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(dǎo)體制造業(yè)者對靜電釋放與微粒污染損害所需付出的費(fèi)用相當(dāng)驚人，從統(tǒng)計(jì)資料中知悉，每年因靜電釋放(ElectrostaticDischarge,ESD)所釀成之損壞成本負(fù)擔(dān)估計(jì)高達(dá)9億美元，有些專家認(rèn)為實(shí)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(dǎo)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(jì)畫，內(nèi)容包括制程機(jī)儀及人體所產(chǎn)生的靜電危害。
無塵室用靜電釋放防護(hù)衣著必須具有：(1)靜電／靜電逸散、(2)微塵粒子產(chǎn)生機(jī)會低(低發(fā)塵量)、(3)織造強(qiáng)度夠、(4)耐用性好、(5)抗特定化學(xué)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(dǎo)電紗。這些導(dǎo)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(dǎo)電物質(zhì)，分別由以下兩種生產(chǎn)方式而得：
1.有機(jī)高分子纖維(主要是聚醯胺或聚酯)
(a)熔融紡絲時加入導(dǎo)電物質(zhì)添加物(例如碳黑)。
(b)熔融紡絲后以導(dǎo)電物質(zhì)當(dāng)作纖維后處理。
2.無機(jī)纖維(例如不銹鋼纖維)：導(dǎo)電性纖維需經(jīng)過紡紗后再織成布，纖維導(dǎo)電性之優(yōu)劣必須視導(dǎo)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(dǎo)電材料，硫化銅、碘化銅和其它氧化金屬也常使用。導(dǎo)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(fù)合紡絲使纖維內(nèi)部含導(dǎo)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(dǎo)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(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(dǎo)電性紗線來達(dá)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(dǎo)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(dǎo)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(dá)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(yùn)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(shí)驗(yàn)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(fù)合型導(dǎo)電纖維可制成各類抗靜電紡織品
導(dǎo)電纖維的發(fā)展經(jīng)歷了幾個階段：金屬纖維、碳纖維、導(dǎo)電物質(zhì)包裹纖維和復(fù)合型導(dǎo)電纖維等。其中，金屬纖維導(dǎo)電性好，但與普通纖維混紡時抱合性差，高細(xì)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(dǎo)電纖維則是不耐摩擦和反復(fù)洗滌，導(dǎo)電物質(zhì)容易剝落。而復(fù)合型導(dǎo)電纖維一般是將導(dǎo)電物質(zhì)如碳黑、碳纖維、金屬衍生物等與普通聚合物復(fù)合制成，因此價格低廉、導(dǎo)電性好，導(dǎo)電范圍可調(diào)、耐久性好。
特點(diǎn)：
1復(fù)合型導(dǎo)電纖維實(shí)際上是通過復(fù)合紡絲技術(shù)使纖維的一部分含有導(dǎo)電物質(zhì)；
2使纖維在具有導(dǎo)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(fù)合型導(dǎo)電纖維的開發(fā)
天津工業(yè)大學(xué)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(yuǎn)紅外功能上，該種纖維的遠(yuǎn)紅外發(fā)射功率為86%左右，相當(dāng)于100攝氏度的溫度，這是因?yàn)槔w維的皮層中含有遠(yuǎn)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(qiáng)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(dǎo)致材料的流動性能和機(jī)械力學(xué)性能。所以，添加的含量是經(jīng)過認(rèn)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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