抗靜電紡織品與抗靜電劑的開發(fā)應(yīng)用

抗靜電紡織品與抗靜電劑的開發(fā)應(yīng)用
一、抗靜電紡織品介紹
電子及半導體制造業(yè)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(tǒng)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(huán)境控制室(無塵室)的要求與品質(zhì)與日俱僧。
由于無塵室內(nèi)的空氣通常須保持在相對濕度45%的干燥狀態(tài)，因此容易產(chǎn)生靜電；靜電在半導體制程上誘發(fā)不良的作用主要有兩大類，一為引發(fā)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(fā)的失效率，在產(chǎn)品早期各種失效發(fā)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(nèi)容包括制程機儀及人體所產(chǎn)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(chǎn)生機會低(低發(fā)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(xiàn)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(zhì)，分別由以下兩種生產(chǎn)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(zhì)添加物(例如碳黑)。
(b)熔融紡絲后以導電物質(zhì)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(jīng)過紡紗后再織成布，纖維導電性之優(yōu)劣必須視導電物質(zhì)之種類、添加量和位置來加以調(diào)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(zhì)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(nèi)部含導電材料，亦或一部份分布在表面一部份在纖維內(nèi)部形成兩種介質(zhì)，導電材料通常添加量在3%～30%之間。
二、國外抗靜電劑開發(fā)
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?？刂祁H為普遍，其較混紡的聚酯棉與其它使用在非無塵室ESD應(yīng)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(chǎn)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(shè)備的推廣應(yīng)用，紗線表面較易積聚摩擦產(chǎn)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(chǎn)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(shù)。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(shù)。
PrecisionFabricsGroupInc.(Greensboro，NC)供應(yīng)一系列抗靜電布料，包括供給ISOClass3應(yīng)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(lǐng)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(chǎn)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(fā)展用來供給無菌無塵室使用的ChemStat969ZPlus。
TeijinShoji(USA)Inc.所開發(fā)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(jīng)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(fā)表的Perimeter產(chǎn)品系列包括了4種供予微?？刂婆c2種針對ESD的紡織品，Milliken公司生產(chǎn)聚酯長纖維抗靜電紡織品，適合于供給ISOClass3與4領(lǐng)域使用，亦包括了Belltron碳纖維來排放靜電。
TWCleanInc.(Carlsbad,CA)所產(chǎn)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(yōu)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(xiàn)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(shù)，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(jié)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(fā)現(xiàn)羊毛纖維的紡紗、織造效率也有相應(yīng)提高，織物沒有劃痕，改善了手感。從側(cè)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(fā)展經(jīng)歷了幾個階段：金屬纖維、碳纖維、導電物質(zhì)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(zhì)容易剝落。而復合型導電纖維一般是將導電物質(zhì)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(diào)、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(shù)使纖維的一部分含有導電物質(zhì)；
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(nèi)復合型導電纖維的開發(fā)
天津工業(yè)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(fā)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(yīng)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(jīng)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(zhì)的質(zhì)量吸收系數(shù)成正比。增加磁粉使材料密度增加，質(zhì)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(guān)Bjq41RI

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