กระบวนการพัฒนาเส้นใยนำไฟฟ้า

ระยะแรก

ขั้นตอนการรักษาพื้นผิวของเส้นใยหรือผ้าด้วยสารป้องกันไฟฟ้าสถิตดูดความชื้น

น้ำมีค่าการนำไฟฟ้าสูงมาก ตราบใดที่น้ำปริมาณเล็กน้อยถูกดูดซับ ค่าการนำไฟฟ้าของโพลีเมอร์ก็จะดีขึ้นอย่างมาก น้ำสามารถเป็นตัวกลางในการถ่ายเทประจุไฟฟ้าและส่งเสริมการเคลื่อนที่ของไอออนไปยังอิเล็กโทรดฝั่งตรงข้าม และเมื่อน้ำลดลง ก็สามารถเติมน้ำจากชั้นบรรยากาศได้ ด้วยการใช้คุณลักษณะของน้ำนี้ จึงมีการพัฒนาชุดสารป้องกันไฟฟ้าสถิตจำนวนหนึ่ง สารป้องกันไฟฟ้าสถิตย์คือสารลดแรงตึงผิวที่มีกลุ่มที่ชอบน้ำและไม่ชอบน้ำ กลุ่มที่ไม่ชอบน้ำชี้ไปที่พื้นผิวของวัสดุไฟเบอร์ ดูดซับบนส่วนต่อประสานเฟส และเปลี่ยนสถานะของส่วนต่อประสานเฟส กลุ่มที่ชอบน้ำชี้ไปที่อวกาศดูดซับความชื้นในบรรยากาศ

โดยทั่วไปสารป้องกันไฟฟ้าสถิตจะมีผลกระทบต่อพื้นผิวของเส้นใยและผลิตภัณฑ์ดังนี้:

1. ผลดูดความชื้น: ฟิล์มน้ำโมเลกุลเดี่ยวต่อเนื่องจะเกิดขึ้นบนพื้นผิวของวัสดุเส้นใย

2. ผลของการลดความต้านทานเฉพาะ: ฟิล์มน้ำบนพื้นผิวของวัสดุเส้นใยช่วยเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์ไดอิเล็กทริกของวัสดุเส้นใย จึงช่วยลดความต้านทานเฉพาะของพื้นผิวได้อย่างมีประสิทธิภาพ

3. เพิ่มการนำไอออน: เพิ่มความเข้มข้นของไอออนบนพื้นผิวของวัสดุเส้นใย และเพิ่มการนำไฟฟ้าของไอออน (รวมถึงโปรตอน) ในไอน้ำ

4. ส่งเสริมการละลายของอิเล็กโทรไลต์: จัดให้มีสถานที่สำหรับการละลายคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศและมีอิเล็กโทรไลต์อยู่ในวัสดุเส้นใย

5. การทำให้เป็นกลางทางไฟฟ้า: เมื่อสัญญาณประจุของสารป้องกันไฟฟ้าสถิตอยู่ตรงข้ามกับของวัสดุไฟเบอร์ การทำให้เป็นกลางทางไฟฟ้าจะเกิดขึ้น

ข้อดี: การประมวลผลสะดวก ต้นทุนต่ำ และป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ได้ชัดเจน

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

ขั้นตอนที่สอง

เพิ่มสารป้องกันไฟฟ้าสถิตภายในเส้นใยเพื่อปรับเปลี่ยนเส้นใย

ส่วนประกอบของสารป้องกันไฟฟ้าสถิตถูกเติมเข้าไปภายในโพลีเมอร์พื้นฐาน โดยผสมหรือโคโพลีเมอร์กับโพลีเมอร์พื้นฐาน และใช้วิธีปั่นแบบคอมโพสิตเพื่อสร้าง-เกาะในทะเลหรือผิวหนัง-เส้นใยป้องกันไฟฟ้าสถิตที่เป็นแกนหลัก เฟสเกาะหรือแกนเป็นโพลีเมอร์ที่มีสารป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ และโพลีเมอร์พื้นฐานเป็นเฟสทางทะเลหรือผิวหนังเป็นตัวหลักของเส้นใย ซึ่งช่วยปกป้องกลุ่มที่ชอบน้ำของโพลีเมอร์และเข้ารับหน้าที่พื้นฐานของเส้นใย สารป้องกันไฟฟ้าสถิตภายในเส้นใยป้องกันไฟฟ้าสถิตส่วนใหญ่เป็นสารลดแรงตึงผิวที่มีขั้วหรือไอออนิก โครงสร้างโมเลกุลของมันยังมีกลุ่มที่ชอบน้ำและกลุ่มที่ไม่ชอบน้ำ หมู่ที่ไม่ชอบน้ำมีความเข้ากันได้บางอย่างกับโพลีเมอร์พื้นฐาน ในขณะที่หมู่ที่ชอบน้ำจะทำให้พวกมันดูดความชื้นได้

กลไกป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ของเส้นใยป้องกันไฟฟ้าสถิต: กลุ่มที่ชอบน้ำที่มีอยู่ในสารป้องกันไฟฟ้าสถิตภายในเส้นใยสามารถเคลื่อนตัวไปยังชั้นผิวของเส้นใยและสร้างฟิล์มน้ำได้ ฟิล์มน้ำดูดซับไอน้ำในบรรยากาศเพื่อปรับปรุงอิเล็กทริกของฟังก์ชันเส้นใย ลดความต้านทานเฉพาะพื้นผิวของเส้นใย และเร่งการรั่วไหลของประจุไฟฟ้าสถิตสุทธิ

ข้อดี: เนื่องจากสารป้องกันไฟฟ้าสถิตอยู่ภายในโพลีเมอร์พื้นฐาน ความทนทานจึงดีกว่า

ข้อเสีย: การทำงานของสารป้องกันไฟฟ้าสถิตขึ้นอยู่กับความสามารถในการดูดความชื้น ซึ่งถูกกำหนดให้ขึ้นอยู่กับความชื้นในสิ่งแวดล้อม ภายใต้ความชื้นต่ำ (RH<40%), the antistatic performance will be lost. Large amount.

ขั้นตอนที่สาม

ขั้นตอนการเคลือบผิวเส้นใยโลหะและวัสดุนำไฟฟ้า

1. เส้นใยนำไฟฟ้าของโลหะ: เส้นใยนำไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นโดยใช้คุณสมบัตินำไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมของโลหะ ทำให้เป็นเส้นใยนำไฟฟ้าที่เก่าแก่ที่สุดและแท้จริง ความต้านทานสามารถเข้าถึง 10′²-10′¹ Ω · cm. โลหะที่ใช้กันทั่วไปสำหรับเส้นใยโลหะ ได้แก่ สแตนเลส ทองแดง อลูมิเนียม นิกเกิล ทอง เงิน ฯลฯ ปัจจุบันเส้นใยสแตนเลส 304, 304L และ 316, 316L ใช้กันอย่างแพร่หลาย วิธีการผลิตหลักคือวิธีการยืดโดยตรง เหล็กลวดโลหะถูกยืดซ้ำๆ ผ่านแม่พิมพ์เพื่อผลิตเส้นใยที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 4 ถึง 10 μm (ปัจจุบันที่บางที่สุดถึงน้อยกว่า 1 μm) โดยมีความต้านทานการแตกหักที่ 5 ถึง 15 cN/dtex และการยืดตัวของการแตกหักที่ 3.0 ถึง 5.0% เส้นใยสแตนเลสมีความทนทานเป็นเลิศ การนำความร้อน ความต้านทานการดัดงอ ความต้านทานการสึกหรอ และการป้องกันรังสี เมื่อปริมาณเส้นใยโลหะมากกว่า 0.5% ผ้าจะมีคุณสมบัติป้องกันไฟฟ้าสถิตบางอย่าง เมื่อปริมาณเส้นใยโลหะอยู่ที่ 2 ถึง 5% ผ้าจะมีคุณสมบัติป้องกันไฟฟ้าสถิตได้ดี เมื่อปริมาณเส้นใยโลหะมากกว่า 8% ผ้าไม่เพียงแต่มีคุณสมบัติป้องกันไฟฟ้าสถิตย์เท่านั้น แต่ยังมีคุณสมบัติป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอีกด้วย

ปริมาณเส้นใยโลหะและคุณสมบัติป้องกันไฟฟ้าสถิต

หมายเหตุ: ค่าการนำไฟฟ้าของเส้นใยสแตนเลสจะเพิ่มขึ้นตามความละเอียดที่เพิ่มขึ้น เมื่อความละเอียดน้อยกว่า 8μm ก็จะลดลงตามความละเอียดที่เพิ่มขึ้น ข้อเสีย: เส้นใยมีความแข็ง การทำงานร่วมกันแย่ลงเล็กน้อย การย้อมสีได้ไม่ดี และราคาเส้นใยจะสูงขึ้น

2. เส้นใยนำไฟฟ้าเคลือบบนพื้นผิวของวัสดุนำไฟฟ้า:

เส้นใยนี้แสดงโดยเส้นใยนำไฟฟ้าเคลือบคาร์บอนแบล็ก-ที่พัฒนาขึ้นครั้งแรกโดยบริษัท BASF ของเยอรมนีในทศวรรษ 1960 วิธีการผลิตคือการเคลือบและยึดโลหะ คาร์บอน โพลีเมอร์นำไฟฟ้า และสารนำไฟฟ้าอื่นๆ บนพื้นผิวของเส้นใยธรรมดาโดยวิธีทางกายภาพและเคมี ส่วนประกอบที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าของเส้นใยนี้กระจายอยู่บนพื้นผิวของเส้นใย ดังนั้นผลป้องกันไฟฟ้าสถิตจึงดี แต่ในกระบวนการใช้งาน สารที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าจะหลุดออกง่าย เพื่อให้ประสิทธิภาพการนำไฟฟ้าหายไป

ขั้นตอนที่สี่

เวทีไฟเบอร์นำไฟฟ้าคอมโพสิต

ในปี 1975 ดูปองท์ใช้เทคโนโลยีการปั่นแบบคอมโพสิตเพื่อสร้างเส้นใยนำไฟฟ้าแบบคอมโพสิตที่มีแกนนำคาร์บอนแบล็กเป็นสื่อกระแสไฟฟ้า-Antron (Antron III) ด้วยเหตุนี้ บริษัทเส้นใยเคมีรายใหญ่จึงเริ่มวิจัยและพัฒนาเส้นใยคอมโพสิตที่ใช้คาร์บอนแบล็คเป็นส่วนประกอบนำไฟฟ้า Monsanto ได้พัฒนาเส้นใยนำไฟฟ้าแบบคู่-ต่อ- Japan Bell Textile ได้พัฒนาเส้นใยนำไฟฟ้าไนลอน ส่วน Unijica, Kuraray และ Toyobo ได้พัฒนาเส้นใยนำไฟฟ้าแบบผสมอย่างต่อเนื่อง ในช่วงเวลานี้ เส้นใยนำไฟฟ้าผสมคาร์บอนแบล็คได้รับการพัฒนาอย่างมาก ในช่วงปลายทศวรรษ 1980 ผลผลิตประจำปีของญี่ปุ่นสูงถึง 200 ตัน เนื่องจากเส้นใยนำไฟฟ้าผสมคาร์บอนแบล็คใช้คาร์บอนแบล็คเป็นส่วนประกอบนำไฟฟ้า เส้นใยจึงมักเป็นสีเทาดำ ซึ่งจำกัดขอบเขตการใช้งาน

การปรากฏตัวของเส้นใยนำไฟฟ้าคอมโพสิตคาร์บอนแบล็คได้ส่งเสริมการพัฒนาและการผลิตผ้าป้องกันไฟฟ้าสถิตที่ฝังอยู่

ขั้นตอนที่ห้า

ขั้นตอนการพัฒนาของการฟอกสีฟันของเส้นใยนำไฟฟ้า

ในช่วงทศวรรษ 1980 การวิจัยการฟอกสีฟันของเส้นใยนำไฟฟ้าได้เริ่มต้นขึ้น วิธีการทั่วไปคือการใช้ซัลไฟด์ ไอโอไดด์ หรือออกไซด์ของโลหะ เช่น ทองแดง เงิน นิกเกิล และแคดเมียม เพื่อปั่นหรือปั่นรวมกับโพลีเมอร์ธรรมดาเพื่อสร้างเส้นใยนำไฟฟ้า ตัวอย่างเช่นเส้นใยนำไฟฟ้าที่ทำจากชั้นนำไฟฟ้า CuS โดยปฏิกิริยาทางเคมี ไฟเบอร์นำไฟฟ้า T-25 ที่ผลิตโดยบริษัท Teijin และมี CuI เส้นใยนำไฟฟ้าที่มี Zn0 ผลิตโดยบริษัท Zhongfang บริษัทต่างๆ เช่น Unijka ก็ผลิตเส้นใยนำไฟฟ้าสีขาวเช่นกัน ประสิทธิภาพของเส้นใยนำไฟฟ้าสีขาวที่ใช้สารประกอบโลหะหรือออกไซด์เป็นวัสดุนำไฟฟ้านั้นไม่ดีเท่ากับเส้นใยนำไฟฟ้าผสมคาร์บอนแบล็ค แต่การใช้งานไม่ได้ถูกจำกัดด้วยสี

ขั้นตอนที่หก

ขั้นตอน R&D ของเส้นใยนำไฟฟ้าโพลีเมอร์

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

มีความก้าวหน้าบางประการในการวิจัยวัสดุดังกล่าว แต่ยังมีปัญหาในการใช้งานจริงอยู่บ้าง เนื่องจากประสิทธิภาพการประมวลผลไม่ดี นอกจากนี้ การวิจัยเกี่ยวกับความเป็นตัวนำยิ่งยวดของโพลีเมอร์ทั้งในและต่างประเทศก็อยู่ในระหว่างดำเนินการเช่นกัน การวิจัยเกี่ยวกับสิ่งทออัจฉริยะของข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์ก็อยู่ในระหว่างดำเนินการเช่นกัน

การวิจัยและพัฒนาเส้นใยนำไฟฟ้าในประเทศค่อนข้างล่าช้า ในช่วงทศวรรษ 1980 การผลิตเส้นใยโลหะและคาร์บอนไฟเบอร์ในประเทศเริ่มต้นขึ้น แต่ผลผลิตมีน้อย เส้นใยนำไฟฟ้าที่จำเป็นส่วนใหญ่นำเข้ามา การวิจัยและพัฒนาเส้นใยโลหะในประเทศที่เก่าแก่ที่สุดคือสถาบันวิจัยทางวิทยาศาสตร์ เช่น สถาบันเหมืองแร่และโลหะวิทยาหลานโจว และองค์กรบางแห่ง เช่น โรงงาน 540 ในซินเซียง การวิจัยและพัฒนาภายในประเทศของเส้นใยนำไฟฟ้าผสมคาร์บอนแบล็ค ได้แก่ สถาบันวิจัยสิ่งทออู๋ซี และไชน่าเท็กซ์ไทล์ยูซีแห่งสถาบันวิทยาศาสตร์สิ่งทอ เทคโนโลยีปัจจุบันค่อนข้างเป็นผู้ใหญ่ นอกจากนี้ยังมีมหาวิทยาลัยในประเทศ สถาบันวิจัยทางวิทยาศาสตร์ และองค์กรขนาดใหญ่บางแห่งในประเทศจำนวนไม่น้อยที่ประสบความสำเร็จในการพัฒนาเส้นใยนำไฟฟ้าอินทรีย์และเส้นใยนำไฟฟ้าสีขาวหลายชนิด

เช่น: ทองแดง-ชุบ นิกเกิล-โลหะชุบเส้นใยโพลีเอสเตอร์นำไฟฟ้า เส้นใยอะคริลิกนำไฟฟ้าไอโอไดด์ทองแดง เส้นใยนำไฟฟ้าที่ทำจากเส้นด้ายผสมโพลีเอสเตอร์ไอโอไดด์ทองแดง เส้นใยผสมคาร์บอนแบล็ค ฯลฯ ในแง่ของเทคโนโลยีการผลิตเส้นใยนำไฟฟ้าสีขาว บริษัทในประเทศได้ประสบความสำเร็จในการพัฒนาเทคโนโลยีไฟเบอร์ชนิดเกาะ-และอื่นๆ โดยทั่วไปยังคงมีช่องว่างอยู่บ้างกับระดับต่างประเทศขั้นสูง เช่น คุณภาพของผลิตภัณฑ์และความเสถียร