抗靜電紡織品與抗靜電劑的開發應用

抗靜電紡織品與抗靜電劑的開發應用
一、抗靜電紡織品介紹
電子及半導體制造業者對靜電釋放與微粒污染損害所需付出的費用相當驚人，從統計資料中知悉，每年因靜電釋放(ElectrostaticDischarge,ESD)所釀成之損壞成本負擔估計高達9億美元，有些專家認為實際上的損失還會更高。因此對于環境控制室(無塵室)的要求與品質與日俱僧。
由于無塵室內的空氣通常須保持在相對濕度45%的干燥狀態，因此容易產生靜電；靜電在半導體制程上誘發不良的作用主要有兩大類，一為引發微粒污染，在各種無塵室的微粒污染源中占第五位，約5%，另一為靜電釋放(ESD)，其所引發的失效率，在產品早期各種失效發生源中占首位，超過50%；為了克服靜電釋放的問題，許多制造商已著手研究各種靜電控制計畫，內容包括制程機儀及人體所產生的靜電危害。
無塵室用靜電釋放防護衣著必須具有：(1)靜電／靜電逸散、(2)微塵粒子產生機會低(低發塵量)、(3)織造強度夠、(4)耐用性好、(5)抗特定化學藥劑及(6)穿著性舒適等特性。
目前抗靜電無塵衣大都由人造長纖維織造。這些織物可以是針織、梭織或紡黏合方式織造。聚酯長纖是目前無塵室織物主要之原料。為了使織物賦予持久性抗靜電／靜電逸散的效果，一般是于織造過程中嵌入(大概占織物重之0.1-0.5%)導電紗。這些導電紗通常在成品布上顯現條或格子狀樣式(3-10mm，視終用途而定)。
目前市面上有很多種抗靜電纖維可供選擇，這些纖維的織造通常是在纖維制造過程中加入些許導電物質，分別由以下兩種生產方式而得：
1.有機高分子纖維(主要是聚醯胺或聚酯)
(a)熔融紡絲時加入導電物質添加物(例如碳黑)。
(b)熔融紡絲后以導電物質當作纖維后處理。
2.無機纖維(例如不銹鋼纖維)：導電性纖維需經過紡紗后再織成布，纖維導電性之優劣必須視導電物質之種類、添加量和位置來加以調整，碳纖維是常用之導電材料，硫化銅、碘化銅和其它氧化金屬也常使用。導電物質可以使用類似涂布加工的方式覆蓋于纖維外層，或使用復合紡絲使纖維內部含導電材料，亦或一部份分布在表面一部份在纖維內部形成兩種介質，導電材料通常添加量在3%～30%之間。
二、國外抗靜電劑開發
無塵室紡織品采用高密度織法的聚酯長纖紡織品來作為微粒控制頗為普遍，其較混紡的聚酯棉與其它使用在非無塵室ESD應用的紡織品更不能釋放靜電，由于棉花具有吸收水氣的能力，它較聚酯更能釋放靜電，但它卻會產生棉絨。除此之外，做為無塵室使用的紡織品必需兼具耐久、非污染的導電性紗線來達到抗靜電。
隨著高速紡絲和變形加工設備的推廣應用，紗線表面較易積聚摩擦產生靜電荷，因此必須在紡絲油劑中加入抗靜電劑。
目前國外市場新推出的抗靜電劑有：CrostatPTA，這是一種用于合纖地毯紗的臨時性抗靜電劑，它不影響地毯紗的色牢度；TC-AnfistatikumUkflussig是一種合纖專用抗靜電劑，它可使織物手感較柔和；LaustatcT是一種用于浸泡和浸軋的高效抗靜電劑；Yamsoft-GS是一種假陽離子柔軟潤滑劑，有抗靜電性，專用于棉紗，但也可改善合纖或混紡紗的柔軟性和抗靜電性；AchitoilOLConc是一種非離子型抗靜電劑，用于纖維素纖維及其混紡紗，有高潤滑功能，而且降低纖維問摩擦力。
日本東京KaneboLtd.生產Belltron碳纖維系目前廣泛使用在無塵室紡織品上面的導電性紗線，它擁有每平方公分107至1011歐姆的平均表面電阻系數。典型的特定ESD紡織品，使用有更多導電性但有時卻會污染的ESD紗線，具有105至107歐姆的表面電阻系數。
PrecisionFabricsGroupInc.(Greensboro，NC)供應一系列抗靜電布料，包括供給ISOClass3應用的Integrity2000紡織品、供ISOClass4制藥與生物科技無塵室使用的Integrity1800、以及供給ISOClass5領域的Integrity1700。其高密度的織法對微粒的阻隔可小至1微米，并加入Belltron碳纖維來達到釋放靜電。
紐約SternandSternIndustriesInc則生產一系列ChemStat909Plus抗靜電布料，供給ISOClass5與ISOClass4無塵室使用。此外該公司亦發展用來供給無菌無塵室使用的ChemStat969ZPlus。
TeijinShoji(USA)Inc.所開發具備污染控制之ESD紡織品，提供空氣與水氣的滲透性以及較大程度的柔軟性，以提高工作者的舒適性。TeijinShoji公司已經是一間超過15年的性無塵室與ESD紡織品供貨商，但是Milliken公司卻是無塵室/ESD市場的新人，一家135年的紡織品制造廠，該公司所發表的Perimeter產品系列包括了4種供予微粒控制與2種針對ESD的紡織品，Milliken公司生產聚酯長纖維抗靜電紡織品，適合于供給ISOClass3與4領域使用，亦包括了Belltron碳纖維來排放靜電。
TWCleanInc.(Carlsbad,CA)所產生的Class100抗靜電紡織品，具有抗靜電功能外，亦具有舒適性以及成本優勢。
三、新型抗靜電劑的柔軟性
由于新型抗靜電劑大分子柔軟性好，原子間鍵距大，運動自由度大，分子間作用力較弱，表現出較低的表面張力，有很好的潤滑性和柔軟性。對羊毛纖維，改變了羊毛纖維的雙向摩擦系數，使其接近一致，有效地防止了羊毛纖維的不可逆移動。而對聚酯纖維，由于抗靜電劑大分子對聚醋纖維大分子有較大的親和力，故賦予聚醋纖維更光滑和柔軟的手感。實驗結果表明，新型抗靜電劑能減少纖維屈曲滯后性，改善織物的懸垂性，獲得柔軟的手感。
抗靜電劑在羊毛染色中使用，發現羊毛纖維的紡紗、織造效率也有相應提高，織物沒有劃痕，改善了手感。從側面也證明新型抗靜電劑對織物的潤滑和柔軟作用。
四、復合型導電纖維可制成各類抗靜電紡織品
導電纖維的發展經歷了幾個階段：金屬纖維、碳纖維、導電物質包裹纖維和復合型導電纖維等。其中，金屬纖維導電性好，但與普通纖維混紡時抱合性差，高細度纖維價格很高；碳纖維電阻率低，但缺乏韌性，彎曲程度較低；包裹性導電纖維則是不耐摩擦和反復洗滌，導電物質容易剝落。而復合型導電纖維一般是將導電物質如碳黑、碳纖維、金屬衍生物等與普通聚合物復合制成，因此價格低廉、導電性好，導電范圍可調、耐久性好。
特點：
1復合型導電纖維實際上是通過復合紡絲技術使纖維的一部分含有導電物質；
2使纖維在具有導電特性的同時，又兼有普通合成纖維的性能，成為具有可紡性的功能性纖維功效。
五、國內復合型導電纖維的開發
天津工業大學生物與紡織材料研究所自行研制多功能磁性纖維，該多功能磁性纖維具有：
1遠紅外功能上，該種纖維的遠紅外發射功率為86%左右，相當于100攝氏度的溫度，這是因為纖維的皮層中含有遠紅外微粉；
2磁性功能上，這種纖維本身含有磁粉。磁粉含量會影響多功能磁性纖維德磁感應強度的大小，即影響該材料的磁性大小。但由于磁粉本身是剛性粒子，不易變形，纖維中添加過多會導致材料的流動性能和機械力學性能。所以，添加的含量是經過認真研究確定的；
3屏蔽X光功能方面，對屏蔽X光起作用的是磁粉。在材料固定的情況下，屏蔽X光的能力和物質的質量吸收系數成正比。增加磁粉使材料密度增加，質量增大，從而使X射線的屏蔽率增加；
4吸波材料，與磁粉含量有關Bjq41RI

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