فرآیند توسعه فیبر رسانا

مرحله اول

مرحله درمان سطحی الیاف یا پارچه با عامل آنتی استاتیک رطوبت سنجی.

آب رسانایی الکتریکی بسیار بالایی دارد. تا زمانی که مقدار کمی آب جذب شود، رسانایی پلیمر می تواند به طور قابل توجهی بهبود یابد. آب می‌تواند یک وسیله انتقال برای بارهای الکتریکی فراهم کند و 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. عوامل آنتی استاتیک سورفکتانت هایی با گروه های آبدوست و آبگریز هستند. 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 رطوبت را در جو جذب می کند.

عوامل آنتی استاتیک به طور کلی این نوع اثرات را بر روی سطح الیاف و محصولات آنها دارند:

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

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

3. افزایش رسانایی یون: افزایش غلظت یون در سطح مواد فیبر، و افزایش رسانایی یون ها (از جمله پروتون ها) در بخار آب.

4. ترویج انحلال الکترولیت: مکانی را برای انحلال دی اکسید کربن در هوا و الکترولیت موجود در مواد فیبر فراهم کنید.

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

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

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

مرحله دوم

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

یک جزء عامل ضد الکتریسیته ساکن در داخل پلیمر پایه اضافه می شود، با پلیمر پایه ترکیب یا کوپلیمر می شود، و یک روش ریسندگی مرکب برای ساخت فیبر کامپوزیت ضد الکتریسیته دریایی-جزیره یا پوست{1} استفاده می شود. فاز جزیره یا هسته پلیمری حاوی یک عامل ضد الکتریسیته ساکن است و پلیمر پایه به عنوان فاز دریایی یا پوست بدنه اصلی الیاف است که از گروه آبدوست پلیمر محافظت می کند و عملکرد اصلی الیاف را بر عهده می گیرد. عوامل آنتی استاتیک داخل الیاف آنتی استاتیک بیشتر سورفکتانت های قطبی یا یونی هستند. ساختار مولکولی آن نیز دارای گروه های آبدوست و گروه های آبگریز است. گروه های آبگریز سازگاری خاصی با پلیمرهای اساسی دارند، در حالی که گروه های آبدوست آنها را رطوبت سنجی می کنند.

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

مزایا: از آنجایی که ماده آنتی استاتیک در داخل پلیمر پایه قرار دارد، ماندگاری آن بهتر است.

معایب: عملکرد عامل آنتی استاتیک به رطوبت سنجی آن بستگی دارد که به رطوبت محیط بستگی دارد. تحت رطوبت کم (RH<40%), the antistatic performance will be lost. Large amount.

مرحله سوم

مرحله پوشش سطح فیبر فلزی و مواد رسانا

1. فیبر رسانای فلزی: فیبر رسانا با استفاده از خواص 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 متداول برای الیاف فلزی عبارتند از: فولاد ضد زنگ، مس، آلومینیوم، نیکل، طلا، نقره و .... در حال حاضر بیشترین کاربرد الیاف فولاد ضد زنگ 304، 304L و 316، 316L می باشد. روش اصلی تولید، روش کشش مستقیم است. میله سیم فلزی به طور مکرر از طریق قالب کشیده می شود تا الیافی با قطر 4 تا 10 میکرومتر تولید کند (در حال حاضر نازکترین آنها به کمتر از 1 میکرومتر رسیده است)، با مقاومت شکستگی 5 تا 15 cN/dtex و کشیدگی شکستن 3.0 تا 5.0%. الیاف فولاد ضد زنگ دارای دوام عالی، هدایت حرارتی، مقاومت در برابر خمش، مقاومت در برابر سایش و محافظت در برابر اشعه است. هنگامی که محتوای الیاف فلزی بیشتر از 0.5٪ باشد، پارچه خاصیت آنتی استاتیک خاصی دارد. هنگامی که محتوای الیاف فلزی 2 تا 5 درصد 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 خواص آنتی استاتیک

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

2. فیبر رسانا پوشش داده شده بر روی سطح مواد رسانا:

این فیبر توسط فیبر رسانا پوشش داده شده-روکش کربنی برای اولین بار توسط شرکت آلمانی BASF در دهه 1960 نشان داده می شود. 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 بر روی سطح فیبر پخش می شوند، بنابراین اثر ضد الکتریسیته ساکن خوب است، اما در فرآیند استفاده، ماده رسانا به راحتی از بین می رود، به طوری که عملکرد رسانایی از بین می رود.

مرحله چهارم

مرحله فیبر رسانا مرکب.

در سال 1975، DuPont از فناوری چرخش کامپوزیت برای ساخت فیبر رسانای مرکب حاوی هسته رسانای سیاه کربن-Antron (Antron III) استفاده کرد. در نتیجه، شرکت های بزرگ الیاف شیمیایی تحقیق و توسعه الیاف کامپوزیتی را آغاز کرده اند که از کربن سیاه به عنوان یک جزء رسانا استفاده می کنند. مونسانتو الیاف رسانای جانبی--، الیاف رسانای نایلونی ژاپن بل، الیاف رسانای نایلونی را یونیجیکا، کورارای و تویوبو به‌طور متوالی توسعه داده‌اند. در این دوره، فیبر رسانا کامپوزیت کربن سیاه به شدت توسعه یافته است. 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 معمولاً خاکستری سیاه است که دامنه کاربرد را محدود می کند.

ظاهر الیاف رسانای کامپوزیت کربن سیاه باعث توسعه و تولید پارچه های ضد الکتریسیته ساکن شده است.

مرحله پنجم

مرحله توسعه سفید شدن الیاف رسانا.

در دهه 1980، تحقیقات سفیدکننده الیاف رسانا آغاز شد. یک روش رایج استفاده از سولفیدها، یدیدها یا اکسیدهای فلزاتی مانند مس، نقره، نیکل و کادمیوم برای ترکیب یا چرخش مرکب با پلیمرهای معمولی برای ساخت الیاف رسانا است. به عنوان مثال، فیبر رسانا ساخته شده از لایه رسانای CuS توسط واکنش شیمیایی. فیبر رسانا T-25 ساخته شده توسط شرکت Teijin و حاوی CuI. فیبر رسانا حاوی Zn0 ساخته شده توسط شرکت Zhongfang. شرکت هایی مانند Unijka نیز فیبر رسانا سفید را ساختند. عملکرد الیاف رسانای سفید که از ترکیبات یا اکسیدهای فلزی به عنوان مواد رسانا استفاده می کنند به خوبی الیاف رسانای کامپوزیت کربن سیاه نیست، اما کاربرد آنها محدود به رنگ نیست.

مرحله ششم

مرحله تحقیق و توسعه فیبر رسانای پلیمری

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

پیشرفت‌های دلگرم‌کننده‌ای در تحقیق این گونه مواد حاصل شده است. اما 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. تحقیقات در مورد منسوجات هوشمند اطلاعات الکترونیکی نیز در حال انجام است.

تحقیقات داخلی و توسعه الیاف رسانا نسبتاً دیر انجام شده است. در دهه 1980، تولید داخلی فیبر فلزی و فیبر کربن آغاز شد، اما خروجی آن کم بود. بیشتر الیاف رسانا مورد نیاز وارداتی است. اولین تحقیقات داخلی و توسعه الیاف فلزی موسسات تحقیقاتی علمی مانند موسسه معدن و متالورژی لانژو و برخی از شرکت ها مانند کارخانه 540 در سین شیانگ هستند. تحقیقات داخلی و توسعه الیاف رسانای کامپوزیتی کربن سیاه شامل موسسه تحقیقات نساجی Wuxi و China Textile Yousi از آکادمی علوم نساجی است. فناوری فعلی نسبتاً بالغ است. همچنین تعداد کمی از دانشگاه های داخلی، موسسات تحقیقاتی علمی و برخی شرکت های بزرگ وجود دارند که با موفقیت انواع الیاف رسانای آلی و الیاف رسانای سفید را توسعه داده اند.

مانند: مس-روکش شده، نیکل-الیاف رسانای پلی استر فلزی روکش شده، فیبر اکریلیک رسانای یدید مس، الیاف رسانا ساخته شده از نخ مخلوط پلی استر یدید مس، الیاف کامپوزیت کربن سیاه و غیره. از نظر فناوری تولید الیاف رسانای سفید، شرکت‌های داخلی با موفقیت فناوری الیاف{3} را توسعه داده‌اند. به طور کلی، هنوز یک شکاف خاص با سطح پیشرفته خارجی مانند کیفیت و ثبات محصول وجود دارد.