정전기 방지 섬유는 정전하를 쉽게 축적하지 않는 화학 섬유의 일종입니다. 표준 조건에서 정전기 방지 섬유는 체적 저항이 10¹⁰Ω·cm 미만이거나 정전하 소산 반감기가 60초 미만이어야 합니다.

섬유 소재는 대부분 비저항이 비교적 높은 전기 절연체이며, 특히 폴리에스터, 아크릴, 폴리염화비닐 섬유와 같이 수분 흡수율이 낮은 합성 섬유가 그렇습니다. 섬유 가공 과정에서 섬유와 섬유 사이 또는 섬유와 기계 부품 사이의 밀접한 접촉과 마찰로 인해 물체 표면에서 전하 이동이 발생하여 정전기가 발생합니다.

정전기는 여러 가지 악영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, 같은 전하를 띤 섬유는 서로 반발하고, 다른 전하를 띤 섬유는 기계 부품에 끌어당겨 슬리버 보풀 발생, 실의 털 빠짐 증가, 포장 불량, 섬유가 기계 부품에 달라붙는 현상, 실 끊어짐 증가, 직물 표면의 줄무늬 발생 등을 유발할 수 있습니다. 옷에 정전기가 발생하면 먼지가 쉽게 달라붙고 오염될 수 있으며, 옷과 인체 또는 옷끼리 엉키는 현상이 발생할 수 있고, 심지어 스파크가 발생할 수도 있습니다. 심한 경우 정전압이 수천 볼트에 달할 수 있으며, 방전으로 발생하는 스파크는 화재를 일으켜 심각한 결과를 초래할 수 있습니다.

합성 섬유 및 그 직물에 내구성 있는 정전기 방지 특성을 부여하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 예를 들어, 합성 섬유의 중합 또는 방사 과정에서 친수성 고분자 또는 전도성 저분자량 고분자를 첨가할 수 있습니다. 복합 방사 기술을 이용하여 친수성 외층을 갖는 복합 섬유를 제조할 수도 있습니다. 방사 공정에서 합성 섬유를 강한 흡습성을 가진 섬유와 혼합하거나, 전위 순서에 따라 양전하 섬유와 음전하 섬유를 혼합할 수도 있습니다. 또한, 직물에 내구성 있는 친수성 보조 마감 처리를 적용할 수도 있습니다.

상대적으로 정전기 방지 효과가 오래 지속되는 섬유를 제조하기 위해, 혼방 방사 시 방사액에 계면활성제를 첨가하는 경우가 많습니다. 섬유 형성 후, 계면활성제는 고유의 특성에 따라 섬유 내부에서 표면으로 지속적으로 이동 및 확산되어 정전기 방지 효과를 나타냅니다. 또한, 접착제를 이용하여 섬유 표면에 계면활성제를 고정시키거나, 섬유 표면에 가교 결합된 막을 형성하는 방법도 있으며, 이는 플라스틱 표면에 정전기 방지 바니시를 도포하는 것과 유사한 효과를 나타냅니다.

이러한 섬유의 정전기 방지 효과는 주변 습도와 밀접한 관련이 있습니다. 습도가 높으면 수분이 계면활성제의 이온 전도도를 향상시켜 정전기 방지 성능이 크게 개선되지만, 건조한 환경에서는 그 효과가 약해집니다.

이러한 유형의 정전기 방지 섬유의 핵심은 섬유 형성 고분자를 개질하고 친수성 단량체 또는 고분자를 첨가하여 섬유의 흡습성을 향상시켜 정전기 방지 특성을 부여하는 것입니다. 또한, 아크릴 방사 용액에 황산구리를 혼합하고 방사 및 응고 후 황 함유 환원제로 처리하면 전도성 섬유의 생산 효율과 전도도 내구성을 향상시킬 수 있습니다. 일반적인 혼합 방사 외에도 중합 과정에서 친수성 고분자를 첨가하여 미세 다상 분산계를 형성하는 방법이 점차 등장하고 있는데, 예를 들어 카프로락탐 반응 혼합물에 폴리에틸렌 글리콜을 첨가하여 정전기 방지 특성의 내구성을 향상시키는 방법이 있습니다.

금속 전도성 섬유는 일반적으로 특수한 섬유 성형 공정을 통해 금속 재료로 만들어집니다. 흔히 사용되는 금속으로는 스테인리스강, 구리, 알루미늄, 니켈 등이 있습니다. 이러한 섬유는 전기 전도성이 뛰어나 전하를 빠르게 전도하고 정전기를 효과적으로 제거합니다. 또한 내열성 및 내화학성도 우수합니다. 그러나 섬유에 적용할 경우 몇 가지 한계가 있습니다. 예를 들어, 금속 섬유는 응집력이 낮아 방사 과정에서 섬유 간 결합력이 부족하여 실 품질 문제가 발생할 수 있습니다. 또한 완제품의 색상은 금속 자체의 색상에 한정되어 단조롭습니다. 실제 적용에서는 금속 섬유의 전도성을 활용하여 혼방 제품에 정전기 방지 기능을 부여하고, 일반 섬유를 사용하여 방사 성능을 향상시키고 비용을 절감하는 방식으로 일반 섬유와 혼방하여 사용하는 경우가 많습니다.

탄소 전도성 섬유의 제조 방법에는 주로 도핑, 코팅, 탄화 등이 있다. 도핑은 섬유 형성 재료에 전도성 불순물을 혼합하여 재료의 전자 구조를 변화시킴으로써 섬유에 전도성을 부여하는 것이고, 코팅은 카본 블랙과 같이 전도성이 우수한 탄소 재료 층을 섬유 표면에 코팅하여 전도성 층을 형성하는 것이다. 탄화는 일반적으로 비스코스, 아크릴, 피치 등을 전구체 섬유로 사용하여 고온 탄화 과정을 통해 전도성 탄소 섬유로 변환하는 방법이다. 이러한 방법으로 제조된 탄소 전도성 섬유는 섬유 본래의 기계적 특성을 일부 유지하면서 일정 수준의 전도성을 획득한다. 탄화 처리된 탄소 섬유는 우수한 전도성, 내열성 및 내화학성을 갖지만, 탄성률이 높고, 조직이 단단하며, 인성이 부족하고, 굽힘 저항성이 떨어지며, 열 수축성이 없기 때문에 섬유에 우수한 유연성과 변형성이 요구되는 일부 용도에는 적합하지 않다.

전도성 고분자로 만들어진 유기 전도성 섬유는 특수한 공액 구조를 가지고 있어 분자 사슬 상에서 전자가 비교적 자유롭게 이동할 수 있으므로 전도성을 나타냅니다. 이러한 섬유는 고유한 전도성과 유기 재료의 특성 덕분에 특수한 재료 성능이 요구되고 비용에 민감한 특정 전자 기기 및 항공우주 분야와 같은 첨단 분야에서 활용 가치가 높습니다.

이러한 종류의 섬유는 표면 처리 공정을 통해 일반 합성 섬유 표면에 카본 블랙이나 금속과 같은 전도성 물질을 코팅함으로써 정전기 방지 기능을 구현합니다. 금속 코팅 공정은 비교적 복잡하고 비용이 많이 들며, 섬유의 촉감과 같은 마모 특성에 어느 정도 영향을 미칠 수 있습니다.

복합 방사법은 서로 다른 조성이나 물성을 가진 두 가지 이상의 고분자를 사용하여 특수한 복합 방사 장치를 통해 동일한 방사 공정에서 두 가지 이상의 서로 다른 구성 요소를 하나의 섬유로 형성하는 방법입니다. 정전기 방지 섬유를 제조할 때, 일반적으로 전도성 고분자 또는 전도성 물질이 첨가된 고분자를 한 구성 요소로 사용하고 이를 일반적인 섬유 형성 고분자와 복합화합니다. 다른 정전기 방지 섬유 제조 방법과 비교했을 때, 복합 방사법으로 제조된 섬유는 더욱 안정적인 정전기 특성을 가지며 섬유 본래의 물성에 미치는 부정적인 영향이 적습니다.

일상생활에서 겨울철처럼 공기가 건조할 때는 피부와 옷 사이에 정전기가 발생하기 쉬운데, 심한 경우 순간적으로 수만 볼트에 달하는 정전기가 발생하여 인체에 불쾌감을 줄 수 있습니다. 예를 들어, 카펫 위를 걸을 때는 1500~35000볼트, 비닐 바닥 위를 걸을 때는 250~12000볼트, 실내 의자에 몸을 비빌 때는 1800볼트 이상의 정전기가 발생할 수 있습니다. 정전기 발생량은 주로 주변 공기의 습도에 따라 달라집니다. 일반적으로 정전기가 7000볼트를 초과하면 사람은 전기 충격을 느끼게 됩니다.

정전기는 인체에 ​​해롭습니다. 지속적인 정전기는 혈액의 알칼리성을 증가시키고, 혈중 칼슘 함량을 감소시키며, 소변으로의 칼슘 배설량을 증가시킵니다. 이는 성장기 어린이, 혈중 칼슘 수치가 매우 낮은 노인, 그리고 칼슘이 많이 필요한 임산부와 수유부에게 더욱 큰 영향을 미칩니다. 인체에 정전기가 과도하게 축적되면 뇌 신경 세포막의 전류 전도 이상을 유발하여 중추신경계에 영향을 미치고, 혈액 pH와 체내 산소 특성의 변화를 초래하며, 신체의 생리적 균형을 깨뜨려 어지럼증, 두통, 과민성, 불면증, 식욕 부진, 몽롱함과 같은 증상을 유발할 수 있습니다. 또한 정전기는 혈액 순환, 면역 체계 및 신경계를 방해하고, 여러 장기(특히 심장)의 정상적인 기능을 저해하여 심박수 이상 및 조기 심박수를 유발할 수 있습니다. 겨울철 심혈관 질환의 약 3분의 1은 정전기와 관련이 있습니다. 또한, 인화성 및 폭발성 지역에서는 인체에 ​​발생하는 정전기가 화재를 일으킬 수 있습니다.