Antistaattiset kuidut
Antistaattiset kuidut ovat kemiallisten kuitujen luokka, jotka eivät helposti kerää staattisia varauksia. Normaaliolosuhteissa antistaattisten kuitujen tilavuusresistiivisyyden on oltava alle 10¹⁰Ω·cm tai staattisen varauksen purkautumisen puoliintumisajan alle 60 sekuntia.
1 Antistaattisten kuitujen toiminnot…
Antistaattiset kuidut
Antistaattiset kuidut ovat kemiallisia kuituja, jotka eivät helposti kerää staattisia varauksia. Normaaliolosuhteissa antistaattisten kuitujen ominaisvastus on alle 10¹⁰Ω·cm tai staattisen varauksen purkautumisen puoliintumisaika alle 60 sekuntia.
1 Antistaattisten kuitujen toiminnot
1.1 Staattisen sähkön aiheuttamien ongelmien syyt ja vaarat tekstiilimateriaaleissa
Tekstiilimateriaalit ovat enimmäkseen sähköeristeitä, joilla on suhteellisen korkea ominaisvastus, erityisesti synteettiset kuidut, joilla on alhainen kosteuden imeytyminen, kuten polyesteri-, akryyli- ja polyvinyylikloridikuidut. Tekstiilien prosessoinnin aikana kuitujen ja kuitujen tai kuitujen ja koneen osien välinen läheinen kosketus ja kitka aiheuttavat varauksen siirtymistä esineiden pinnalla, mikä tuottaa staattista sähköä.
Staattisella sähköllä voi olla monia haitallisia vaikutuksia. Esimerkiksi saman varauksen omaavat kuidut hylkivät toisiaan, ja eri varauksen omaavat kuidut vetävät puoleensa koneen osia, mikä aiheuttaa suikaleiden nukkaantumista, langan lisääntynyttä karvaisuutta, huonoa pakkauksen muodostumista, kuitujen tarttumista koneen osiin, langan katkeamista ja hajanaisia raitoja kankaan pinnalle. Kun vaatteet on ladattu, niihin on helppo imeä pölyä ja ne likaantuvat, ja ne voivat takertua vaatteiden ja ihmiskehon tai vaatteiden välille, ja jopa sähkökipinöitä voi syntyä. Vakavissa tapauksissa staattinen jännite voi nousta useisiin tuhansiin voltteihin, ja purkauksen synnyttämät kipinät voivat aiheuttaa vakavia seurauksia aiheuttavia tulipaloja.
1.2 Menetelmiä synteettisten kuitukankaiden staattisen häiriön ratkaisemiseksi
Synteettisille kuiduille ja niiden kankaille voidaan antaa kestäviä antistaattisia ominaisuuksia useilla eri tavoilla. Esimerkiksi hydrofiilisiä polymeerejä tai johtavia pienimolekyylipainoisia polymeerejä voidaan lisätä synteettisten kuitujen polymeroinnin tai kehräyksen aikana; komposiittikehräysteknologiaa voidaan käyttää hydrofiilisen ulkokerroksen omaavien komposiittikuitujen valmistukseen. Kehruuprosessissa synteettisiä kuituja voidaan sekoittaa voimakkaasti hygroskooppisten kuitujen kanssa tai positiivisesti ja negatiivisesti varautuneita kuituja voidaan sekoittaa potentiaalijärjestyksen mukaisesti. Kankaisiin voidaan myös levittää kestävää hydrofiilistä apuaineistoa.
2 tyyppiä antistaattisia kuituja
2.1 Pinta-aktiivisilla aineilla lisätyt kuidut
Suhteellisen kestävien antistaattisten kuitujen valmistamiseksi kehruuseokseen lisätään usein pinta-aktiivisia aineita. Kuidun muodostumisen jälkeen pinta-aktiiviset aineet siirtyvät ja diffundoituvat jatkuvasti kuidun sisältä pintaan omien ominaisuuksiensa ansiosta antistaattisen vaikutuksen saavuttamiseksi. On myös olemassa menetelmiä, kuten pinta-aktiivisten aineiden kiinnittäminen kuidun pintaan liimojen avulla tai niiden silloittaminen kalvoiksi kuidun pinnalle, ja vaikutus on samanlainen kuin antistaattisen lakan levittäminen muovipinnalle siveltimellä.
Tällaisten kuitujen antistaattinen vaikutus liittyy läheisesti ympäristön kosteuteen. Kun kosteus on korkea, kosteus voi parantaa pinta-aktiivisen aineen ionijohtavuutta ja antistaattinen suorituskyky paranee merkittävästi; kuivissa ympäristöissä vaikutus heikkenee.
2.2 Seos-, kopolymerointi- ja oksastusmodifiointiantistaattiset kuidut
Tämän tyyppisen antistaattisen kuidun ydin on modifioida kuitua muodostavaa polymeeriä ja parantaa kuidun hygroskooppisuutta lisäämällä hydrofiilisiä monomeerejä tai polymeerejä, jolloin kuidulle saadaan antistaattisia ominaisuuksia. Lisäksi akryylikehruumassaan voidaan sekoittaa kuparisulfaattia, ja kehräyksen ja koagulaation jälkeen se käsitellään rikkiä sisältävällä pelkistimellä, mikä voi parantaa johtavien kuitujen tuotantotehokkuutta ja johtavuuden kestävyyttä. Tavallisen seoskehruuksen lisäksi on vähitellen yleistynyt menetelmä, jossa hydrofiilisiä polymeerejä lisätään polymeroinnin aikana mikro-monifaasisen dispersiojärjestelmän muodostamiseksi, kuten polyetyleeniglykolin lisääminen kaprolaktaamireaktioseokseen antistaattisten ominaisuuksien kestävyyden parantamiseksi.
2.3 Metalliset johtavat kuidut
Metallijohtavat kuidut valmistetaan yleensä metallimateriaaleista erityisten kuidunmuodostusprosessien avulla. Yleisiä metalleja ovat ruostumaton teräs, kupari, alumiini, nikkeli jne. Tällaisilla kuiduilla on erinomainen sähkönjohtavuus, ne johtavat varauksia nopeasti ja poistavat tehokkaasti staattista sähköä. Samalla niillä on myös hyvä lämmönkestävyys ja kemiallinen korroosionkestävyys. Tekstiileihin sovellettaessa on kuitenkin joitakin rajoituksia. Esimerkiksi metallikuiduilla on alhainen koheesio, ja kuitujen välinen sidosvoima kehräyksen aikana on riittämätön, mikä todennäköisesti aiheuttaa langan laatuongelmia; valmiiden tuotteiden väriä rajoittaa itse metallin väri ja se on suhteellisen yksinkertainen. Käytännön sovelluksissa ne sekoitetaan usein tavallisiin kuituihin, jolloin metallikuitujen johtavuusetua käytetään sekoitetuille tuotteille antistaattisten ominaisuuksien antamiseen ja tavallisten kuitujen käyttö kehräystehon parantamiseen ja kustannusten vähentämiseen.
2.4 Hiilikuitua johtavat kuidut
Hiilijohtavien kuitujen valmistusmenetelmiin kuuluvat pääasiassa doping, pinnoitus, hiiletys jne. Dopingissa kuidunmuodostusmateriaaliin sekoitetaan johtavia epäpuhtauksia materiaalin elektronisen rakenteen muuttamiseksi, jolloin kuidulle saadaan johtavuus; pinnoituksessa kuidun pinnalle muodostetaan johtava kerros pinnoittamalla hyvin johtavaa hiilimateriaalia, kuten hiilimustaa; hiilestyksessä käytetään yleensä viskoosia, akryyliä, pihkaa jne. esiastekuituina, ja ne muunnetaan johtaviksi hiilikuiduiksi korkean lämpötilan hiilestyksellä. Näillä menetelmillä valmistetut hiilijohtavat kuidut saavuttavat tietyn johtavuuden säilyttäen samalla osan kuitujen alkuperäisistä mekaanisista ominaisuuksista. Vaikka hiilestyksellä käsitellyillä hiilikuiduilla on hyvä johtavuus, lämmönkestävyys ja kemiallinen kestävyys, niillä on korkea kimmokerroin, kova rakenne, sitkeyden puute, ne eivät kestä taivutusta eivätkä lämpökutistumiskykyä, joten niiden soveltuvuus on heikkoa joissakin tapauksissa, joissa kuiduilta vaaditaan hyvää joustavuutta ja muodonmuutoskykyä.
2.5 Johtavista polymeereistä valmistetut orgaaniset johtavat kuidut
Johtavista polymeereistä valmistetuilla orgaanisilla johtavilla kuiduilla on erityinen konjugoitu rakenne, ja elektronit voivat liikkua suhteellisen vapaasti molekyyliketjussa, mikä johtaa sähkönjohtavuuteen. Ainutlaatuisten johtavien ominaisuuksiensa ja orgaanisten materiaalien ominaisuuksiensa ansiosta tällaisilla kuiduilla on potentiaalista sovellusarvoa joillakin korkean tason aloilla, joilla on erityisiä materiaalien suorituskykyvaatimuksia ja alhainen kustannusherkkyys, kuten tietyissä elektronisissa laitteissa ja ilmailu- ja avaruustekniikan aloilla.
2.6 Orgaaniset johtavat kuidut, jotka on valmistettu päällystämällä johtavia aineita tavallisille synteettisille kuiduille
Tämän tyyppinen kuitu toteuttaa antistaattisen toiminnan pinnoittamalla johtavia aineita, kuten hiilimustaa ja metallia, tavallisten synteettisten kuitujen pinnalle pintakäsittelyprosessien avulla. Metallin pinnoitusprosessi on suhteellisen monimutkainen ja kallis, ja sillä voi olla tietty vaikutus kuidun kulutusominaisuuksiin, kuten tuntumaan.
2.7 Komposiittikehräysmenetelmällä valmistetut orgaaniset johtavat kuidut
Komposiittikehruumenetelmässä muodostetaan yksi kuitu kahdesta tai useammasta eri komponentista erityisen komposiittikehruuskokoonpanon avulla samassa kehruuprosessissa käyttämällä kahta tai useampaa koostumukseltaan tai ominaisuuksiltaan erilaista polymeeriä. Antistaattisia kuituja valmistettaessa käytetään yleensä yhtenä komponenttina johtavia polymeerejä tai johtavilla aineilla lisättyjä polymeerejä, jotka yhdistetään tavallisiin kuitua muodostaviin polymeereihin. Verrattuna muihin antistaattisten kuitujen valmistusmenetelmiin, komposiittikehruumenetelmällä valmistetuilla kuiduilla on vakaammat antistaattiset ominaisuudet ja vähemmän negatiivista vaikutusta kuitujen alkuperäisiin ominaisuuksiin.
3 antistaattisten kuitujen käyttökohdetta
Arkielämässä, kun ilma on talvella liian kuivaa, ihmisen ihon ja vaatteiden välille voi syntyä staattista sähköä, ja hetkellinen staattinen jännite voi vakavissa tapauksissa nousta kymmeniin tuhansiin voltteihin aiheuttaen epämukavuutta ihmiskeholle. Esimerkiksi matoilla käveleminen voi tuottaa 1500–35000 volttia staattista sähköä, vinyylihartsilattioilla käveleminen voi tuottaa 250–12000 volttia staattista sähköä ja tuolia vasten hankautuminen sisätiloissa voi tuottaa yli 1800 volttia staattista sähköä. Staattisen sähkön taso riippuu pääasiassa ympäröivän ilman kosteudesta. Yleensä, kun staattinen häiriö ylittää 7000 volttia, ihmiset tuntevat sähköiskun.
Staattinen sähkö on haitallista ihmiskeholle. Jatkuva staattinen sähkö voi lisätä veren emäksisyyttä, vähentää seerumin kalsiumpitoisuutta ja lisätä kalsiumin erittymistä virtsaan. Tällä on suurempi vaikutus kasvaviin lapsiin, vanhuksiin, joilla on hyvin alhainen veren kalsiumpitoisuus, sekä raskaana oleviin naisiin ja imettäviin äiteihin, jotka tarvitsevat paljon kalsiumia. Liiallinen staattisen sähkön kertyminen ihmiskehoon aiheuttaa aivojen hermosolujen kalvojen epänormaalia virranjohtavuutta, vaikuttaa keskushermostoon, johtaa muutoksiin veren pH-arvossa ja kehon happiominaisuuksissa, vaikuttaa kehon fysiologiseen tasapainoon ja aiheuttaa oireita, kuten huimausta, päänsärkyä, ärtyneisyyttä, unettomuutta, ruokahaluttomuutta ja henkistä transsia. Staattinen sähkö voi myös häiritä ihmisen verenkiertoa, immuunijärjestelmää ja hermostoa, vaikuttaa eri elinten (erityisesti sydämen) normaaliin toimintaan ja voi aiheuttaa epänormaalia sydämen sykettä ja ennenaikaisia sydämenlyöntejä. Talvella noin kolmasosa sydän- ja verisuonitaudeista liittyy staattiseen sähköön. Lisäksi syttyvissä ja räjähdysherkissä tiloissa ihmiskehoon kohdistuva staattinen sähkö voi aiheuttaa tulipaloja.
Julkaisun aika: 09.12.2025
