היסטוריית הפיתוח של סיבים מוליכים

השלב הראשון

השתמש בחומר אנטי-סטטי היגרוסקופי לביצוע שלב טיפול פני השטח על סיבים או בד.

למים מוליכות חשמלית גבוהה. כל עוד נספגת כמות קטנה של מים, ניתן לשפר משמעותית את מוליכות הפולימר. מים יכולים לספק תווך העברה למטען, לקדם את תנועת היונים לאלקטרודה הנגדית, וכאשר המים מצטמצמים, ניתן לחדש אותם מהאטמוספירה. באמצעות מאפיין זה של מים, פותחה סדרה של חומרים אנטי-סטטיים. הסוכן האנטי-סטטי הוא חומר פעיל שטח בעל קבוצה הידרופלית וקבוצה הידרופוביה. הקבוצה ההידרופוביה מצביעה על פני חומר הסיבים, סופחת על ממשק הפאזה ומשנה את מצב ממשק הפאזה; הקבוצה ההידרופלית מצביעה על החלל וסופגת אדי מים באטמוספירה.

סוכנים אנטי סטטיים יש בדרך כלל את הפונקציות הבאות על פני השטח של סיבים ומוצריהם:

1. ספיגת לחות: נוצר סרט מים מונומולקולרי מתמשך על פני חומר הסיבים.

2. הפחתת התנגדות ספציפית: סרט המים על פני חומר הסיבים מגדיל את המקדם הדיאלקטרי של חומר הסיבים, ובכך למעשה מפחית את ההתנגדות הספציפית של פני השטח שלו.

3. שפר את מוליכות היונים: הגבר את ריכוז היונים על פני חומר הסיבים והגבר את מוליכות היונים שלו (כולל פרוטון) באדי מים.

4. קידום פירוק אלקטרוליטים: הוא מספק מקום לפירוק פחמן דו חמצני באוויר ואלקטרוליטים בחומרי סיבים.

5. נטרול חשמלי: כאשר סימן המטען של הגורם האנטי-סטטי מנוגד לזה של חומר הסיבים, הוא ייצור נטרול חשמלי.

יתרונות: עיבוד נוח, עלות נמוכה ואפקט אנטי סטטי ברור.

חסרונות: הביצועים האנטי-סטטיים תלויים מאוד בלחות הסביבתית. בלחות נמוכה (RH<40%), its antistatic performance is lost and its durability is poor.

שלב שני

הוסף חומר אנטי סטטי בתוך הסיב כדי לשנות את הסיב.

רכיב חומר אנטי-סטטי מתווסף לפולימר הבסיסי, מעורבב או קופולימר עם הפולימר הבסיסי, ו-אי או נדן-ליבת סיב מרוכב אנטי-סטטי בים מיוצר בשיטת ספינינג מורכב. שלב האי או חלק הליבה הוא פולימר המכיל חומר אנטי סטטי, והפולימר הבסיסי כשלב הים או חלק העור הוא הגוף העיקרי של הסיב, המגן על הפולימר הקבוצתי ההידרופילי ונוטל את התפקיד הבסיסי של הסיב. הסוכן האנטי-סטטי בתוך הסיב האנטי-סטטי הוא בעיקר פעיל שטח קוטבי או יוני. למבנה המולקולרי שלו יש גם קבוצות הידרופיליות וקבוצות הידרופוביות. לקבוצה ההידרופוביה יש מידה מסוימת של תאימות לפולימר הבסיסי, בעוד שהקבוצה ההידרופלית גורמת לה מידה מסוימת של היגרוסקופיות.

מנגנון אנטי-סטטי של סיבים אנטי-סטטיים: הקבוצה ההידרופלית הכלולה בחומר האנטי-סטטי בתוך הסיב יכולה לנדוד אל פני השטח של הסיב וליצור סרט מים. סרט המים סופג אדי מים אטמוספריים כדי להגדיל את הדיאלקטרי של הסיב. פונקציה להפחתת ההתנגדות הספציפית לפני השטח של הסיב ולהאיץ את הדליפה של מטען אלקטרוסטטי נטו.

יתרונות: מכיוון שהחומר האנטי סטטי נמצא בתוך הפולימר הבסיסי, עמידותו טובה יותר.

חסרונות: השפעתו של חומר אנטי-סטטי תלויה בהיגרוסקופיות שלו, אשר נידונה לתלות שלו בלחות סביבתית. תחת לחות נמוכה (RH<40%) conditions, it will lose its antistatic performance. The dosage is large.

השלב השלישי

שלב ציפוי משטח סיבי מתכת וחומר מוליך.

1. סיב מוליך מתכת: הסיב המוליך מיוצר על ידי שימוש במוליכות המצוינת של המתכת, מה שהופך אותו לסיב המוליך הקדום והאמיתי ביותר. ההתנגדות שלו יכולה להגיע ל-10¯²-10¯¹ Ω · ס"מ. מתכות נפוצות עבור סיבי מתכת הן: נירוסטה, נחושת, אלומיניום, ניקל, זהב, כסף וכו'. הנפוצים ביותר הם סיבי נירוסטה 304, 304L ו-316, 316L. שיטת הייצור העיקרית היא שיטת הציור הישיר. חוט המתכת נמתח שוב ושוב דרך התבנית ליצירת סיב בקוטר של 4-10μm (כיום הדק ביותר הוא פחות מ-1μm), חוזק השבירה הוא 5-15cN/dtex, והתארכות השבירה היא 3.0-5.0%. לסיבי נירוסטה עמידות מצוינת, מוליכות חום, עמידות בפני כיפוף, עמידות בפני שחיקה ועמידות בפני קרינה. כאשר תכולת סיבי המתכת גדולה מ-0.5%, הבד הוא בעל תכונות אנטי-סטטיות מסוימות, וכאשר תכולת סיבי המתכת היא 2 עד 5%, הבד הוא בעל תכונות אנטי-סטטיות טובות. כאשר תכולת סיבי המתכת גדולה מ-8%, הבד לא רק בעל תכונות אנטי-סטטיות, אלא גם בעל תכונות מסוימות של מיגון גלים אלקטרומגנטיים.

תכולת סיבי מתכת ותכונות אנטי-סטטיות

הערה: המוליכות החשמלית של סיבי נירוסטה עולה עם העלייה בעדינות. כאשר העדינות נמוכה מ-8 מיקרומטר, היא פוחתת עם העלייה בעדינות. חסרונות: הסיבים נוקשים יותר, כוח הלכידות מעט גרוע יותר, יכולת הצביעה ירודה ומחיר הסיבים גבוה יותר.

2. פני השטח של חומר מוליך מצופים בסיבים מוליכים:

סיב זה מיוצג על ידי סיב מוליך מצופה פחמן שחור-שפותח לראשונה על ידי BASF בגרמניה בשנות ה-60. שיטת הייצור היא ציפוי וקיבוע מתכת, פחמן, פולימר מוליך וחומרים מוליכים אחרים על פני סיבים רגילים באמצעות שיטות פיזיקליות וכימיות. הרכיבים המוליכים של סיב זה מפוזרים על פני הסיב, כך שהאפקט האנטי-סטטי טוב, אך בתהליך השימוש קל ליפול החומר המוליך והביצועים המוליכים הולכים לאיבוד.

שלב רביעי

שלב סיבים מוליכים מרוכבים.

בשנת 1975, DuPont השתמשה בטכנולוגיית ספינינג מרוכבים לייצור סיבים מוליכים מרוכבים עם ליבה מוליכה פחמן שחור-Antron III. כתוצאה מכך, חברות סיבים כימיים גדולות החלו לחקור ולפתח סיבים מרוכבים עם פחמן שחור כמרכיב המוליך. מונסנטו פיתחה סיבים מוליכים זה-לצד-, Kanebo פיתחה סיבים מוליכים ניילון, ו-Unijika, Kuraray ו-Toyobo פיתחו ברציפות סיבים מוליכים מרוכבים. במהלך תקופה זו, סיב מוליך פחמן שחור פותח מאוד. עד סוף שנות ה-80 הגיעה התפוקה השנתית של יפן ל-200 טון. מכיוון שהסיב המוליך המרוכב של פחמן שחור משתמש בפחמן שחור כרכיב המוליך, הסיב הוא בדרך כלל אפור כהה, מה שמגביל את היקף היישום.

הופעתם של סיבים מוליכים מרוכבים פחמן שחור מקדמת את הפיתוח והייצור של בדים אנטי-סטטיים משובצים.

שלב חמישי

שלב התפתחות ההלבנה של סיבים מוליכים.

בשנות ה-80 החלה עבודת מחקר על הלבנת סיבים מוליכים. השיטה הנפוצה היא להשתמש בנחושת, כסף, ניקל וקדמיום ומתכת סולפידים אחרים, יודידים או תחמוצות ופולימרים רגילים למיזוג או ספינינג מרוכב לייצור סיבים מוליכים. לדוגמה, הסיב המוליך של השכבה המוליך CuS מיוצר על ידי תגובה כימית; הסיב המוליך T-25 המכיל CuI מיוצר על ידי Teijin Co., Ltd.; הסיב המוליך המכיל Zn0 מיוצר על ידי Kanebo Co., Ltd.; Unijika וחברות אחרות יצרו גם סיבים מוליכים לבנים. הביצועים של סיבים מוליכים לבנים המשתמשים בתרכובות מתכת או תחמוצות כחומרים מוליכים אינם טובים כמו של סיבים מוליכים מרוכבים פחמן שחור, אך היישום שלהם אינו מוגבל על ידי צבע.

שלב שישי

שלב הפיתוח של סיבים מוליכים פולימריים.

סיב מוליך פולימרי הוא סיב מוליך פולימרי מהותי המיוצר על ידי סימום חומרים פולימריים. כגון פוליפירול, פוליתיופן, פוליאנילין וחומרים פולימרים אחרים. לפולימרים המוליכים באופן מהותי יש מוליכות גבוהה (עד 10¯³~10¯²s/cm).

מחקר על סוג זה של חומר עשה התקדמות מעודדת. עם זאת, ישנם עדיין כמה קשיים ביישום המעשי, בעיקר בשל ביצועי עיבוד גרועים. בנוסף, מתנהל גם מחקר על מוליכות-על של פולימרים בבית ומחוץ. גם עבודת מחקר על טקסטיל אינטליגנטי של מידע אלקטרוני בעיצומה.

עבודת המחקר והפיתוח המקומית על סיבים מוליכים היא מאוחרת יחסית. בשנות ה-80 החל ייצור מקומי של סיבי מתכת וסיבי פחמן, אך התפוקה הייתה קטנה יחסית. רוב הסיבים המוליכים הדרושים תלויים ביבוא. המחקר והפיתוח המקומי המוקדמים ביותר של סיבי מתכת הם מכון המחקר לכרייה ומטלורגיה של לנז'ו ומוסדות מחקר מדעיים אחרים וכמה מפעלים, כגון מפעל 540 בשינשיאנג. המחקר והפיתוח המקומי של סיבים מוליכים מרוכבים פחמן שחור כוללים את Wuxi Textile Research Institute ואת China Textile Excellent Silk of Textile Academy. טכנולוגיית התהליך הנוכחית בוגרת יחסית. מספר לא מבוטל של אוניברסיטאות מקומיות ומוסדות מחקר מדעיים וכמה מפעלים גדולים פיתחו בהצלחה מגוון של סיבים מוליכים אורגניים וסיבים מוליכים לבנים.

כגון: סיבים מוליכים מתכת פוליאסטר מצופים בנחושת וניקל על פני השטח, סיבים אקריליים מוליכים של יודיד נחושת, סיבים מוליכים עשויים ספינינג מעורב בפוליאסטר נחושת, סיבים מרוכבים פחמן שחור וכו'. בטכנולוגיית הייצור של סיבים מוליכים לבנים, כמה ארגונים מקומיים פיתחו בהצלחה טכנולוגיית סיבי ים-איי וכן הלאה. באופן כללי, עדיין יש פער מסוים עם רמה מתקדמת זרה, כמו איכות ויציבות המוצר.