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国内外抗静电纺织品与抗静电剂的开发应用

2007-7-16 21:54:04互联网 点击数: 【字体:

一、抗静电纺织品介绍

  电子及半导体制造业者对静电释放与微粒污染损害所需付出的费用相当惊人,从统计资料中知悉,全球每年因静电释放(Electrostatic Discharge, ESD)所酿成之损坏成本负担估计高达9亿美元,有些专家认为实际上的损失还会更高。因此对于环境控制室(无尘室)的要求与品质与日俱僧。

  由于无尘室内的空气通常须保持在相对湿度45%的干燥状态,因此容易产生静电;静电在半导体制程上诱发不良的作用主要有两大类,一为引发微粒污染,在各种无尘室的微粒污染源中占第五位,约5%,另一为静电释放(ESD),其所引发的失效率,在产品早期各种失效发生源中占首位,超过50%;为了克服静电释放的问题,许多制造商已着手研究各种静电控制计画,内容包括制程机仪及人体所产生的静电危害。

  无尘室用静电释放防护衣着必须具有:(1)静电/静电逸散、(2)微尘粒子产生机会低(低发尘量)、(3)织造强度够、(4)耐用性好、(5)抗特定化学药剂及(6)穿著性舒适等特性。

  目前抗静电无尘衣大都由人造长纤维织造。这些织物可以是针织、梭织或纺黏合方式织造。聚酯长纤是目前无尘室织物最主要之原料。为了使织物赋予持久性抗静电/静电逸散的效果,一般是于织造过程中嵌入(大概占织物重之0.1-0.5%)导电纱。这些导电纱通常在成品布上显现条或格子状样式(3-10mm,视最终用途而定)。

  目前市面上有很多种抗静电纤维可供选择,这些纤维的织造通常是在纤维制造过程中加入些许导电物质,分别由以下两种生产方式而得:

  1.有机高分子纤维(主要是聚醯胺或聚酯)

  (a)熔融纺丝时加入导电物质添加物(例如碳黑)。

  (b)熔融纺丝后以导电物质当作纤维后处理。

  2.无机纤维(例如不锈钢纤维):导电性纤维需经过纺纱后再织成布,纤维导电性之优劣必须视导电物质之种类、添加量和位置来加以调整,碳纤维是最常用之导电材料,硫化铜、碘化铜和其它氧化金属也常使用。导电物质可以使用类似涂布加工的方式覆盖于纤维外层,或使用复合纺丝使纤维内部含导电材料,亦或一部份分布在表面一部份在纤维内部形成两种介质,导电材料通常添加量在3%~30%之间。

  二、国外抗静电剂开发

  无尘室纺织品采用高密度织法的聚酯长纤纺织品来作为微粒控制颇为普遍,其较混纺的聚酯棉与其它使用在非无尘室ESD应用的纺织品更不能释放静电,由于棉花具有吸收水气的能力,它较聚酯更能释放静电,但它却会产生棉绒。除此之外,做为无尘室使用的纺织品必需兼具耐久、非污染的导电性纱线来达到抗静电。

  随着高速纺丝和变形加工设备的推广应用,纱线表面较易积聚摩擦产生静电荷,因此必须在纺丝油剂中加入抗静电剂。

  目前国外市场新推出的抗静电剂有:Crostat PTA,这是一种用于合纤地毯纱的临时性抗静电剂,它不影响地毯纱的色牢度;TC-Anfistatikum Uk flussig是一种合纤专用抗静电剂,它可使织物手感较柔和;Laustat cT是一种用于浸泡和浸轧的高效抗静电剂;Yamsoft-GS是一种假阳离子柔软润滑剂,有抗静电性,专用于棉纱,但也可改善合纤或混纺纱的柔软性和抗静电性;Achitoil OL Conc是一种非离子型抗静电剂,用于纤维素纤维及其混纺纱,有高润滑功能,而且降低纤维问摩擦力。

  日本东京Kanebo Ltd.生产Belltron碳纤维系目前最广泛使用在无尘室纺织品上面的导电性纱线,它拥有每平方公分107至1011欧姆的平均表面电阻系数。典型的特定ESD纺织品,使用有更多导电性但有时却会污染的ESD纱线,具有105至107欧姆的表面电阻系数。

  Precision Fabrics Group Inc. (Greensboro,NC)供应一系列抗静电布料,包括供给ISO Class 3应用的Integrity 2000纺织品、供ISO Class 4制药与生物科技无尘室使用的Integrity1800、以及供给ISO Class 5领域的Integrity 1700。其高密度的织法对微粒的阻隔可小至1微米,并加入Belltron碳纤维来达到释放静电。

  纽约Stern and Stern Industries Inc则生产一系列ChemStat 909 Plus抗静电布料,供给ISO Class 5与ISO Class 4无尘室使用。此外该公司亦发展用来供给无菌无尘室使用的ChemStat 969Z Plus。

  Teijin Shoji(USA)Inc.所开发具备污染控制之ESD纺织品,提供空气与水气的渗透性以及较大程度的柔软性,以提高工作者的舒适性。Teijin Shoji公司已经是一间超过15年的全球性无尘室与ESD纺织品供货商,但是Milliken公司却是无尘室/ ESD市场的新人,一家135年的纺织品制造厂,该公司所发表的Perimeter产品系列包括了4种供予微粒控制与2种针对ESD的纺织品,Milliken公司生产聚酯长纤维抗静电纺织品,适合于供给ISO Class 3与4领域使用,亦包括了Belltron碳纤维来排放静电。

  TW Clean Inc.(Carlsbad,CA)所产生的Class 100抗静电纺织品,具有抗静电功能外,亦具有舒适性以及成本优势。

  三、新型抗静电剂的柔软性

  由于新型抗静电剂大分子柔软性好,原子间键距大,运动自由度大,分子间作用力较弱,表现出较低的表面张力,有很好的润滑性和柔软性。对羊毛纤维,改变了羊毛纤维的双向摩擦系数,使其接近一致,有效地防止了羊毛纤维的不可逆移动。而对聚酯纤维,由于抗静电剂大分子对聚醋纤维大分子有较大的亲和力,故赋予聚醋纤维更光滑和柔软的手感。实验结果表明,新型抗静电剂能减少纤维屈曲滞后性,改善织物的悬垂性,获得柔软的手感。

  抗静电剂在羊毛染色中使用,发现羊毛纤维的纺纱、织造效率也有相应提高,织物没有划痕,改善了手感。从侧面也证明新型抗静电剂对织物的润滑和柔软作用。

  四、复合型导电纤维可制成各类抗静电纺织品

  导电纤维的发展经历了几个阶段:金属纤维、碳纤维、导电物质包裹纤维和复合型导电纤维等。其中,金属纤维导电性好,但与普通纤维混纺时抱合性差,高细度纤维价格很高;碳纤维电阻率低,但缺乏韧性,弯曲程度较低;包裹性导电纤维则是不耐摩擦和反复洗涤,导电物质容易剥落。而复合型导电纤维一般是将导电物质如碳黑、碳纤维、金属衍生物等与普通聚合物复合制成,因此价格低廉、导电性好,导电范围可调、耐久性好。

  特点:

  1复合型导电纤维实际上是通过复合纺丝技术使纤维的一部分含有导电物质;

  2使纤维在具有导电特性的同时,又兼有普通合成纤维的性能,成为具有可纺性的功能性纤维功效。

  五、国内复合型导电纤维的开发

  天津工业大学生物与纺织材料研究所自行研制多功能磁性纤维,该多功能磁性纤维具有:

  1远红外功能上,该种纤维的远红外发射功率为86%左右,相当于100摄氏度的温度,这是因为纤维的皮层中含有远红外微粉;

  2磁性功能上,这种纤维本身含有磁粉。磁粉含量会影响多功能磁性纤维德磁感应强度的大小,即影响该材料的磁性大小。但由于磁粉本身是刚性粒子,不易变形,纤维中添加过多会导致材料的流动性能和机械力学性能。所以,添加的含量是经过认真研究确定的;

  3屏蔽X光功能方面,对屏蔽X光起作用的是磁粉。在材料固定的情况下,屏蔽X光的能力和物质的质量吸收系数成正比。增加磁粉使材料密度增加,质量增大,从而使X射线的屏蔽率增加;

  4吸波材料,与磁粉含量有关。

 

 



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