抗靜電纖維簡述
紡織品特別是普通合成纖維制品在生產(chǎn)加工和使用中易因摩擦和感應(yīng)產(chǎn)生靜電,所產(chǎn)生的電荷不易逸散,影響穿著的舒適性和工作的安全性。因此有必要對纖維進(jìn)行抗靜電及導(dǎo)電處理,制得抗靜電纖維及導(dǎo)電纖維。
抗靜電纖維是能降低或消除在使用過程中產(chǎn)生靜電的合成纖維,體積比電阻通常為107~108Ω·cm。導(dǎo)電纖維是通過電子傳導(dǎo)和電暈放電而消除靜電的功能性纖維,通常是指在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(20℃、相對濕度65%)體積比電阻在107Ω·cm以下的纖維。
抗靜電纖維和導(dǎo)電纖維的作用都是為了改善合成纖維及制品的靜電性能,但這兩類纖維抗靜電機(jī)理存在區(qū)別。抗靜電纖維的抗靜電機(jī)理是通過吸濕使產(chǎn)生的大部分靜電泄漏,利用了漏電效應(yīng)。它需要吸收環(huán)境中的水分來增加靜電泄漏量,因而對環(huán)境濕度的依賴性高。導(dǎo)電纖維的抗靜電機(jī)理主要是當(dāng)導(dǎo)電纖維接近帶電體時(shí),利用電場引起自身電暈放電,使靜電中和,屬于放電效應(yīng)。[2]
抗靜電纖維分類
按抗靜電效果的持續(xù)性分類有暫時(shí)性和耐久性兩種。按導(dǎo)電成分分類有抗靜電劑型、金屬系、炭黑系、高分子型和納米級金屬氧化物型抗靜電纖維五種。
1.抗靜電劑型抗靜電纖維
抗靜電劑型抗靜電纖維加工工藝簡單,抗靜電劑對纖維的原有性能影響不大,可以在纖維表面形成導(dǎo)電層,降低其表面電阻率,使產(chǎn)生的靜電迅速泄漏。同時(shí),還可賦予纖維表面一定的潤滑性以降低摩擦系數(shù),抑制和減少靜電荷的產(chǎn)生。常用的抗靜電劑主要是一些表面活性劑,其分子結(jié)構(gòu)中含有親油基和親水基兩種基團(tuán)。親油基與聚合物結(jié)合,親水基面向空氣,排列在材料表面,形成“水膜”。因此,抗靜電劑的使用效果取決于用量和諸多外界因素,如溫度、相對濕度等。
2.金屬系抗靜電纖維
金屬系抗靜電纖維是利用金屬的導(dǎo)電性能制得的。主要方法是直接拉絲法,將金屬線反復(fù)過模具,拉伸,制成直徑為4~16μm的纖維。常用的金屬有不銹鋼、銅、鋁、金、銀等。類似的方法還有切削法,將金屬直接切削成纖維狀的細(xì)絲。另外,還有金屬噴涂法,將普通纖維*行表面處理,再用真空噴涂或化學(xué)電鍍法將金屬沉積在纖維表面,使纖維具有金屬一樣的導(dǎo)電性。金屬系抗靜電纖維的導(dǎo)電性能好、電阻率低,但纖維的手感比較差,而且纖維的混紡工藝難以控制,因此限制了它的進(jìn)一步推廣使用。
3.炭黑系抗靜電纖維
利用炭黑的導(dǎo)電性能來制造抗靜電纖維,這是一種比較古老而普遍的方法。該方法可分為以下三類:
(1)摻雜法。將炭黑與成纖物質(zhì)混合后紡絲,炭黑在纖維中成連續(xù)相結(jié)構(gòu),賦予纖維抗靜電性能。這種方法一般采用皮芯復(fù)合紡絲法,既不影響纖維原有的物理性能,又使纖維具有了抗靜電性。
(2)涂層法。涂層法是在普通纖維表面涂上炭黑。涂層方法可以采用黏合劑將炭黑黏合在纖維表面,或者直接將纖維表面快速軟化并與炭黑黏合。
(3)纖維炭化處理。有些纖維,如聚丙烯腈纖維、纖維素纖維、瀝青系纖維等,經(jīng)炭化處理后,纖維的主鏈主要為碳原子,從而使纖維具有導(dǎo)電能力。丙烯腈系纖維多采用低溫炭化處理法。
炭黑系抗靜電纖維突出的缺點(diǎn)是產(chǎn)品的顏色單一,只能是黑色或深灰色,并且炭黑容易脫落,手感不好,在纖維表面不易均勻分布。此外采用皮芯層紡絲時(shí)需要專用設(shè)備,制造成本很高。
4.高分子型抗靜電纖維
高分子材料通常被認(rèn)為是絕緣體,20世紀(jì)70年代聚乙炔導(dǎo)電材料的研制成功,打破了這種傳統(tǒng)觀念。之后,又相繼誕生了聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等高分子導(dǎo)電物質(zhì),人們對高分子材料導(dǎo)電性能的研究也越來越廣泛。利用導(dǎo)電高聚物制備導(dǎo)電纖維,主要方法有兩種:一是導(dǎo)電高分子材料的直接紡絲法,多采用濕法紡絲,如將聚苯胺配成濃溶液,在一定的凝固浴中拉伸紡絲;另一種是后處理法,在普通纖維表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),讓導(dǎo)電高分子吸附在纖維表面,使普通纖維具有抗靜電性能。高分子型抗靜電纖維的手感很好,但穩(wěn)定性差,抗靜電性能對環(huán)境的依賴性較強(qiáng),且抗靜電性能會(huì)隨著時(shí)間的延長而緩慢衰退,這就使其應(yīng)用受到限制。
5.納米級金屬氧化物型抗靜電纖維
納米級金屬氧化物粉體的淺色透明特征,決定了可制得淺色、高透明度的納米級金屬氧化物型抗靜電纖維。納米級SnO2透明導(dǎo)電粉末在抗靜電纖維制備中占有重要的地位。首先制得納米級SnO2(摻銻)透明導(dǎo)電粉末,然后在表面處理裝置中加入一定量的表面處理劑進(jìn)行局部包覆,得到分散性良好的納米級透明導(dǎo)電粉末或其分散體,最后選擇纖維材料基體,根據(jù)抗靜電等級,按比例加入濃縮的導(dǎo)電色漿,充分分散,獲得紡絲前驅(qū)體,經(jīng)濕法或干法紡絲制得抗靜電性能優(yōu)良的纖維。[1]
抗靜電纖維應(yīng)用
由于化學(xué)纖維的靜電:既象,帶來了靜電力的干擾和靜電放電的危害:纖維加工過程中的靜電吸引和排斥,服用過程中纏結(jié)、吸附灰塵、沾污。化纖及其織物的電擊和放電現(xiàn)象,輕者刺激皮膚,重者會(huì)引火、爆炸等。對于電子設(shè)備或辦公自動(dòng)化設(shè)備,靜電會(huì)引起集成電路(IC)的誤動(dòng)作,破壞貯存器,特別是電磁波(EMI)和靜電感應(yīng)(ESD)干擾,不僅損傷半導(dǎo)體器件,也能造成機(jī)器人誤動(dòng)作等各種設(shè)備障礙,甚至造成人身傷害事故。因此,采用抗靜電導(dǎo)電性織物、薄膜、薄板等復(fù)合材料,或者使抗靜電塑料填料導(dǎo)電化,以屏蔽電磁波,防止靜電積累產(chǎn)生靜電效應(yīng)等,將有利于減少靜電災(zāi)害。[3]