Vải dẫn điện: Các loại, tính chất và ứng dụng

Vải dẫn điện:​

Các cấu trúc dệt có khả năng dẫn điện được gọi là vải dẫn điện. Chúng có thể được tạo ra bằng cách sử dụng sợi dẫn điện hoặc bằng cách phủ các lớp dẫn điện lên vải không dẫn điện.

Vải dẫn điện có khả năng dẫn điện và được làm từ các sợi kim loại dệt vào cấu trúc vải. Nó có thể ngăn chặn sự tích điện tĩnh sinh ra trên vải, giúp tránh cảm giác khó chịu và cả hiện tượng giật điện.

Hình: Vải dẫn điện

Các phương pháp sản xuất vải dẫn điện được tóm tắt như sau:

• Bổ sung carbon hoặc kim loại dưới nhiều dạng khác nhau như dây, sợi hoặc hạt.
• Sử dụng các polyme có tính dẫn điện vốn có.
• Phủ lớp vật liệu dẫn điện.

Các loại vải dẫn điện:​

Nhìn chung, có bốn loại vải dẫn điện như sau:

1. Vải chống tĩnh điện
2. vải chắn điện từ
3. Vải điện tử
4. Lớp phủ chức năng

1. Vải chống tĩnh điện:​

Tĩnh điện là hiện tượng tích tụ điện tích trên bề mặt vật thể. Điều này có thể gây ra nhiều vấn đề cho vật liệu dệt, quá trình sản xuất và xử lý sản phẩm. Trong quy trình dệt khô, sợi và vải có xu hướng tạo ra điện tích tĩnh do ma sát. Khi sợi và vải di chuyển với tốc độ cao trên các bề mặt khác nhau (như: băng tải, dây đai vận chuyển, dây dẫn, v.v.), khiến các sợi và chỉ đẩy nhau. Những điện tích tĩnh này có thể tạo ra hiện tượng giật điện và gây cháy các chất dễ cháy. Có hai kỹ thuật được biết đến để ngăn ngừa tĩnh điện trong dệt may. Một là tạo ra bề mặt dẫn điện và hai là tạo ra bề mặt ưa nước. Bằng những cách này, vải chống tĩnh điện được sản xuất để tránh những nguy hiểm tiềm tàng do điện tích tĩnh gây ra.

2. Che chắn điện từ:​

Che chắn điện từ (EM) là quá trình hạn chế sự lan truyền của trường điện từ vào một không gian. Trong quá trình này, người ta sử dụng một rào cản dẫn điện hoặc dẫn từ. Che chắn là kỹ thuật phổ biến để bảo vệ thiết bị điện và con người khỏi các trường điện từ bức xạ. Rào cản này có thể cứng hoặc mềm. Khi một chùm tia điện từ đi qua một vật thể, chùm tia điện từ sẽ tương tác với các phân tử của vật thể đó và sự tương tác này có thể diễn ra dưới dạng hấp thụ, phản xạ, phân cực, khúc xạ, nhiễu xạ xuyên qua vật thể. Vật liệu dệt che chắn điện từ có thể được tìm thấy dưới dạng vải dệt thoi, vải đan và vải không dệt. Thành phần chính của các loại vải này là sợi và chỉ. Để đạt được hiệu quả che chắn, các sợi này phải dẫn điện. Sợi dẫn điện có thể được tạo ra bằng cách pha trộn các sợi dẫn điện với các sợi xơ ngắn thông thường, xoắn các sợi dẫn điện hoặc cách điện lại với nhau. Ví dụ, sợi kim loại dẫn điện (như: bạc, đồng, v.v.) có thể được bọc bằng vật liệu dệt cách điện để tạo ra sợi lai. Sau đó, chúng có thể được tích hợp vào cấu trúc dệt thoi hoặc đan. Sợi lai hoặc sợi kim loại có thể được tích hợp vào các thiết kế này dưới dạng sợi dọc. Hiệu quả chắn sóng điện từ của vải giảm khi độ thoáng của vải tăng lên.

3. Vải điện tử:​

Sợi và chỉ dẫn điện đã thu hút sự quan tâm lớn nhờ những đặc tính nổi bật như độ dẫn điện hợp lý, tính linh hoạt, khả năng chống phóng điện tĩnh và chống nhiễu điện từ. Sợi dệt dẫn điện là thành phần chính cho các loại vải thông minh có thể đeo được , đặc biệt là cho các ứng dụng khác nhau như cảm biến, chắn nhiễu điện từ, chống phóng điện tĩnh và truyền dữ liệu trong quần áo. Do đó, nhu cầu về sợi và chỉ dẫn điện ngày càng tăng. Việc phát triển các loại sợi dẫn điện mới trở nên quan trọng hơn bao giờ hết cùng với sự tiến bộ công nghệ trong lĩnh vực điện tử đeo được như màn hình đeo được, pin mặt trời, bộ truyền động, thiết bị quản lý dữ liệu và cảm biến y sinh. Vải điện tử đóng vai trò quan trọng trong việc lựa chọn độ dẫn điện cho các thiết bị điện tử dệt thông minh . Đối với các ứng dụng dệt may như chiếu sáng, dòng điện đáng kể là cần thiết và các loại sợi có điện trở thấp được ưu tiên. Mặt khác, đối với một số ứng dụng cảm biến hoặc gia nhiệt, độ dẫn điện thấp hơn sẽ hoạt động tốt hơn. Vì vậy, cần các loại sợi có độ dẫn điện thấp hơn. Vải điện tử cần các vật liệu dẫn điện linh hoạt và ổn định về mặt cơ học để đảm bảo khả năng điện tử trong trang phục.

4. Lớp phủ chức năng:​

Đối với nhiều ứng dụng, lớp phủ chức năng là các giao diện và bề mặt vật liệu cung cấp chức năng có lợi vượt trội so với các đặc tính khối vốn có của chúng. Do đó, lớp phủ cung cấp một phương pháp linh hoạt để sửa đổi vải dệt với các đặc tính dẫn điện. Sau đó, vải dệt đóng vai trò là cấu trúc hỗ trợ hoặc vật liệu mang cho lớp hoàn thiện dẫn điện. Các phương pháp thông thường như nhúng phủ hoặc cán phủ thường được sử dụng để phủ các lớp phủ khối dưới dạng bão hòa hoặc cán màng bao phủ toàn bộ "bề mặt" của vải dệt. Tuy nhiên, như sẽ được trình bày ở đây, sự ra đời của công nghệ nano trong nghiên cứu dệt may, sự phát triển của các kỹ thuật xử lý mới và sự tiến bộ của mực in và công thức lớp phủ mang lại cơ hội áp dụng lớp phủ cho các cấu trúc ngày càng tinh vi hơn.

Tính chất của vải dẫn điện:​

Tính chất vật lý:​

• Trọng lượng nhẹ,
• Độ bền cao,
• Tính linh hoạt,
• Độ bền,
• Độ đàn hồi,
• Cách nhiệt,
• Khả năng thấm hút nước,
• Khả năng nhuộm màu,
• Treo lên,
• Xử lý nhẹ nhàng,
• Khả năng giặt giũ, v.v.

Tính chất điện:​

Tính chất điện	Các loại sợi khác nhau
CY1	CY2	CY3	CY4	CY5
Điện trở, [kΩ]	36.384	563,4	75,5	0.2682	0.1422
Đường kính sợi, [mm]	0.8352	0.2645	0.3897	0.5845	0.4256
Điện trở suất, [Ω∙m]	0.1992	0.3094	0,0900	0.2365	0.2559

Lưu ý: Đối với sợi từ xơ ngắn, ký hiệu tương ứng là CY1, CY2 và CY4, còn sợi từ xơ dài liên tục, ký hiệu tương ứng là CY3 và CY5.

Tính chất kéo:​

Tính chất kéo	Các loại sợi khác nhau
Y1	CY1	Năm 2	CY2	Y3	CY3	Năm 4	CY4	Y5	CY5
Sức chịu đựng, [cN]	856	1002	318,8	389,8	1006	929	382,9	458,5	1507	1224
Hệ số biến thiên của cường độ, [%]	7.04	8,79	8,34	9,87	2.24	4,51	7,72	9,82	2.01	3,98
Độ giãn đứt, [%]	22,72	28,96	13	10.15	35,64	35,5	11.01	7.02	29,25	55,8
Phá vỡ sự kiên trì, [cN/tex]	11,57	2.17	12.31	4,41	28,77	7.05	9,70	2,71	46,19	7,96
Hệ số biến thiên của độ bền, [%]	5.07	11,50	3,55	12,94	1,86	14.17	8,70	26,76	2,66	24:30

Ứng dụng của vải dẫn điện:​

Nhận thức ngày càng tăng về chức năng vượt trội và ứng dụng điển hình của các loại vải dẫn điện, bao gồm vải chống tĩnh điện, chắn sóng điện từ (EM) và vải điện tử cho các thiết bị điện tử linh hoạt, đã dẫn đến việc ứng dụng ngày càng nhiều các loại vải thông minh và các sản phẩm liên quan trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.
Việc ngày càng nhiều người trên toàn thế giới nhận thức được các chức năng và lợi ích của việc ứng dụng vải dẫn điện trong ngành dệt thông minh đã thúc đẩy nhu cầu đối với loại vải này.
Các lĩnh vực ứng dụng chính của vải dẫn điện:

• Quân sự và quốc phòng
• Chăm sóc sức khỏe
• Thiết bị điện tử tiêu dùng
• Thể thao & thể dục
• Quần áo thông minh
• Vận chuyển tín hiệu điện
• Sưởi ấm
• Bảo vệ khỏi nhiễu điện từ và phóng điện tĩnh
• Người khác

Một số ứng dụng được mô tả dưới đây.

1. Quân sự & Quốc phòng:​

Vải dùng trong quân phục cần có độ bền cao, an toàn và khả năng bảo vệ tốt trong môi trường khắc nghiệt, khả năng chống hư hại và cả sự thoải mái. Vải dẫn điện nhẹ, linh hoạt, có độ bền cao và khả năng dẫn điện vượt trội. Nó cung cấp cho người lính sự bảo vệ cần thiết chống lại các điều kiện thời tiết khắc nghiệt (như: nóng, lạnh, gió và mưa), khả năng thấm hút mồ hôi, tích hợp các vật liệu công nghệ cao, khả năng chống va đập đạn đạo, các mối đe dọa hạt nhân, sinh học hoặc hóa học, v.v. Đó là lý do tại sao nó được ứng dụng nhanh chóng trong lĩnh vực quốc phòng. Lĩnh vực quốc phòng là người sử dụng vải dẫn điện lớn nhất trên toàn thế giới. Ngoài ra, các loại vải dẫn điện này cũng được ứng dụng trong dù quân sự, dây đai an toàn, dây thừng và thiết bị dựng lều.

2. Chăm sóc sức khỏe:​

Trong lĩnh vực y tế, vải dẫn điện được sử dụng cho cả ứng dụng lâm sàng và phi lâm sàng. Chúng được thiết kế để mang lại sự thoải mái và tính năng cùng một lúc. Sản phẩm vải dẫn điện giúp bác sĩ hoặc nhân viên y tế theo dõi và truyền đạt tình trạng của bệnh nhân, vì nó có thể phát hiện, thu nhận và truyền tải các tín hiệu sinh lý.

3. Thiết bị điện tử tiêu dùng:​

Vải dẫn điện được sử dụng trong các sản phẩm như đồng hồ thông minh, tai nghe thực tế ảo tăng cường , máy nghe nhạc đa phương tiện tích hợp điện toán và kính thông minh. Nó giúp phát triển các sản phẩm nhỏ gọn, mỏng nhẹ và đáng tin cậy.

Hình: Tai nghe thực tế tăng cường

4. Thể thao & Thể dục:​

Vải dẫn điện được sử dụng trong lĩnh vực thể thao và thể dục để theo dõi giấc ngủ, lượng calo tiêu thụ, nhịp tim, huyết áp, v.v. Việc nâng cao nhận thức về sức khỏe ở giới trẻ đã dẫn đến nhu cầu cao đối với vải dẫn điện. Trong nhiều sản phẩm thể dục thông minh, nhịp tim có thể được theo dõi bằng cách đo các xung điện mà não sử dụng để điều khiển cơ tim. Điều này có thể đạt được bằng cách sử dụng một loại vải dẫn điện được đặt gần tim.

Hình: Vải dẫn điện trong thể thao và thể dục

Phần kết luận:​

Vải dẫn điện được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng dệt thông minh như cảm biến, truyền thông, vải sưởi, quần áo chống tĩnh điện, v.v. Nó trở nên phổ biến trong thập kỷ qua. Vải dẫn điện đã đóng vai trò quan trọng trong thị trường dệt thông minh đang phát triển nhanh chóng này kể từ năm 2015. Vì vậy, chúng ta cần nghiên cứu nhiều hơn nữa về vải dẫn điện và phát triển sản phẩm dệt thông minh.

Nguồn: www.textileblog.com