Антистатические волокна — это тип химических волокон, которые не склонны к накоплению статического заряда. В стандартных условиях антистатические волокна должны иметь объемное удельное сопротивление менее 10¹⁰ Ом·см или период полураспада рассеивания статического заряда менее 60 секунд.

Текстильные материалы в основном являются электрическими изоляторами с относительно высоким удельным сопротивлением, особенно синтетические волокна с низким влагопоглощением, такие как полиэстер, акрил и поливинилхлорид. В процессе обработки текстиля тесный контакт и трение между волокнами или волокнами и деталями машин приводят к переносу заряда на поверхности предметов, генерируя тем самым статическое электричество.

Статическое электричество может вызывать множество негативных последствий. Например, волокна с одинаковым зарядом отталкиваются друг от друга, а волокна с разными зарядами притягиваются к деталям механизмов, что приводит к распушиванию ленты, увеличению ворсистости пряжи, плохому формованию упаковки, прилипанию волокон к деталям механизмов, увеличению обрывов пряжи и появлению полос на поверхности ткани. После накопления статического электричества одежда легко впитывает пыль и загрязняется, может происходить запутывание одежды с телом человека или между одеждой и одеждой, и даже могут возникать электрические искры. В тяжелых случаях статическое напряжение может достигать нескольких тысяч вольт, а искры, возникающие при разряде, могут вызвать пожары с серьезными последствиями.

Существуют различные методы придания синтетическим волокнам и тканям из них стойких антистатических свойств. Например, в процессе полимеризации или прядения синтетических волокон можно добавлять гидрофильные полимеры или проводящие низкомолекулярные полимеры; для получения композитных волокон с гидрофильным внешним слоем можно использовать технологию композитного прядения. В процессе прядения синтетические волокна могут смешиваться с волокнами, обладающими высокой гигроскопичностью, или волокна с положительным и отрицательным зарядом могут смешиваться в соответствии с последовательностью потенциалов. Также к тканям можно применять стойкую гидрофильную вспомогательную отделку.

Для получения волокон с относительно длительным антистатическим эффектом в прядильный раствор для смешанного прядения часто добавляют поверхностно-активные вещества. После формирования волокна поверхностно-активные вещества, благодаря своим собственным свойствам, непрерывно мигрируют и диффундируют изнутри волокна к поверхности, обеспечивая тем самым антистатический эффект. Существуют также методы, такие как фиксация поверхностно-активных веществ на поверхности волокна с помощью клеев или их сшивание в пленки на поверхности волокна, эффект которых аналогичен нанесению антистатического лака на пластиковую поверхность.

Антистатический эффект таких волокон тесно связан с влажностью окружающей среды. При высокой влажности влага может усиливать ионную проводимость поверхностно-активного вещества, и антистатические свойства значительно улучшаются; в сухой среде этот эффект ослабевает.

Суть этого типа антистатического волокна заключается в модификации полимера, из которого оно формируется, и повышении гигроскопичности волокна путем добавления гидрофильных мономеров или полимеров, что придает ему антистатические свойства. Кроме того, в акриловый прядильный раствор можно добавлять сульфат меди, а после прядения и коагуляции его обрабатывают серосодержащим восстановителем, что может повысить эффективность производства и стабильность проводимости проводящих волокон. Помимо обычного смешанного прядения, постепенно появился метод добавления гидрофильных полимеров в процессе полимеризации для образования микро-многофазной дисперсионной системы, например, добавление полиэтиленгликоля в реакционную смесь капролактама для повышения стабильности антистатических свойств.

Металлические проводящие волокна обычно изготавливаются из металлических материалов с помощью специальных процессов формования волокон. К распространенным металлам относятся нержавеющая сталь, медь, алюминий, никель и др. Такие волокна обладают превосходной электропроводностью, быстро проводят заряды и эффективно устраняют статическое электричество. Одновременно они также обладают хорошей термостойкостью и устойчивостью к химической коррозии. Однако при применении в текстильной промышленности существуют некоторые ограничения. Например, металлические волокна имеют низкую когезию, и сила сцепления между волокнами во время прядения недостаточна, что может привести к проблемам с качеством пряжи; цвет готовых изделий ограничен цветом самого металла и относительно однороден. В практических применениях их часто смешивают с обычными волокнами, используя проводящие свойства металлических волокон для придания смешанным изделиям антистатических свойств, а также используя обычные волокна для улучшения характеристик прядения и снижения затрат.

Основные методы получения проводящих углеродных волокон включают легирование, нанесение покрытия, карбонизацию и т. д. Легирование заключается в добавлении проводящих примесей в волокнообразующий материал для изменения электронной структуры материала, что придает волокну проводимость; нанесение покрытия – это формирование проводящего слоя путем нанесения на поверхность волокна слоя углеродного материала с хорошей проводимостью, такого как сажа; карбонизация обычно использует в качестве исходных волокон вискозу, акрил, смолу и т. д., которые затем преобразуются в проводящие углеродные волокна путем высокотемпературной карбонизации. Углеродные проводящие волокна, полученные этими методами, приобретают определенную проводимость, сохраняя при этом часть исходных механических свойств. Хотя углеродные волокна, обработанные карбонизацией, обладают хорошей проводимостью, термостойкостью и химической стойкостью, они имеют высокий модуль упругости, твердую текстуру, недостаточную прочность, не устойчивы к изгибу и не обладают способностью к термоусадке, поэтому их применение ограничено в некоторых случаях, когда волокнам необходима хорошая гибкость и деформируемость.

Органические проводящие волокна, изготовленные из проводящих полимеров, обладают особой сопряженной структурой, благодаря которой электроны могут относительно свободно перемещаться по молекулярной цепи, обеспечивая тем самым проводимость. Благодаря своим уникальным проводящим свойствам и характеристикам органических материалов, такие волокна имеют потенциал применения в некоторых высокотехнологичных областях со специальными требованиями к характеристикам материалов и низкой стоимостью, таких как специализированные электронные устройства и аэрокосмическая промышленность.

Антистатические свойства этого типа волокна достигаются за счет нанесения проводящих веществ, таких как сажа и металл, на поверхность обычных синтетических волокон посредством процессов поверхностной обработки. Процесс нанесения металлического покрытия относительно сложен и дорог, и может оказывать определенное влияние на износостойкость, например, на тактильные ощущения от волокна.

Метод композитного прядения заключается в формировании единого волокна из двух или более различных компонентов с помощью специальной композитной прядильной установки в рамках одного процесса прядения, используя два или более полимера с различным составом или свойствами. При изготовлении антистатических волокон в качестве одного из компонентов обычно используются проводящие полимеры или полимеры с добавлением проводящих веществ, которые компаундируются с обычными волокнообразующими полимерами. По сравнению с другими методами получения антистатических волокон, волокна, полученные методом композитного прядения, обладают более стабильными антистатическими свойствами и оказывают меньшее негативное воздействие на исходные свойства волокон.

В повседневной жизни, когда зимой воздух слишком сухой, между кожей и одеждой человека может возникать статическое электричество, мгновенное статическое напряжение в тяжелых случаях может достигать десятков тысяч вольт, вызывая дискомфорт для организма. Например, ходьба по коврам может генерировать 1500-35000 вольт статического электричества, ходьба по виниловым полам — 250-12000 вольт, а трение о стул в помещении — более 1800 вольт. Уровень статического электричества в основном зависит от влажности окружающего воздуха. Обычно, когда статическое напряжение превышает 7000 вольт, человек ощущает удар электрическим током.

Статическое электричество вредно для организма человека. Постоянное статическое электричество может повышать щелочность крови, снижать содержание кальция в сыворотке и увеличивать выведение кальция с мочой. Это особенно сильно влияет на растущих детей, пожилых людей с очень низким уровнем кальция в крови, а также беременных и кормящих матерей, нуждающихся в большом количестве кальция. Чрезмерное накопление статического электричества в организме вызывает аномальную проводимость тока в мембранах нервных клеток головного мозга, влияет на центральную нервную систему, приводит к изменениям pH крови и кислородного баланса организма, нарушает физиологический баланс и вызывает такие симптомы, как головокружение, головная боль, раздражительность, бессонница, потеря аппетита и психическое состояние транса. Статическое электричество также может нарушать кровообращение, работу иммунной и нервной систем, влиять на нормальную работу различных органов (особенно сердца) и вызывать аномальную частоту сердечных сокращений и преждевременные сердцебиения. Зимой около трети сердечно-сосудистых заболеваний связаны со статическим электричеством. Кроме того, в легковоспламеняющихся и взрывоопасных зонах статическое электричество на теле человека может вызвать пожар.