Antistatische leitfähige Fasern und Textilien verstehen
Abstrakt. In diesem Artikel werden hauptsächlich die Prinzipien und Methoden antistatischer Textilmaterialien erörtert, die Arten und Produktionsmethoden antistatischer Fasern sowie die Produktionsmethoden und Prüfstandards antistatischer Stoffe vorgestellt. BEGOODTEX bietet leistungsstarke antistatische Flamme hemmende Stoffe, die in industrieller Schutzkleidung und anderen Bereichen weit verbreitet sind.
1. Überblick
Mechanismus der Erzeugung statischer Elektrizität
Die Anziehungskraft der Valenzschichtelektronen (bekannt als Elektronegativität) variiert je nach den Atomen, aus denen Textilmaterialien bestehen. Materialien mit hoher Elektronegativität ziehen Valenzelektronen von Materialien mit niedriger Elektronegativität an, um sich auf sie zuzubewegen oder zu übertragen, was dazu führt, dass einige Materialien positive Ladungen und andere negative Ladungen tragen. Der Vorgang der Erzeugung einer elektrischen Ladung in einem Material wird Elektrifizierung genannt. Aufgrund unterschiedlicher Bedingungen und Umgebungen können Ladungen auf der Oberfläche von Materialien erzeugt oder abgeführt werden. Wenn das Material beim Erreichen des Gleichgewichts nicht elektrisch neutral ist, wird die übertragene Ladung als statische Ladung bezeichnet. Die Aufladung von Materialien und das daraus resultierende Verhalten nennt man elektrostatische Phänomene.
Bei der Herstellung, Verarbeitung und Verwendung von Fasern und ihren Produkten entsteht statische Elektrizität aufgrund von Faktoren wie Reibung, Dehnung, Kompression, Abblättern, Induktion elektrischer Felder und Heißlufttrocknung.
Gefahren durch statische Elektrizität
1. Beeinflusst die Trageleistung von Kleidung
Die statische Elektrizität, die von Kleidung aus unterschiedlichen Materialien erzeugt wird, kann dazu führen, dass sich die Kleidung miteinander verheddert, was das Tragen erschwert. Chemiefaserkleidung neigt aufgrund der starken statischen Elektrizität dazu, Staubpartikel mit unterschiedlichen Ladungen in der Luft zu absorbieren, die die Kleidung leicht verunreinigen können. Auch synthetische Kleidung ist besonders anfällig für die Aufnahme von Schuppen. Das Tragen synthetischer Kleidung erzeugt durch Reibung eine hohe statische Spannung, die sich beim Berühren leitfähiger Gegenstände wie Metall oder beim Händeschütteln von Personen entladen kann, was zu einem unangenehmen Stromschlaggefühl führt.
2. Unfälle verursachen
Wenn Menschen Kleidung tragen, die sich statisch auflädt, dringen diese Ladungen durch winzige Lücken in der Luft ein und erzeugen um sie herum Funken. Diese Funken haben genug Energie, um brennbare und explosive Gase in der Nähe auszulösen oder sogar Explosionen auszulösen. Vorfälle wie bekleidete Menschen, die Unfälle verursachen, wenn Benzinfässer explodieren oder Ätheranästhesieräume in Krankenhäusern Feuer fangen; Staub, der sich in Fabriken entzündet; Es wurden statische Elektrizität beobachtet, die zum Versagen des Fallschirms und zu Todesfällen führte.
3. Beeinflusst die menschliche Gesundheit
Die Auswirkungen von Elektrizität auf den menschlichen Körper bleiben für viele Menschen unklar. Über seine Auswirkungen gibt es unterschiedliche Auffassungen. Zu den Möglichkeiten zählen beispielsweise die Erhöhung des Blutdrucks oder die Auslösung von Kalziummangel im Blutkreislauf und die Auslösung von Hautallergien. Es ist jedoch offensichtlich, dass die Berücksichtigung von Elektrizität in den Materialien, die für die Forschung an künstlichen Organen verwendet werden, aufgrund ihrer möglichen Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit großes Interesse geweckt hat.
4. Auswirkungen auf die Qualität von Textilprodukten
Wenn sich Fasern beim Trennen voneinander aufgrund von Elektrizität in der Betriebsumgebung von Maschinen lösen, gelangen sie ungleichmäßig in Maschinenrahmen und Rohrleitungen sowie in andere Bereiche, wodurch eine unregelmäßige Dicke in der Schicht der produzierten Fasern entsteht und sie sich mit Druckwalzen verheddern und andere Maschinenteile, die einen reibungslosen Produktionsablauf erschweren. In der Sortierphase der Produktion neigen geladene Fasern dazu, sich mit Maschinenkomponenten zu verheddern, was den Herstellungsprozess stört und zur Freisetzung von Kurzfaserstaub in die Luft führt, was zu einer Kontamination führt.
2. Antistatische Prinzipien und Methoden textiler Materialien
Antistatisches Prinzip textiler Materialien
Statische Elektrizität entsteht normalerweise auf zwei Arten. Durch Kontakt und Induktion durch die vorhandene statische Elektrizität selbst kommt es zu einer stärkeren Ansammlung statischer Ladung. Antistatisch bezeichnet daher die Fähigkeit statischer Materialien, die Ladungsübertragung zu verringern, was zu einer geringeren statischen Aufladung führt, die Reibung oder Berührung mit Gegenständen minimiert und somit eine antistatische Wirkung erzielt. Zu den üblichen Techniken gehören die Optionen.
1. Verbessern Sie die Hydrophilie von Fasern.
Wasser leitet Elektrizität hervorragend, denn wenn eine Faser oder ein Stoff mit einer Menge Wasser benetzt wird, kann sich die Ladung schnell im darauf befindlichen Wasser verteilen, wodurch die Wahrscheinlichkeit des Aufbaus statischer Elektrizität aufgrund der hohen Feuchtigkeitsaufnahmefähigkeit der Faser verringert wird.
2. Methode zur Ladungsneutralisierung
Der Prozess der Ladungsneutralisierung umfasst das Mischen zweier Substanzen mit entgegengesetzten Ladungen auf einer Skala, um Ladungen mit unterschiedlichen Polaritäten auszugleichen, ohne sietelzu entfernen. Stattdessen werden Oberflächenladungen aufgehoben.
3. Corona-Ausfluss
Bei der Koronaentladungsmethode wird Elektrizität von Stoffen umgeleitet, ohne dass diese geerdet werden müssen, indem verschiedene Arten von leitfähigen Fasern wie Metallfasern und Fasern auf Kohlenstoffbasis verwendet werden oder leitfähige Beschichtungen wie Ruß auf die äußere Schicht synthetischer Fasern aufgetragen werden oder indem ein Verbundstoff aus Kohlenstoff- und Kohlenstofffasern gesponnen wird. oder Metallverbindungen mit faserbildenden Polymeren zur Erzeugung leitfähiger Materialverbundfasern.
Antistatische Methoden für Textilien
Zu den Techniken, die in der realen Produktion üblicherweise zur Vermeidung von Elektrizität eingesetzt werden, gehören in erster Linie die Erhöhung der Luftfeuchtigkeit und die Verbesserung der Leitfähigkeit von Fasermaterialien, wobei der grundlegende Ansatz darin besteht, den Faserwiderstand zu verringern und die Faserleitfähigkeit zu verbessern.
Typischerweise gibt es drei Ansätze zur Bekämpfung der statischen Aufladung von Textilien. Eine Methode besteht darin, statische Ausrüstungsmittel auf den Stoff aufzutragen.
Die nächste Technik umfasst die Verstärkung der Fasern durch Pfropfen mit Materialien und deren Kombination mit anderen hydrophilen Fasern.
Die in diesem Zusammenhang verwendeten Materialien sind gemischte oder gewebte leitfähige Fasern. Diese Fasern verbessern die Fähigkeit des Stoffes, Feuchtigkeit zu speichern und fördern die Freisetzung statischer Elektrizität.
In bestimmten Umgebungen oder nach mehreren Wäschen in der Waschmaschine hält der Behandlungseffekt möglicherweise nicht lange an oder macht keinen spürbaren Unterschied; Der dritte Ansatz kann das Problem der statischen Elektrizität in Stoffen effektiv und kontinuierlich angehen und eignet sich für bestimmte Arten von Funktionskleidung, wie zum Beispiel antistatische Uniformen.
3. Herstellung antistatischer und leitfähiger Fasern
Arten von antistatischen und leitfähigen Fasern
Basierend auf der Kategorisierung der in Fasern verwendeten Materialien können diese in antistatische Formulierungen, metallische Varianten und antistatisch leitfähige Fasern auf Rußbasis eingeteilt werden. Beispiele hierfür sind auch leitfähige Fasern auf Polymerbasis und antistatische Fasern aus nanoskaligen Metalloxiden.
1. Antistatische Formulierung: Antistatische und leitfähige Fasern
Der Prozess der Einarbeitung statischer und leitfähiger Fasern in antistatische Formulierungen ist unkompliziert und verändert die inhärenten Eigenschaften des Harzes nicht wesentlich. Diese Integration erleichtert die Bildung einer Schicht auf der Oberfläche des Materials, die den Oberflächenwiderstand effektiv senkt und angesammelte statische Elektrizität schnell ableitet.
2. Antistatische und leitfähige Fasern auf Metallbasis
Diese Faservariante wird hergestellt, indem die Leitfähigkeit von Metallen mithilfe von Techniken wie der Direktziehmethode ausgenutzt wird, bei der der Metalldraht wiederholt durch eine Form gezogen wird, um ihn zu verlängern. Bei diesem Verfahren werden üblicherweise Legierungen wie Stahl, Kupfer und Aluminium sowie Edelmetalle wie Gold und Silber verwendet. Ein weiterer Ansatz ist die Schneidmethode, bei der Metall in Filamente geschnitten und mit regulären Fasern kombiniert wird, um leitfähige Textilien herzustellen.
3. Antistatische und leitfähige Fasern auf Rußbasis
Anorganische Materialien wie Ruß und Graphen werden aufgrund ihrer statischen und leitfähigen Eigenschaften häufig bei der Herstellung leitfähiger Fasern durch Prozesse wie die Anwendung von Dotierungsmethoden oder die Faserkarbonisierungsbehandlung verwendet.
4. Antistatische und leitfähige Polymerfasern
Polymermaterialien gelten typischerweise als Isolatoren; Die Einführung von Polyacetylenmaterialien in den 1970er Jahren stellte diese Vorstellung jedoch in Frage. Seitdem wurden andere leitfähige Materialien auf Polymerbasis wie Polyanilin entdeckt, was zu einem Anstieg der Forschung zur Erforschung der Leitfähigkeit von Polymersubstanzen führte.
5. Antistatische und leitfähige Fasern aus nanoskaligem Metalloxid
Durch die leichten und durchsichtigen Eigenschaften von Metalloxidpulvern können antistatische Fasern entstehen, die eine helle Farbe und ein sehr klares Aussehen haben. Unter den heute verfügbaren Möglichkeiten zur Herstellung leitfähiger Fasern sticht diese Methode als trendig und voller Potenzial hervor.
Vergleich der Eigenschaften leitfähiger Additive | |
Arten von Füllstoffen | Wichtigste Vor- und Nachteile |
Ruß | Günstig und stabil; Da die schwarze Farbe des Produkts sein Aussehen beeinträchtigt, ist eine kleine Partikelgröße erforderlich. Hoher Widerstand |
Kohlefaser | Hat eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und Strahlungsbeständigkeit; Hohe Festigkeit und hoher Modul; Hoher Widerstand und schwierige Verarbeitung |
Silber | Stabile Eigenschaften und geringer Widerstand; Hoher Preis und Problem der Silbermigration |
Zinkoxid-Whisker | Niedrige Dosierung, gute Stabilität und helle Farbe; Hoher Widerstand |
Titandioxid | Gute Stabilität und helle Farbe; Hoher Widerstand |
Nano-Zinndioxid (Antimon dotiert) | Gute Stabilität, helle Farbe, kleine Partikelgröße, hohe Transparenz |
Herstellung antistatischer und leitfähiger Fasern
1. Antistatische Ausrüstung
Antistatische Fasern können mit zwei Herstellungstechniken hergestellt werden, bei denen antistatische Mittel zur Kategorisierung der Fasern eingesetzt werden. Die externe Antistatikmethode und die interne Antistatikmethode.
Beim externen Antistatik-Ansatz wird ein Antistatikmittel auf Faseroberflächen aufgetragen, was als Oberflächenveredelungsverfahren bezeichnet wird und in temporäre und dauerhafte antistatische Veredelungsverfahren eingeteilt werden kann.
Die Implementierung einer Methode zur Verhinderung statischer Elektrizität erfordert die Zugabe eines Antistatikmittels in die Faser.
2. Chemische Modifikation von Fasern
In den meisten Fällen werden Textilfasern durch chemische Reaktionen so modifiziert, dass statische Fasern entstehen. Die erste Methode umfasst chemische Veränderungen, um statische Fasern zu erzeugen, während die zweite Methode Misch- oder Verbundtechniken für denselben Zweck umfasst.
3. Eingelegte oder gemischte leitfähige Fasern
In den 1960er Jahren wurden leitfähige Fasern eingeführt. Zunächst als mit Ruß beschichtete organische leitfähige Fasern und später als oberflächlich mit Metall beschichtete Fasern. Die mechanischen Eigenschaften dieser metallisierten Fasern unterscheiden sich erheblich von denen normaler Fasern, was das Mischen schwieriger macht und erklärt, warum sie nicht häufig verwendet werden.
4. Produktion von Aantistatisch FAbrics
WHörbarkeit und Designanforderungen an antistatische Stoffe
Antistatische Textilien müssen ihre statischen Funktionalitätsstandards erfüllen und gleichzeitig dem Aussehen und den Spezifikationen entsprechen, die für normale Bekleidungsmaterialien typisch sind. Diese antistatischen Textilien werden normalerweise in Umgebungen eingesetzt, in denen antistatische Eigenschaften erforderlich sind, z. B. in der Luft- und Raumfahrt oder in Branchen wie der Erdölförderung im Verteidigungsbereich, im Bergbau und im Gesundheitswesen. Sie werden im Alltag häufig als Gegenstände verwendet. Daher sollte die Struktur des Textildesigns dichtere Stoffe priorisieren.
Herstellungsverfahren für antistatisches Gewebe
Anhand der Herstellung antistatischer Stoffe als Fallstudie wird der Herstellungsprozess von antistatischen Stoffen veranschaulicht.
Der Prozess der Herstellung statischer Acrylfasern umfasst in der Regel die Modifizierung von Acrylfasern in antistatische Eigenschaften durch verschiedene Methoden wie die Behandlung der Faseroberfläche und das Mischen mit anderen Materialien oder Chemikalien, wie das Spinnen von Verbundwerkstoffen und das Hinzufügen leitfähiger Materialien für Füllungen.
1. Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Fasern
Bei der Behandlung von Fasern zur Verringerung des Stromaufbaus an der Oberflächenschicht werden typischerweise leitfähige Metallsalze oder Tenside, sogenannte Antistatikmittel, verwendet, beispielsweise durch Besprühen oder Beschichten der Fasern und ihrer Stoffe.
2. Blending-Modifikationsmethode
Durch die Einarbeitung einer Menge leitfähigen Materials wie Ruß oder Metalloxid in die Acrylfaser und deren Vermischung mit der Acrylfaserlösung erhält man langlebige antistatische Acrylfasern. Diese besondere antistatische Faser weist eine dauerhafte statische Wirkung auf; Allerdings muss das hinzugefügte Antistatikmittel während der Verarbeitung über spezifische thermische Stabilitätseigenschaften verfügen und mit der Faser kompatibel sein.
3. Chemische Modifikationsmethode der Ontologie
Durch die Einbindung von Monomeren bei 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. Verbundspinnverfahren
Die leitfähigen Elemente in den leitfähigen Fasern, die durch das Spinnen von Verbundwerkstoffen hergestellt werden, verlaufen kontinuierlich in Längsrichtung und lösen aufgebaute Ladungen leicht ab. Verschiedene Verbundkonfigurationen bestehen aus Hautkernkonstruktionen. Ein- oder mehrpunktige Kreisstrukturen sowie Sandwichformationen.
5. Füllmethode für leitfähiges Material
Im Spinnprozess befinden sich in der leitfähigen Kernschicht leitfähige Materialien und Fasern für eine verbesserte Leitfähigkeit, die der Faserspinnlösungtelvom Verbundspinnprozess selbst zugesetzt werden.
5. Leistungstests von Anti–statische Textilien
Elektrostatische Leistungsparameter und zugehörige Standards von Textilien
Beim Testen der Elektrizität werden verschiedene Aspekte untersucht, beispielsweise die Identifizierung potenzieller Gefahrenquellen durch statische Elektrizität, die Bewertung der statischen Elektrizitätseigenschaften von Materialien und Produkten sowie die Beurteilung der Empfindlichkeit brennbarer und explosiver Materialien gegenüber den Auswirkungen statischer Elektrizität. Zu den Normen, die die Eigenschaften von Textilien regeln, gehören unter anderem Richtlinien wie die GB/T 12703-Reihe und FZ/T 01059.
Prüfverfahren für elektrostatische Eigenschaften von Textilien
Die Prüfmethoden für die elektrische Ladung von Fasern oder Stoffen lassen sich grob in zwei Kategorien einteilen: qualitative Analyse und quantitative Analyse. Durch eine qualitative Analyse kann das Vorhandensein von Entladungsfunken, Stromschlägen, Entladungsgeräuschen und Anziehung (Staubanhaftung, Verunreinigung und Verwirbelung um den Körper) beobachtet werden.
Zu den grundlegenden Testmethoden gehören: Methode der statischen Spannungshalbwertszeit, Methode der Reibungsladespannung, Methode der Ladungsoberflächendichte, Methode der dynamischen statischen Spannung, Methode der Ladungsmenge und Methode des spezifischen Widerstands.
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