تاریخچه توسعه فیبر رسانا

مرحله اول

برای انجام مرحله عملیات سطحی روی الیاف یا پارچه از عامل آنتی استاتیک رطوبت سنجی استفاده کنید.

آب رسانایی الکتریکی بالایی دارد. تا زمانی که مقدار کمی آب جذب شود، رسانایی پلیمر می تواند به طور قابل توجهی بهبود یابد. آب می‌تواند یک محیط انتقال برای شارژ فراهم کند، حرکت یون‌ها را به سمت الکترود مخالف افزایش دهد و وقتی آب کاهش می‌یابد، می‌تواند از جو دوباره پر شود. با استفاده از این ویژگی آب، یک سری عوامل ضد الکتریسیته ساکن ساخته شده است. عامل آنتی استاتیک یک سورفکتانت است که دارای یک گروه آبدوست و یک گروه آبگریز است. گروه آبگریز به سطح ماده فیبر اشاره می کند، روی سطح مشترک فاز جذب می شود و وضعیت فصل مشترک فاز را تغییر می دهد. گروه آبدوست به فضا اشاره می کند و بخار آب موجود در جو را جذب می کند.

عوامل آنتی استاتیک عموماً عملکردهای زیر را بر روی سطح الیاف و محصولات آنها انجام می دهند:

1. جذب رطوبت: یک فیلم آب تک مولکولی پیوسته بر روی سطح مواد فیبر تشکیل می شود.

2. کاهش مقاومت ویژه: فیلم آب روی سطح مواد الیافی ضریب دی الکتریک مواد فیبر را افزایش می دهد و در نتیجه مقاومت ویژه سطح آن را به طور موثر کاهش می دهد.

3. افزایش هدایت یونی: افزایش غلظت یون در سطح مواد فیبر و افزایش رسانایی یونی آن (از جمله پروتون) در بخار آب.

4. ترویج انحلال الکترولیت: مکانی را برای انحلال دی اکسید کربن در هوا و الکترولیت ها در مواد فیبری فراهم می کند.

5. خنثی سازی الکتریکی: هنگامی که علامت بار عامل ضد الکتریسیته ساکن مخالف ماده فیبر باشد، خنثی سازی الکتریکی ایجاد می کند.

مزایا: پردازش راحت، هزینه کم و اثر آنتی استاتیک آشکار.

معایب: عملکرد آنتی استاتیک بسیار وابسته به رطوبت محیط است. در رطوبت کم (RH<40%), its antistatic performance is lost and its durability is poor.

مرحله دوم

برای اصلاح فیبر، ماده آنتی استاتیک را داخل فیبر اضافه کنید.

یک جزء عامل ضد الکتریسیته ساکن به پلیمر پایه اضافه می‌شود، با پلیمر پایه ترکیب یا کوپلیمر می‌شود و یک فیبر آنتی‌استاتیک مرکزی-جزیره یا غلاف{1}}دریایی با روش ریسندگی مرکب ساخته می‌شود. فاز جزیره یا قسمت هسته پلیمری حاوی یک عامل ضد الکتریسیته ساکن است و پلیمر پایه به عنوان فاز دریا یا قسمت پوست بدنه اصلی الیاف است که از پلیمر گروه آبدوست محافظت می کند و عملکرد اصلی الیاف را بر عهده می گیرد. عامل آنتی استاتیک داخل فیبر آنتی استاتیک بیشتر سورفکتانت قطبی یا یونی است. ساختار مولکولی آن نیز دارای گروه های آبدوست و گروه های آبگریز است. گروه آبگریز درجه خاصی از سازگاری با پلیمر پایه دارد، در حالی که گروه آبدوست باعث می شود درجه خاصی از رطوبت سنجی داشته باشد.

مکانیسم آنتی استاتیک فیبر آنتی استاتیک: گروه آبدوست موجود در ماده آنتی استاتیک داخل فیبر می تواند به سطح فیبر مهاجرت کرده و یک لایه آب تشکیل دهد. فیلم آب بخار آب اتمسفر را جذب می کند تا دی الکتریک فیبر را افزایش دهد. عملکردی برای کاهش مقاومت ویژه سطح فیبر و تسریع نشت بار الکترواستاتیک خالص.

مزایا: از آنجایی که ماده ضد الکتریسیته ساکن در داخل پلیمر پایه قرار دارد، دوام آن بهتر است.

معایب: اثر عامل آنتی استاتیک به رطوبت سنجی آن بستگی دارد که محکوم به وابستگی آن به رطوبت محیط است. تحت رطوبت کم (RH<40%) conditions, it will lose its antistatic performance. The dosage is large.

مرحله سوم

مرحله پوشش سطح فیبر فلزی و مواد رسانا

1. فیبر رسانای فلزی: فیبر رسانا با استفاده از رسانایی عالی فلز ساخته می شود و آن را به اولین و واقعی ترین فیبر رسانا تبدیل می کند. مقاومت آن می تواند به 10¯²-10¯¹ Ω · سانتی متر برسد. فلزات رایج برای الیاف فلزی عبارتند از: فولاد ضد زنگ، مس، آلومینیوم، نیکل، طلا، نقره و غیره. روش اصلی تولید، روش کشیدن مستقیم است. سیم فلزی به طور مکرر از طریق قالب کشیده می شود تا فیبری با قطر 4-10μm ایجاد شود (در حال حاضر نازک ترین آنها کمتر از 1μm است)، استحکام شکست 5-15cN/dtex، و ازدیاد طول شکست 3.0-5.0٪ است. الیاف فولادی ضد زنگ دارای دوام عالی، هدایت حرارتی، مقاومت خمشی، مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر تشعشع است. هنگامی که محتوای الیاف فلزی بیشتر از 0.5٪ باشد، پارچه دارای خواص آنتی استاتیک خاصی است، و زمانی که محتوای الیاف فلزی 2 تا 5٪ باشد، پارچه دارای خواص آنتی استاتیک خوبی است. هنگامی که محتوای فیبر فلزی بیش از 8٪ باشد، پارچه نه تنها دارای خواص ضد الکتریسیته ساکن است، بلکه دارای خاصیت محافظ امواج الکترومغناطیسی نیز می باشد.

محتوای فیبر فلزی و خاصیت ضد استاتیک-

توجه: رسانایی الکتریکی الیاف فولاد ضد زنگ با افزایش ظرافت افزایش می یابد. هنگامی که ظرافت کمتر از 8μm باشد، با افزایش ظرافت کاهش می یابد. معایب: الیاف سفت تر، نیروی چسبندگی کمی بدتر، رنگ پذیری ضعیف و قیمت الیاف بالاتر است.

2. سطح مواد رسانا با فیبر رسانا پوشیده شده است:

این فیبر توسط فیبر رسانا پوشش‌دار{0}روکش کربنی برای اولین بار توسط BASF در آلمان در دهه 1960 نشان داده می‌شود. روش تولید، پوشش و تثبیت فلز، کربن، پلیمر رسانا و سایر مواد رسانا بر روی سطح الیاف معمولی از طریق روش های فیزیکی و شیمیایی است. اجزای رسانای این فیبر روی سطح فیبر پخش می شوند، بنابراین اثر ضد الکتریسیته ساکن خوب است، اما در فرآیند استفاده، مواد رسانا به راحتی از بین می روند و عملکرد رسانایی از بین می رود.

مرحله چهارم

مرحله فیبر رسانا مرکب.

در سال 1975، DuPont از فناوری ریسندگی کامپوزیت برای ساخت فیبر رسانای مرکب با هسته رسانای سیاه کربن-Antron III استفاده کرد. در نتیجه، شرکت های بزرگ فیبر شیمیایی شروع به تحقیق و توسعه الیاف کامپوزیتی با کربن سیاه به عنوان جزء رسانا کرده اند. مونسانتو الیاف رسانای جانبی--، Kanebo الیاف رسانای نایلونی، و Unijika، Kuraray و Toyobo به طور متوالی الیاف رسانای مرکب را توسعه داده‌اند. در این دوره، فیبر رسانا کامپوزیت کربن سیاه به شدت توسعه یافت. تا پایان دهه 1980، تولید سالانه ژاپن به 200 تن رسید. از آنجایی که فیبر رسانا کامپوزیت کربن سیاه از کربن سیاه به عنوان جزء رسانا استفاده می کند، فیبر معمولا خاکستری تیره است که دامنه کاربرد را محدود می کند.

ظهور الیاف رسانای کامپوزیت کربن سیاه باعث توسعه و تولید پارچه های ضد الکتریسیته ساکن می شود.

مرحله پنجم

مرحله توسعه سفید شدن فیبر رسانا.

در دهه 1980، کار تحقیقاتی بر روی سفید کردن الیاف رسانا آغاز شد. روش متداول استفاده از مس، نقره، نیکل و کادمیوم و سایر سولفیدهای فلزی، یدیدها یا اکسیدها و پلیمرهای معمولی برای ترکیب یا ریسندگی مرکب برای ساخت الیاف رسانا است. به عنوان مثال، فیبر رسانای لایه رسانای CuS توسط واکنش شیمیایی ساخته شده است. فیبر رسانا T-25 حاوی CuI توسط Teijin Co., Ltd. ساخته شده است. فیبر رسانا حاوی Zn0 توسط Kanebo Co., Ltd. ساخته شده است. Unijika و سایر شرکت ها نیز فیبر رسانا سفید ساخته اند. عملکرد الیاف رسانای سفید با استفاده از ترکیبات فلزی یا اکسیدها به عنوان مواد رسانا به خوبی الیاف رسانای کامپوزیت کربن سیاه نیست، اما کاربرد آن محدود به رنگ نیست.

مرحله ششم

مرحله توسعه فیبر رسانای پلیمری.

فیبر رسانای پلیمری یک فیبر رسانای پلیمری ذاتی است که توسط مواد پلیمری دوپینگ ساخته می‌شود. مانند پلی پیرول، پلی تیوفن، پلی آنیلین و سایر مواد پلیمری. این پلیمرهای ذاتا رسانا رسانایی بالایی دارند (تا 10¯³~10¯²s/cm).

تحقیقات در مورد این نوع مواد پیشرفت های دلگرم کننده ای داشته است. با این حال، هنوز برخی از مشکلات در کاربرد عملی وجود دارد که عمدتاً به دلیل عملکرد ضعیف پردازش است. علاوه بر این، تحقیقات در مورد ابررسانایی پلیمرها در داخل و خارج از کشور نیز در حال انجام است. کار تحقیقاتی بر روی منسوجات هوشمند اطلاعات الکترونیکی نیز در حال انجام است.

کار تحقیق و توسعه داخلی روی الیاف رسانا نسبتاً دیر انجام شده است. در دهه 1980، تولید داخلی فیبر فلزی و فیبر کربن آغاز شد، اما خروجی نسبتاً کم بود. بیشتر الیاف رسانا مورد نیاز به واردات بستگی دارد. اولین تحقیق و توسعه داخلی الیاف فلزی، موسسه تحقیقاتی معدن و متالورژی لانژو و سایر موسسات تحقیقاتی علمی و برخی شرکت‌ها مانند کارخانه 540 در سین شیانگ است. تحقیقات داخلی و توسعه الیاف رسانای کامپوزیت کربن سیاه شامل موسسه تحقیقات نساجی Wuxi و آکادمی پارچه ابریشم عالی چین است. فناوری فرآیند فعلی نسبتاً بالغ است. تعداد قابل توجهی از دانشگاه ها و موسسات تحقیقاتی علمی داخلی و برخی از شرکت های بزرگ نیز با موفقیت انواع الیاف رسانای آلی و الیاف رسانای سفید را توسعه داده اند.

مانند: الیاف رسانای پلی استر فلزی پوشش داده شده با مس و نیکل در سطح، فیبر اکریلیک رسانا از یدید مس، الیاف رسانا ساخته شده از ریسندگی ترکیبی پلی استر یدید مس، الیاف کامپوزیت سیاه کربن و غیره. به طور کلی، هنوز شکاف خاصی با سطح پیشرفته خارجی مانند کیفیت و ثبات محصول وجود دارد.