静电丙烯酸涂层的磁控溅射工艺

氩离子轰击靶材表面,将动能传递至其结构,使靶材原子脱离并飞向亚克力基材。该过程称为“溅射”。被释放的原子以不同角度飞向基材,并在其表面凝结沉积形成薄膜层。

(观看溅射涂层动画演示视频)

均匀的涂层

通过在沉积过程中稳定移动基材,使亚克力在溅射腔体内均匀镀覆。沉积于基材表面的多层结构称为“镀层堆栈”。例如,Optium Museum® Acrylic 的涂层结构包括:

抗静电亚克力板的层状结构
插图显示基材单侧的涂层。 Optium Museum Acrylic® 实际产品的双面皆有涂层。

该成熟配方已为 Tru Vue 客户提供数十年的稳定性能,其中氧化锡混合层具备高度材料稳定性。

性能验证

氧化锡可形成氧空位,使电子在薄膜中迁移。表面电阻率用于衡量电子迁移能力;静电耗散时间用于衡量电荷中和所需时间。Tru Vue Optium Museum® Acrylic 的防静电性能可消散的静电量为普通亚克力的 2,000 倍,使其适用于易掉粉材料,同时降低清洁需求。

该性能通过两类测试进行评估:静电衰减时间和静电放电(ESD)表面电阻。

  • 依据联邦测试方法标准第 101C 号、测试方法编号 4046:在 5000 伏电压下,电荷应在 500 秒内衰减至 2.0 伏。Optium Museum® Acrylic 的静电耗散时间为 0.01 秒,几乎瞬间完成。
  • 依据 ANSI/ESD S11.11:测量材料表面两点间电阻值,以欧姆表示。依据 ASTM D357:电阻率单位为欧姆/平方。电阻率越高,材料导电性越低;因此数值越低表示静电性能越佳。
图表比较亚克力表面的静电荷水平
(由 Fowler Associates 在 73°F 条件下 48 伏电压测试 100 小时完成。http://www.sfowler.co /authtech/tpres.htm)

湿度因素

具备资质的检测实验室会在不同相对湿度条件下评估面材产品的性能,例如 12% 相对湿度(较干燥环境)至 70% 相对湿度(较湿润环境)。这是因为空气中的水分会降低材料表面电阻率,湿润颗粒会削弱电荷积累;在较为干燥的环境下,静电更容易产生并积聚。因此,在选择产品时,应仔细查阅静电衰减测试与表面电阻测试报告所对应的相对湿度条件。例如,某些抗反射夹层玻璃在表面电阻率方面可达到 1.0E+13 欧姆/平方,显示其具有足够的表面电阻性能;但在 12% 相对湿度条件下,其静电衰减时间可能达到 11 秒,这一时间足以对易损材料造成潜在损害。相比之下,Tru Vue 的 Optium Museum Acrylic® 在 0.01%、12% 及 50% 相对湿度条件下测试时,静电耗散时间均稳定为 70 秒。

图表显示了抗静电丙烯酸树脂的性能随时间的变化

持久耐用设计

Tru Vue Optium 面材产品已进行长期性能测试,包括抗反射、防静电、紫外防护及透光率稳定性测试。结果显示在长时间使用下无显著性能衰减。最早生产的实物样品已有 13 年历史,目前未发现明显性能变化。加速老化测试亦表明,Optium 亚克力面材的有效防护寿命超过 100 年。

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