在橡膠中混入碳黑所製成的產品可防止人體帶靜電，其防止靜電發生的方法為？

本題考點

靜電災害防止對策的分類，碳黑屬於以導電性材料促使電荷洩漏的對策。

正解理由

靜電之所以造成危害，在於電荷產生後無法洩漏而累積到足以放電的電位。橡膠本身是高絕緣體，體積電阻率極高，人員穿用時摩擦所生電荷會滯留在表面；混入碳黑這種碳素導電微粒後，碳粒在橡膠基材中互相接觸連成導電路徑，材料電阻率大幅下降，電荷得以連續洩漏至大地而不再累積，這正是使用導電性材料的典型手法。故選 D。

逐項排除

1. (A)

   減少摩擦是從抑制電荷產生端著手，例如降低輸送流速、減少接觸分離的次數與面積。碳黑並未改變橡膠與人體或地面之間的摩擦條件，機制不同。

2. (B)

   使用帶電序列相近的物質，是利用兩材料在帶電序列上位置愈接近、接觸分離後移轉電荷量愈少的原理，同樣屬於抑制產生端；碳黑改變的是材料本身的導電度，不是更換配對材質。

3. (C)

   除電劑亦即抗靜電劑，多為界面活性劑，靠吸附空氣中水分在表面形成極薄導電水膜來洩漏電荷，效果隨相對濕度變動，乾燥季節常失效。碳黑本身即為導電材料，不依賴吸濕，兩者機制有別。

4. (D)

   正確。碳黑是典型的導電性填料，添加後使絕緣體轉為可洩漏電荷的材料，屬於累積抑制對策。

記憶點

靜電災害要成立需要三個階段串起來：電荷產生、電荷累積、放電且能量超過可燃物的最小著火能量。防止對策也就沿著這三段分工——抑制產生（減少摩擦與剝離、降低液體輸送流速、選用帶電序列相近的材質）、抑制累積（接地與跨接、使用導電性材料、提高環境相對濕度、添加抗靜電劑）、以及避免可燃性混合氣與放電同時存在（通風換氣、惰性氣體置換）。

碳黑有效的原因是它本身就是導電的碳素微粒。當添加量超過一定比例後，分散在橡膠基材中的碳粒彼此接觸並連成導電網路，材料的體積電阻率可由絕緣等級一舉降到能夠洩漏電荷的等級，這也是導電鞋、導電地墊、導電輸送帶與油品輸送軟管的共同設計原理。相對地，抗靜電劑屬於界面活性劑，是靠吸收空氣中的水分在表面形成導電水膜，其效果與相對濕度高度相關，冬季乾燥時就打折扣。

帶電序列則是另一條路線：兩種材料在序列上距離愈遠，接觸分離後移轉的電荷量愈大，選用序列位置相近者可從源頭減少電荷產生量。環境濕度一般以維持在百分之六十至六十五以上作為抑制累積的參考值，因為濕度提高會在絕緣物表面形成微薄水膜而降低表面電阻。

延伸考點包括帶電形式的分類（接觸、摩擦、剝離、流動、噴出、沉降與感應帶電）、可燃性氣體的最小著火能量多在零點二至零點三毫焦耳而氫氣僅約零點零二毫焦耳、粉塵最小著火能量則高達數毫焦耳至數十毫焦耳，以及油罐車裝卸為何要求靜置時間與跨接接地。另一組常考的是人體帶電：人體電容約一百皮法拉，帶電至數千伏特時放電能量即可達零點幾毫焦耳，已足以引燃可燃性蒸氣，這正是可燃性液體作業場所要求穿用導電鞋、鋪設導電地板的原理，而碳黑橡膠即為其材料基礎。