ประวัติความเป็นมาของการพัฒนาไฟเบอร์นำไฟฟ้า

ระยะแรก

ใช้สารป้องกันไฟฟ้าสถิตดูดความชื้นในขั้นตอนการรักษาพื้นผิวบนเส้นใยหรือผ้า

น้ำมีค่าการนำไฟฟ้าสูง ตราบใดที่น้ำปริมาณเล็กน้อยถูกดูดซับ ค่าการนำไฟฟ้าของโพลีเมอร์ก็จะดีขึ้นอย่างมาก น้ำสามารถเป็นตัวกลางในการถ่ายเทประจุ ส่งเสริมการเคลื่อนที่ของไอออนไปยังอิเล็กโทรดฝั่งตรงข้าม และเมื่อน้ำลดลง ก็สามารถเติมน้ำจากชั้นบรรยากาศได้ ด้วยการใช้คุณลักษณะของน้ำนี้ จึงมีการพัฒนาชุดสารป้องกันไฟฟ้าสถิตจำนวนหนึ่ง สารป้องกันไฟฟ้าสถิตย์คือสารลดแรงตึงผิวที่มีกลุ่มที่ชอบน้ำและกลุ่มที่ไม่ชอบน้ำ กลุ่มที่ไม่ชอบน้ำชี้ไปที่พื้นผิวของวัสดุไฟเบอร์ ดูดซับบนส่วนต่อประสานเฟส และเปลี่ยนสถานะของส่วนต่อประสานเฟส กลุ่มที่ชอบน้ำชี้ไปที่อวกาศและดูดซับไอน้ำในบรรยากาศ

โดยทั่วไปสารป้องกันไฟฟ้าสถิตมีหน้าที่ดังต่อไปนี้บนพื้นผิวของเส้นใยและผลิตภัณฑ์:

1. การดูดซับความชื้น: ฟิล์มน้ำโมเลกุลเดี่ยวต่อเนื่องจะเกิดขึ้นบนพื้นผิวของวัสดุเส้นใย

2. การลดความต้านทานจำเพาะ: ฟิล์มน้ำบนพื้นผิวของวัสดุเส้นใยจะเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์ไดอิเล็กทริกของวัสดุเส้นใย จึงช่วยลดความต้านทานเฉพาะพื้นผิวได้อย่างมีประสิทธิภาพ

3. เพิ่มการนำไอออน: เพิ่มความเข้มข้นของไอออนบนพื้นผิวของวัสดุเส้นใยและเพิ่มการนำไอออน (รวมถึงโปรตอน) ในไอน้ำ

4. ส่งเสริมการละลายอิเล็กโทรไลต์: เป็นสถานที่สำหรับการละลายคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศและอิเล็กโทรไลต์ในวัสดุเส้นใย

5. การวางตัวเป็นกลางทางไฟฟ้า: เมื่อสัญญาณประจุของสารป้องกันไฟฟ้าสถิตอยู่ตรงข้ามกับวัสดุไฟเบอร์ จะทำให้เกิดการวางตัวเป็นกลางทางไฟฟ้า

ข้อดี: การประมวลผลสะดวก ต้นทุนต่ำ และป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ได้ชัดเจน

ข้อเสีย: ประสิทธิภาพการป้องกันไฟฟ้าสถิตขึ้นอยู่กับความชื้นในสิ่งแวดล้อมเป็นอย่างมาก ที่ความชื้นต่ำ (RH<40%), its antistatic performance is lost and its durability is poor.

ขั้นตอนที่สอง

เพิ่มสารป้องกันไฟฟ้าสถิตภายในเส้นใยเพื่อปรับเปลี่ยนเส้นใย

ส่วนประกอบของสารป้องกันไฟฟ้าสถิตจะถูกเพิ่มเข้าไปในโพลีเมอร์พื้นฐาน ผสมหรือโคโพลีเมอร์กับโพลีเมอร์พื้นฐาน และเส้นใยป้องกันไฟฟ้าสถิตแบบผสมหลัก-เกาะหรือเปลือกทะเล-ถูกสร้างขึ้นโดยวิธีการปั่นแบบคอมโพสิต เฟสเกาะหรือส่วนแกนกลางเป็นโพลีเมอร์ที่มีสารป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ และโพลีเมอร์พื้นฐานเป็นเฟสทะเลหรือส่วนผิวหนังเป็นส่วนหลักของเส้นใย ซึ่งช่วยปกป้องโพลีเมอร์กลุ่มที่ชอบน้ำและเข้ารับหน้าที่พื้นฐานของเส้นใย สารป้องกันไฟฟ้าสถิตภายในเส้นใยป้องกันไฟฟ้าสถิตส่วนใหญ่เป็นสารลดแรงตึงผิวแบบขั้วหรือไอออนิก โครงสร้างโมเลกุลของมันยังมีกลุ่มที่ชอบน้ำและกลุ่มที่ไม่ชอบน้ำ กลุ่มที่ไม่ชอบน้ำมีความเข้ากันได้ในระดับหนึ่งกับโพลีเมอร์พื้นฐาน ในขณะที่กลุ่มที่ชอบน้ำทำให้มีความสามารถในการดูดความชื้นในระดับหนึ่ง

กลไกป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ของเส้นใยป้องกันไฟฟ้าสถิต: กลุ่มที่ชอบน้ำที่มีอยู่ในสารป้องกันไฟฟ้าสถิตภายในเส้นใยสามารถเคลื่อนตัวไปยังพื้นผิวของเส้นใยและสร้างฟิล์มน้ำได้ ฟิล์มน้ำจะดูดซับไอน้ำในบรรยากาศเพื่อเพิ่มอิเล็กทริกของเส้นใย ฟังก์ชั่นเพื่อลดความต้านทานเฉพาะพื้นผิวของเส้นใยและเร่งการรั่วซึมของประจุไฟฟ้าสถิตสุทธิ

ข้อดี: เนื่องจากสารป้องกันไฟฟ้าสถิตอยู่ภายในโพลีเมอร์พื้นฐาน ความทนทานจึงดีกว่า

ข้อเสีย: ผลของสารป้องกันไฟฟ้าสถิตขึ้นอยู่กับความสามารถในการดูดความชื้น ซึ่งถึงวาระที่จะต้องขึ้นอยู่กับความชื้นในสิ่งแวดล้อม ภายใต้ความชื้นต่ำ (RH<40%) conditions, it will lose its antistatic performance. The dosage is large.

ขั้นตอนที่สาม

ขั้นตอนการเคลือบผิวเส้นใยโลหะและวัสดุนำไฟฟ้า

1. เส้นใยนำไฟฟ้าของโลหะ: เส้นใยนำไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นโดยใช้ค่าการนำไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมของโลหะ ทำให้เป็นเส้นใยนำไฟฟ้าที่เก่าแก่ที่สุดและแท้จริง ความต้านทานสามารถเข้าถึง 10′²-10′¹ Ω · cm. โลหะที่ใช้กันทั่วไปสำหรับเส้นใยโลหะ ได้แก่ สแตนเลส ทองแดง อลูมิเนียม นิกเกิล ทอง เงิน ฯลฯ ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายคือเส้นใยสแตนเลส 304, 304L และ 316, 316L วิธีการผลิตหลักคือวิธีเขียนแบบโดยตรง ลวดโลหะถูกยืดซ้ำๆ ผ่านแม่พิมพ์เพื่อสร้างเส้นใยที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 4-10μm (ปัจจุบันบางที่สุดน้อยกว่า 1μm) ความต้านทานการแตกหักคือ 5-15cN/dtex และการยืดตัวของการแตกหักคือ 3.0-5.0% เส้นใยสเตนเลสมีความทนทานเป็นเลิศ การนำความร้อน ความต้านทานการดัดงอ ความต้านทานต่อการเสียดสี และความต้านทานรังสี เมื่อปริมาณเส้นใยโลหะมากกว่า 0.5% ผ้าจะมีคุณสมบัติป้องกันไฟฟ้าสถิตบางอย่าง และเมื่อมีปริมาณเส้นใยโลหะมากกว่า 2 ถึง 5% ผ้าจะมีคุณสมบัติป้องกันไฟฟ้าสถิตได้ดี เมื่อปริมาณเส้นใยโลหะมากกว่า 8% ผ้าไม่เพียงแต่มีคุณสมบัติป้องกันไฟฟ้าสถิตย์เท่านั้น แต่ยังมีคุณสมบัติป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอีกด้วย

ปริมาณเส้นใยโลหะและ-คุณสมบัติป้องกันไฟฟ้าสถิต

หมายเหตุ: ค่าการนำไฟฟ้าของเส้นใยสแตนเลสจะเพิ่มขึ้นตามความละเอียดที่เพิ่มขึ้น เมื่อความละเอียดน้อยกว่า 8μm มันจะลดลงตามความละเอียดที่เพิ่มขึ้น ข้อเสีย: เส้นใยมีความแข็งกว่า แรงยึดเกาะแย่ลงเล็กน้อย ความสามารถในการย้อมสีได้ไม่ดี และราคาเส้นใยก็สูงขึ้น

2. พื้นผิวของวัสดุนำไฟฟ้าเคลือบด้วยเส้นใยนำไฟฟ้า:

เส้นใยนี้แสดงด้วยเส้นใยนำไฟฟ้าเคลือบคาร์บอนแบล็ก-ที่พัฒนาขึ้นครั้งแรกโดย BASF ในเยอรมนีในทศวรรษ 1960 วิธีการผลิตคือการเคลือบและยึดโลหะ คาร์บอน โพลีเมอร์นำไฟฟ้า และวัสดุนำไฟฟ้าอื่นๆ บนพื้นผิวของเส้นใยธรรมดาโดยวิธีทางกายภาพและเคมี ส่วนประกอบที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าของเส้นใยนี้กระจายอยู่บนพื้นผิวของเส้นใย ดังนั้นผลป้องกันไฟฟ้าสถิตย์จึงดี แต่ในกระบวนการใช้งาน วัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าจะหลุดง่ายและประสิทธิภาพที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าจะหายไป

ขั้นตอนที่สี่

เวทีไฟเบอร์นำไฟฟ้าคอมโพสิต

ในปี 1975 ดูปองท์ใช้เทคโนโลยีการปั่นแบบคอมโพสิตเพื่อสร้างเส้นใยนำไฟฟ้าแบบคอมโพสิตที่มีแกนนำคาร์บอนแบล็กเป็นสื่อกระแสไฟฟ้า-Antron III ด้วยเหตุนี้ บริษัทเส้นใยเคมีรายใหญ่จึงเริ่มวิจัยและพัฒนาเส้นใยคอมโพสิตที่มีคาร์บอนแบล็คเป็นส่วนประกอบนำไฟฟ้า Monsanto ได้พัฒนาเส้นใยนำไฟฟ้าแบบเคียงข้างกัน-ต่อ- Kanebo ได้พัฒนาเส้นใยนำไฟฟ้าไนลอน และ Unijika, Kuraray และ Toyobo ก็ได้พัฒนาเส้นใยนำไฟฟ้าแบบผสมอย่างต่อเนื่อง ในช่วงเวลานี้ เส้นใยนำไฟฟ้าผสมคาร์บอนแบล็คได้รับการพัฒนาอย่างมาก ในช่วงปลายทศวรรษ 1980 ผลผลิตประจำปีของญี่ปุ่นสูงถึง 200 ตัน เนื่องจากเส้นใยนำไฟฟ้าผสมคาร์บอนแบล็คใช้คาร์บอนแบล็คเป็นส่วนประกอบนำไฟฟ้า เส้นใยจึงมักเป็นสีเทาเข้ม ซึ่งจำกัดขอบเขตการใช้งาน

การเกิดขึ้นของเส้นใยนำไฟฟ้าผสมคาร์บอนแบล็คช่วยส่งเสริมการพัฒนาและการผลิตผ้าป้องกันไฟฟ้าสถิตแบบฝัง

ขั้นตอนที่ห้า

ขั้นตอนการพัฒนาไวท์เทนนิ่งของเส้นใยนำไฟฟ้า

ในช่วงทศวรรษ 1980 ได้มีการเริ่มงานวิจัยเกี่ยวกับการฟอกสีฟันของเส้นใยนำไฟฟ้า วิธีการทั่วไปคือการใช้ทองแดง เงิน นิกเกิล และแคดเมียม และโลหะซัลไฟด์อื่นๆ ไอโอไดด์หรือออกไซด์ และโพลีเมอร์ธรรมดาเพื่อผสมหรือปั่นผสมเพื่อสร้างเส้นใยนำไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น เส้นใยนำไฟฟ้าของชั้นนำไฟฟ้า CuS เกิดจากปฏิกิริยาทางเคมี เส้นใยนำไฟฟ้า T-25 ที่มี CuI ผลิตโดย Teijin Co., Ltd.; เส้นใยนำไฟฟ้าที่มี Zn0 ผลิตโดย Kanebo Co., Ltd.; Unijika และบริษัทอื่นๆ ก็ได้ผลิตเส้นใยนำไฟฟ้าสีขาวเช่นกัน ประสิทธิภาพของเส้นใยนำไฟฟ้าสีขาวที่ใช้สารประกอบโลหะหรือออกไซด์เป็นวัสดุนำไฟฟ้านั้นไม่ดีเท่ากับประสิทธิภาพของเส้นใยนำไฟฟ้าผสมคาร์บอนแบล็ค แต่การใช้งานไม่ได้ถูกจำกัดด้วยสี

ขั้นตอนที่หก

ขั้นตอนการพัฒนาเส้นใยนำไฟฟ้าโพลีเมอร์

เส้นใยนำไฟฟ้าโพลีเมอร์เป็นเส้นใยนำไฟฟ้าโพลีเมอร์ภายในที่ผลิตโดยวัสดุโพลีเมอร์ที่เติม เช่นโพลีไพโรล โพลีไทโอฟีน โพลีอะนิลีน และวัสดุโพลีเมอร์อื่นๆ โพลีเมอร์นำไฟฟ้าจากภายในเหล่านี้มีค่าการนำไฟฟ้าสูง (สูงถึง 10µ³~10µ²s/cm)

การวิจัยเกี่ยวกับวัสดุประเภทนี้มีความก้าวหน้าอย่างมาก อย่างไรก็ตาม การใช้งานจริงยังคงมีความยากลำบากอยู่บ้าง เนื่องจากประสิทธิภาพการประมวลผลต่ำเป็นหลัก นอกจากนี้ การวิจัยเกี่ยวกับความเป็นตัวนำยิ่งยวดของโพลีเมอร์ทั้งในและต่างประเทศก็อยู่ระหว่างดำเนินการเช่นกัน งานวิจัยเกี่ยวกับสิ่งทออัจฉริยะของข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์ก็อยู่ในระหว่างดำเนินการเช่นกัน

การวิจัยและพัฒนาในประเทศเกี่ยวกับเส้นใยนำไฟฟ้าค่อนข้างล่าช้า ในช่วงทศวรรษที่ 1980 การผลิตเส้นใยโลหะและคาร์บอนไฟเบอร์ในประเทศเริ่มขึ้นในประเทศ แต่ผลผลิตค่อนข้างน้อย เส้นใยนำไฟฟ้าส่วนใหญ่ที่จำเป็นขึ้นอยู่กับการนำเข้า การวิจัยและพัฒนาเส้นใยโลหะในประเทศที่เก่าแก่ที่สุดคือสถาบันวิจัยเหมืองแร่และโลหะวิทยาหลานโจว และสถาบันวิจัยทางวิทยาศาสตร์อื่นๆ และองค์กรบางแห่ง เช่น โรงงาน 540 ในซินเซียง การวิจัยและพัฒนาในประเทศของเส้นใยนำไฟฟ้าคอมโพสิตคาร์บอนแบล็ค ได้แก่ สถาบันวิจัยสิ่งทออู๋ซีและสถาบันสิ่งทอผ้าไหมยอดเยี่ยมของจีน เทคโนโลยีกระบวนการปัจจุบันค่อนข้างเป็นผู้ใหญ่ มหาวิทยาลัยในประเทศและสถาบันวิจัยทางวิทยาศาสตร์จำนวนมากและองค์กรขนาดใหญ่บางแห่งประสบความสำเร็จในการพัฒนาเส้นใยนำไฟฟ้าอินทรีย์และเส้นใยนำไฟฟ้าสีขาวหลากหลายชนิด

เช่น: เส้นใยนำไฟฟ้าโพลีเอสเตอร์ที่เป็นโลหะเคลือบด้วยทองแดงและนิกเกิลบนพื้นผิว เส้นใยอะคริลิกนำไฟฟ้าของคอปเปอร์ไอโอไดด์ เส้นใยนำไฟฟ้าที่ทำจากโพลีเอสเตอร์ผสมคอปเปอร์ไอโอไดด์ผสม เส้นใยผสมคาร์บอนแบล็ค ฯลฯ ในเทคโนโลยีการผลิตเส้นใยนำไฟฟ้าสีขาว องค์กรในประเทศบางแห่งประสบความสำเร็จในการพัฒนาเทคโนโลยีเส้นใยเกาะทะเล-และอื่นๆ โดยทั่วไปแล้ว ยังคงมีช่องว่างบางอย่างกับระดับสูงจากต่างประเทศ เช่น คุณภาพและความเสถียรของผลิตภัณฑ์