Antistatische leitfähige Fasern und Textilien verstehen

Abstrakt. Dieser Artikel behandelt hauptsächlich die Prinzipien und Methoden antistatischer Textilmaterialien, stellt die Arten und Herstellungsverfahren antistatischer Fasern sowie die Produktionsmethoden und Prüfnormen antistatischer Gewebe vor. BEGOODTEX bietet Hochleistungs-Antistatikflammeflammhemmende Stoffe, die in industrieller Schutzkleidung und anderen Bereichen weit verbreitet sind.

1. Überblick

Mechanismus der Erzeugung statischer Elektrizität

Die Anziehungskraft der Valenzelektronen (Elektronegativität) variiert je nach den Atomen, aus denen Textilmaterialien bestehen. Materialien mit hoher Elektronegativität ziehen Valenzelektronen von Materialien mit niedriger Elektronegativität an, die sich zu ihnen hin bewegen oder übertragen werden. Dadurch tragen manche Materialien positive, andere negative Ladungen. Die Erzeugung einer elektrischen Ladung in einem Material wird als Elektrifizierung bezeichnet. Unter verschiedenen Bedingungen und in unterschiedlichen Umgebungen können Ladungen auf der Oberfläche von Materialien erzeugt oder abgeleitet werden. Befindet sich das Material im Gleichgewicht und ist nicht elektrisch neutral, spricht man von statischer Ladung. Die Aufladung von Materialien und das daraus resultierende Verhalten werden als elektrostatische Phänomene bezeichnet.

Bei der Herstellung, Verarbeitung und Verwendung von Fasern und deren Produkten entsteht statische Elektrizität durch Faktoren wie Reibung, Dehnung, Kompression, Abschälen, elektrische Feldinduktion und Heißlufttrocknung.

Gefahren statischer Elektrizität

1. Beeinträchtigt den Tragekomfort der Kleidung

Die statische Aufladung von Kleidung aus unterschiedlichen Materialien kann dazu führen, dass sich die Kleidungsstücke verheddern und dadurch unangenehm zu tragen sind. Kleidung aus Chemiefasern neigt aufgrund starker statischer Aufladung dazu, Staubpartikel mit unterschiedlichen Ladungen aus der Luft aufzunehmen, was die Kleidung leicht verschmutzen kann. Synthetische Kleidung zieht zudem besonders leicht Schuppen an. Durch Reibung erzeugt das Tragen synthetischer Kleidung eine hohe statische Spannung, die sich beim Berühren leitfähiger Gegenstände wie Metall oder beim Händeschütteln entladen und ein unangenehmes elektrisches Schlaggefühl verursachen kann.

2. Unfälle verursachen

Wenn Menschen Kleidung tragen, die sich statisch auflädt, entlädt sich diese Ladung durch kleinste Spalten in der Luft und erzeugt Funken in ihrer Umgebung. Diese Funken besitzen genügend Energie, um in der Nähe befindliche brennbare und explosive Gase zu entzünden oder sogar Explosionen auszulösen. Es wurden bereits Vorfälle beobachtet, bei denen Kleidung von Menschen Unfälle verursachte, etwa bei der Detonation von Benzinfässern oder Bränden in Narkoseräumen von Krankenhäusern; bei der Entzündung von Staub in Fabriken; und bei statischer Elektrizität, die zu Fallschirmversagen und damit zu Todesfällen führte.

3. Beeinträchtigt die menschliche Gesundheit

Die Auswirkungen von Elektrizität auf den menschlichen Körper sind vielen Menschen noch immer unklar. Es gibt unterschiedliche Ansichten über ihre Effekte, beispielsweise die Möglichkeit eines Blutdruckanstiegs, eines Kalziummangels im Blut und damit einhergehender Hautallergien. Es ist jedoch offensichtlich, dass die Berücksichtigung von Elektrizität in den Materialien für die Forschung an künstlichen Organen aufgrund ihrer potenziellen Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit großes Interesse geweckt hat.

4. Auswirkungen auf die Qualität von Textilprodukten

Wenn sich Fasern während des Trennprozesses aufgrund von Elektrizität im Maschinenbetrieb lösen, gelangen sie ungleichmäßig in Maschinenrahmen, Rohrleitungen und andere Bereiche. Dies führt zu unregelmäßiger Dicke der produzierten Faserschicht und Verheddern mit Druckwalzen und anderen Maschinenteilen, was den reibungslosen Produktionsablauf beeinträchtigt. In der Sortierphase neigen geladene Fasern dazu, sich mit Maschinenkomponenten zu verheddern, den Fertigungsprozess zu stören und zur Freisetzung von kurzem Faserstaub in die Luft zu führen, was wiederum Verunreinigungen verursacht.

2. Antistatische Prinzipien und Methoden von Textilmaterialien

Antistatisches Prinzip von Textilmaterialien

Statische Elektrizität entsteht üblicherweise auf zwei Arten: durch Kontakt und durch Induktion durch bereits vorhandene statische Elektrizität. Dabei kommt es zu einer verstärkten Ansammlung statischer Ladung. Antistatische Materialien zeichnen sich daher durch ihre Fähigkeit aus, die Ladungsübertragung zu verringern, wodurch die statische Aufladung reduziert und Reibung oder Berührung mit Gegenständen minimiert wird. Üblicherweise werden verschiedene Techniken angewendet.

1. Verbesserung der Hydrophilie der Fasern.

Wasser leitet Elektrizität hervorragend, denn wenn Fasern oder Gewebe mit einer bestimmten Menge Wasser benetzt werden, kann sich die Ladung schnell durch das darauf befindliche Wasser verteilen. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit einer statischen Aufladung aufgrund der hohen Feuchtigkeitsaufnahmefähigkeit der Fasern verringert.

2. Ladungsneutralisierungsmethode

Der Prozess der Ladungsneutralisierung beinhaltet das Mischen zweier Substanzen mit entgegengesetzten Ladungen, um Ladungen mit unterschiedlichen Polaritäten auszugleichen, ohne sietelzu beseitigen; stattdessen werden Oberflächenladungen neutralisiert.

3. Corona-Entladung

Bei der Koronaentladungsmethode wird Elektrizität von Textilien umgeleitet, ohne dass diese geerdet werden müssen. Dies geschieht durch die Verwendung verschiedener Arten von leitfähigen Fasern, wie z. B. Metallfasern und kohlenstoffbasierte Fasern, oder durch das Aufbringen leitfähiger Beschichtungen wie Ruß auf die äußere Schicht synthetischer Fasern oder durch das Spinnen von kohlenstoffbasierten oder metallischen Verbindungen mit faserbildenden Polymeren, um leitfähige Materialverbundfasern zu erzeugen.

Antistatische Methoden für Textilien

Zu den in der realen Produktion üblicherweise angewandten Techniken zur Vermeidung von Elektrizität gehören vor allem die Erhöhung der Luftfeuchtigkeit und die Verbesserung der Leitfähigkeit von Fasermaterialien, wobei der grundlegende Ansatz darin besteht, den Faserwiderstand zu senken und die Faserleitfähigkeit zu erhöhen.

Im Allgemeinen gibt es drei Ansätze zur Bekämpfung statischer Aufladung in Textilien. Eine Methode besteht darin, antistatische Ausrüstungsmittel auf den Stoff aufzutragen.

Die nächste Technik besteht darin, die Fasern durch Pfropfung mit Materialien zu verbessern und sie mit anderen hydrophilen Fasern zu kombinieren.

In diesem Zusammenhang werden leitfähige Mischfasern oder Gewebe verwendet. Diese Fasern verbessern die Fähigkeit des Gewebes, Feuchtigkeit zu speichern, und fördern die Ableitung statischer Elektrizität.

In bestimmten Situationen oder nach mehrmaligem Waschen in der Waschmaschine hält die Wirkung der Behandlung möglicherweise nicht lange an oder ist nicht merklich zu erkennen; Der dritte Ansatz kann das Problem der statischen Aufladung in Textilien effektiv und kontinuierlich angehen und eignet sich für bestimmte Arten von Funktionskleidung, wie z. B. antistatische Uniformen.

3. Herstellung von antistatischen und leitfähigen Fasern

Arten von antistatischen und leitfähigen Fasern

Anhand der Kategorisierung der in Fasern verwendeten Materialien können diese in antistatische Formulierungen, metallische Varianten und antistatische leitfähige Fasern auf Rußbasis eingeteilt werden; leitfähige Fasern auf Polymerbasis und antistatische Metalloxidfasern im Nanomaßstab sind ebenfalls Beispiele.

1. Antistatische Formulierung: Antistatische und leitfähige Fasern

Das Einarbeiten von antistatischen und leitfähigen Fasern in antistatische Formulierungen ist unkompliziert und verändert die Eigenschaften des Harzes nicht wesentlich. Durch diese Integration bildet sich eine Schicht auf der Materialoberfläche, die den Oberflächenwiderstand effektiv senkt und angesammelte statische Elektrizität schnell ableitet.

2. Antistatische und leitfähige Fasern auf Metallbasis

Diese Faservariante wird durch Ausnutzung der Leitfähigkeit von Metallen hergestellt. Dabei kommen Techniken wie das Direktziehverfahren zum Einsatz, bei dem der Metalldraht wiederholt durch eine Form gezogen und so verlängert wird. Legierungen wie Stahl, Kupfer und Aluminium sowie Edelmetalle wie Gold und Silber werden häufig in diesem Verfahren verwendet. Ein anderes Verfahren ist das Schneiden, bei dem Metall in Filamente geschnitten und mit herkömmlichen Fasern zu leitfähigen Textilien kombiniert wird.

3. Antistatische und leitfähige Fasern auf Rußbasis

Anorganische Materialien wie Ruß und Graphen werden aufgrund ihrer statischen und leitfähigen Eigenschaften häufig zur Herstellung leitfähiger Fasern verwendet, beispielsweise durch Dotierungsverfahren oder Faserkarbonisierungsbehandlung.

4. Antistatische und leitfähige Polymerfasern

Polymermaterialien gelten üblicherweise als Isolatoren; die Einführung von Polyacetylenen in den 1970er Jahren stellte diese Annahme jedoch in Frage. Seitdem wurden weitere leitfähige Polymermaterialien wie Polyanilin entdeckt, was zu einem starken Anstieg der Forschung zur Leitfähigkeit von Polymeren führte.

5. Antistatische und leitfähige Metalloxidfasern im Nanomaßstab

Die leichten und transparenten Eigenschaften von Metalloxidpulvern ermöglichen die Herstellung antistatischer Fasern mit heller Farbe und hoher Transparenz. Unter den derzeit verfügbaren Verfahren zur Herstellung leitfähiger Fasern sticht diese Methode als modern und vielversprechend hervor.

Vergleich der Eigenschaften leitfähiger Additive
Arten von Füllstoffen	Hauptvorteile und Nachteile
Ruß	Preiswert und stabil; da die schwarze Farbe des Produkts dessen Erscheinungsbild beeinträchtigt, ist eine geringe Partikelgröße erforderlich; Hoher spezifischer Widerstand
Kohlenstofffaser	Besitzt ausgezeichnete Korrosions- und Strahlungsbeständigkeit; hohe Festigkeit und hoher Elastizitätsmodul; hoher spezifischer Widerstand und schwierige Verarbeitung
Silber	Stabile Eigenschaften und niedriger spezifischer Widerstand; hoher Preis und Problem der Silbermigration
Zinkoxid-Whiskers	Niedrige Dosierung, gute Stabilität und helle Farbe; hoher spezifischer Widerstand
Titania	Gute Stabilität und helle Farbe; Hoher spezifischer Widerstand
Nano-Zinndioxid (antimon-dotiert)	Gute Stabilität, helle Farbe, kleine Partikelgröße, hohe Transparenz

Herstellung von antistatischen und leitfähigen Fasern

1. Antistatische Ausrüstung

Antistatische Fasern können mithilfe zweier Herstellungsverfahren produziert werden, bei denen antistatische Mittel zur Kategorisierung der Fasern eingesetzt werden: das externe und das interne antistatische Verfahren.

Bei der externen Antistatikbehandlung wird ein Antistatikmittel auf die Faseroberfläche aufgetragen. Dieses Verfahren wird als Oberflächenveredelung bezeichnet und kann in temporäre und dauerhafte Antistatikbehandlungsverfahren unterteilt werden.

Die Umsetzung einer Methode zur Vermeidung statischer Elektrizität beinhaltet das Hinzufügen eines Antistatikmittels in die Faser.

2. Chemische Modifizierung von Fasern

In den meisten Fällen werden chemische Reaktionen eingesetzt, um Textilfasern zu modifizieren und so statische Fasern herzustellen. Das erste Verfahren beinhaltet chemische Veränderungen zur Erzeugung statischer Fasern, während das zweite Verfahren Misch- oder Verbundtechniken für denselben Zweck nutzt.

3. Eingelegte oder gemischte leitfähige Fasern

In den 1960er Jahren wurden leitfähige Fasern eingeführt. Zunächst organische, mit Ruß beschichtete leitfähige Fasern, später dann Fasern mit einer Oberflächenbeschichtung aus Metall. Die mechanischen Eigenschaften dieser metallisierten Fasern unterscheiden sich deutlich von denen herkömmlicher Fasern, was das Mischen erschwert und erklärt, warum sie nicht weit verbreitet sind.

4. Produktion von Aantistatisch FStoffe

WTragekomfort und Designanforderungen an antistatische Textilien

Antistatische Textilien müssen ihre antistatischen Eigenschaften erfüllen und gleichzeitig dem Aussehen und den Spezifikationen herkömmlicher Bekleidungsmaterialien entsprechen. Sie werden üblicherweise in Bereichen eingesetzt, die antistatische Eigenschaften erfordern, wie beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt oder in Branchen wie Verteidigung, Erdölförderung, Bergbau und Gesundheitswesen. Auch im Alltag finden sie häufig Verwendung. Daher sollte bei der Textilkonstruktion auf dichtere Gewebe Wert gelegt werden.

Herstellungsverfahren für antistatisches Gewebe

Anhand der Herstellung von antistatischem Gewebe wird der Produktionsprozess von antistatischem Gewebe veranschaulicht.

Die Herstellung von antistatischen Acrylfasern erfolgt typischerweise durch Modifizierung der Acrylfasern, um sie antistatisch zu machen. Dies geschieht durch verschiedene Methoden wie die Behandlung der Faseroberfläche und die Mischung mit anderen Materialien oder Chemikalien, beispielsweise durch Kompositspinnen oder durch Hinzufügen von leitfähigen Füllmaterialien.

1. Faser-Oberflächenbehandlungsmethode

Bei der Behandlung von Fasern zur Reduzierung der elektrischen Aufladung an der Oberfläche werden typischerweise leitfähige Metallsalze oder Tenside, sogenannte Antistatikmittel, durch Methoden wie Besprühen oder Beschichten der Fasern und ihrer Gewebe eingesetzt.

2. Mischungsmodifikationsmethode

Durch die Zugabe einer bestimmten Menge leitfähigen Materials wie Ruß oder Metalloxid zu Acrylfasern und deren Vermischung mit der Acrylfaserlösung erhält man langlebige antistatische Acrylfasern. Diese speziellen antistatischen Fasern weisen eine dauerhafte statische Wirkung auf; das zugesetzte Antistatikum muss jedoch bestimmte thermische Stabilitätseigenschaften besitzen und während der Verarbeitung mit den Fasern kompatibel sein.

3. Methode zur chemischen Modifizierung der Ontologie

Durch die Einbindung von Monomeren während der Herstellung von Acrylcopolymermaterial und die Durchführung von Copolymerisationsreaktionen zur Erzeugung hydrophiler Acrylfasern wird die Feuchtigkeitsaufnahmefähigkeit des Endprodukts verbessert und den Acrylfasern antistatische Eigenschaften verliehen.

4. Kompositspinnverfahren

Die leitfähigen Elemente in den durch Kompositspinnverfahren hergestellten leitfähigen Fasern verlaufen kontinuierlich in Längsrichtung und leiten aufgebaute Ladungen leicht ab. Verschiedene Kompositkonfigurationen umfassen Mantel-Kern-Konstruktionen, ein- oder mehrpunktige Kreisstrukturen sowie Sandwichformationen.

5. Füllmethode mit leitfähigem Material

Beim Spinnprozess befinden sich leitfähige Kernschichten aus leitfähigen Materialien und Fasern, die zur Verbesserung der Leitfähigkeit gezielt der Faserspinnlösung separat, alsotelvom eigentlichen Verbundspinnprozess, hinzugefügt werden.

5. Leistungstests von Anti–statische Textilien

Elektrostatische Leistungsparameter und zugehörige Normen für Textilien

Die Prüfung von Elektrizität umfasst die Untersuchung verschiedener Aspekte, wie die Identifizierung potenzieller Gefahrenquellen statischer Elektrizität und die Bewertung der statischen Eigenschaften von Materialien und Produkten sowie die Beurteilung der Empfindlichkeit brennbarer und explosiver Stoffe gegenüber statischen Elektrizitätseffekten. Normen, die die Eigenschaften von Textilien regeln, umfassen Richtlinien wie die GB/T 12703-Reihe und FZ/T 01059.

Prüfverfahren für die elektrostatischen Eigenschaften von Textilien

Die Prüfmethoden zur Bestimmung der elektrischen Ladung von Fasern oder Textilien lassen sich grob in zwei Kategorien einteilen: qualitative und quantitative Analyse. Bei der qualitativen Analyse können Entladungsfunken, elektrische Schläge, Entladungsgeräusche und Anziehungskräfte (Staubanhaftung, Verschmutzung und Verheddern um den Körper) beobachtet werden.

Zu den grundlegenden Testmethoden gehören: die Methode der Halbwertszeit der statischen Spannung, die Methode der Reibungsladungsspannung, die Methode der Ladungsflächendichte, die Methode der dynamischen statischen Spannung, die Ladungsmengenmethode und die Widerstandsmethode.

6. Entdecken Sie das flammhemmende und antistatische Gewebe von BEGOODTEX

BEGOODTEX-Gewebe besitzen statische Eigenschaften, die durch spezielle, für Textilien entwickelte Techniken erzielt werden, um die Ansammlung statischer Elektrizität durch die Integration leitfähiger Fasern oder die Anwendung von … zu verhindern antistatisch BehandlungenDieses Verfahren hilft dabei, Ladungen abzuleiten und die Wahrscheinlichkeit von Funken zu minimieren, die entzündbare Materialien entzünden oder empfindliche elektronische Bauteile beschädigen könnten.

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