ไฟฟ้าสถิตย์…รักหรือหลอก

ศูนย์พัฒนาผลิตภัณฑ์สิ่งทอ  สถาบันพัฒนาอุตสาหกรรมสิ่งทอ

ซอยตรีมิตร ถ. พระราม 4 แขวงพระโขนง เขตคลองเตย กทม.10110

หน้าหนาว…เคยไหมครับ…ที่แตะมือกับสาวๆ แล้วเกิดสปาร์ก…ไฟฟ้าดูด…เปรี๊ยะ…เปรี๊ยะ…แล้วก็คิดเอาเองว่า……….โอว์!!!!! พระเจ้าจอร์จ… เธอคนนี้นี่เองคือเนื้อคู่เราที่เฝ้ารอมานาน…

ผมก็เคยคิดอย่างนั้นเหมือนกัน… แต่ต่อมาได้มาศึกษาเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์มากขึ้นก็เลยได้รู้ว่า… จริงๆแล้วเมื่อหน้าหนาว อากาศจะแห้งและมีความชื้นน้อย เสื้อผ้าที่เราใส่จะแนบกับผิวหนังเหมือนเกิดแรงดึงดูดระหว่างผิวหนังกับเสื้อผ้าของเราหรือเวลาเอามือหรือแขนไปแตะใกล้ๆกับเสื้อผ้าคนอื่นก็อาจจะทำให้เกิดปรากฏการณ์…”.ไฟฟ้าสถิตย์”….ได้

ไฟฟ้าสถิตย์เกิดขึ้นได้อย่างไร

ไฟฟ้าสถิตย์ (Static electricity )  เป็นปรากฏการณ์ที่ปริมาณประจุไฟฟ้าขั้วบวกและขั้วลบ บนผิววัสดุมีไม่เท่ากัน ปกติจะแสดงในรูปการดึงดูด, การผลักกัน และเกิดประกายไฟ   การที่ปริมาณประจุไฟฟ้าขั้วบวกและขั้วลบบนผิววัสดุมีไม่เท่ากันทำให้เกิดแรงดึงดูดเมื่อวัตถุทั้ง 2 ชิ้นมีประจุต่างชนิดกัน หรือเกิดแรงผลักกันเมื่อวัสดุทั้ง 2 ชิ้นมีประจุชนิดเดียวกัน เราสามารถสร้างไฟฟ้าสถิตย์โดยการนำผิวสัมผัสของวัสดุ 2 ชิ้นมาขัดสีกัน พลังงานที่เกิดจากการขัดสีกันทำให้ประจุไฟฟ้าบนผิววัสดุจะเกิดการแลกเปลี่ยนกัน โดยจะเกิดกับวัสดุประเภทที่ไม่นำไฟฟ้า หรือที่เรียกว่า ฉนวน ตัวอย่างเช่น ยาง, พลาสติก และแก้ว   สำหรับวัสดุประเภทที่นำไฟฟ้านั้นโอกาสเกิดปรากฏการณ์ประจุไฟฟ้าบนผิววัสดุไม่เท่ากันนั้นยากแต่ก็สามารถเกิดขึ้นได้ เช่น กรณีที่ผิวโลหะถูกกระแทกด้วยของแข็งหรือของเหลวที่ไม่เป็นตัวนำ ประจุที่เกิดการเคลื่อนย้ายระหว่างการสัมผัสจะถูกเก็บบนผิวของวัสดุทั้ง 2 ชิ้น

ไฟฟ้าสถิตย์ เป็นปรากฏการณ์ธรรมชาติที่คุ้นเคยสำหรับประเทศที่มีอากาศหนาว เช่น ประเทศในยุโรป เกาหลี ญี่ปุ่น เป็นต้น ความชื้นในอากาศจะต่ำมาก การเกิดไฟฟ้าสถิตย์บนผิวหนังจะเกิดขึ้นง่ายมาก ดังนั้นเมื่อเกิดการสัมผัสกับวัสดุประเภทตัวนำจะทำให้เกิดการถ่ายเทประจุไปยังตัวนำอย่างรวดเร็วทำให้เกิดอาการสะดุ้งได้ สามารถทำความเสียหายให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ คอมพิวเตอร์ และยังดึงดูดพวกฝุ่น ละออง และสิ่งสกปรกขนาดเล็กให้มาเกาะติดได้  และนอกจากนั้นยังสามารถเกิดประกายไฟ ซึ่งเป็นอันตรายสำหรับอุตสาหกรรมบางอย่างที่มีเรื่องของเชื้อเพลิงมาเกี่ยวข้อง ซึ่งอาจจะเกิดไฟไหม้ได้

ตัวอย่างการเกิดไฟฟ้าสถิตย์ ที่พบเห็นได้ง่ายๆ   เช่น โดยปกติคนเป็นกลางทางไฟฟ้า  เมื่อเดินผ่านขนสัตว์หรือพรม รองเท้าหนังของเขาจะขัดสีกับพื้นขนสัตว์หรือพรม    ทำให้อิเลคตรอนหลุดจากรองเท้าหนังไปยังพื้นพรม เมื่อเขาเดินไปเรื่อยๆ อิเลคตรอนจะหลุดจากรองเท้าไปยังพื้นมากขึ้น จึงทำให้เขามีประจุไฟฟ้าเป็นบวกกระจายอยู่เต็มตัว

เมื่อเขา(ซึ่งมีประจุบวก)เข้าไปใกล้ๆและจะจับลูกบิดประตู ซึ่งเป็นโลหะจะทำให้อิเลคตรอนจากโลหะที่เป็นลูกบิดประตูกระโดดมายังตัวเขา ทำให้เขารู้สึกว่าคล้ายๆถูกไฟช๊อต ในลักษณะเดียวกันถ้าเขาใส่รองเท้ายาง รองเท้ายางจะรับอิเลคตรอนจากผ้าขนสัตว์หรือพรหม จะทำให้เขามีประจุไฟฟ้าเป็นลบ เมื่อเขาเข้าไปใกล้และจะจับลูกบิดประตูจะทำให้อิเลคตรอนกระโดดจากเขาไปยังลูกบิด เขาจะมีความรู้สึกว่าคล้ายๆถูกไฟช๊อต

ไฟฟ้าสถิตย์ในอุตสาหกรรมสิ่งทอ

การเกิดไฟฟ้าสถิตย์เป็นปัญหาที่เกิดขึ้นบ่อยในอุตสาหกรรมสิ่งทอ โดยเฉพาะกระบวนการที่มีการผลิตที่เกี่ยวข้องกับเส้นใยสังเคราะห์ โดยเฉพาะการผลิตเส้นใยและผ้าผืนที่มีการใช้ความเร็วในการผลิตสูง จะทำให้พื้นผิวของเส้นใยหรือผืนผ้าเกิดไฟฟ้าสถิตย์จากแรงเสียดสี และจะถ่ายเทประจุไปซึ่งกันและกัน ที่พบบ่อยได้แก่ ในโรงปั่นด้าย โรงทอผ้า และในโรงฟอกย้อมผ้า ในส่วนของเครื่อง Stenter ที่ม้วนผ้าเข้า A-flame เป็นต้น

ผ้าที่ได้รับผลลัพธ์จากไฟฟ้าสถิตย์จะมีปัญหาด้านผิวสัมผัสของผ้า        ดังนั้นเมื่อเกิดการสัมผัสกับวัสดุประเภทตัวนำจะทำให้เกิดการถ่ายเทประจุไปยังตัวนำอย่างรวดเร็วทำให้เกิดอาการช๊อตได้ เช่น การเดินบนพรมในช่วงหน้าหนาวที่จะมีความชื้นอากาศต่ำ  นอกจากนี้สิ่งทอที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัยหลายๆหัวข้อจะมีข้อกำหนดเกี่ยวกับข้อจำกัดของการป้องกันไฟฟ้าสถิตย์โดยให้สัมพันธ์กับความชื้นสัมพัทธ์ (ส่วนใหญ่จะอยู่ในช่วง 25 – 65%)

กลไกการทำงานของสารป้องกันไฟฟ้าสถิตย์

กลไกการทำงานของการป้องกันไฟฟ้าสถิตย์นั้น มีหลายทฤษฎี   ได้แก่  ประจุไฟฟ้าสถิตย์เกิดจากแรงเสียดทาน ดังนั้นสารป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ (Antistatic)      จะทำหน้าที่หล่อลื่นให้กับพื้นผิวของเส้นใยหรือผ้า (Surface lubricant) ซึ่งจะช่วยลดแรงเสียดทานและลดการสร้างตัวของประจุไฟฟ้า หรือ สารสารต้านไฟฟ้าสถิตย์ ชอบน้ำ (Hydrophilic) จึงดูดกลืนน้ำจากอากาศและสร้างผิวที่ชื้น ทำให้สิ่งเจือปนต่างๆที่เป็นไอออนสามารนำไฟฟ้าได้ สารต้านไฟฟ้าสถิตย์ที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดจะมีหมู่ไอออนอิสระในการเคลื่อนย้ายและนำไฟฟ้าดังนั้นเราจะสามารถสรุปวิธีการในการป้องกันการสะสมของประจุได้เบื้องต้นดังนี้

1)      การลดการเกิดประจุด้วยการลดแรงเสียดทาน แต่เนื่องจากในอุตสาหกรรมสิ่งทอประจุส่วนใหญ่จะเกิดจากการสัมผัสมากกว่าการขัดถู วิธีนี้จึงไม่เหมาะสม

2)      การเพิ่มความสามารถในการนำไฟฟ้าของอากาศที่อยู่ล้อมรอบโดยใช้ตัวกำจัดประจุ (static eliminators) ซึ่งทำให้อากาศเกิดการแตกตัว โดยนำมาวางใกล้กับวัสดุที่ทำให้เป็นกลาง

3)      การเพิ่มความสามารถในการนำไฟฟ้าของเส้นใยหรือผืนผ้าโดยการเพิ่มปริมาณความชื้นของสภาวะอากาศที่อยู่ล้อมรอบหรือโดยนำไปใช้ร่วมกับสารป้องกันไฟฟ้าสถิตย์  ทั้งนี้ความชื้นไม่ได้ทำให้อากาศเกิดการนำไฟฟ้า  แต่ช่วยลดไฟฟ้าสถิตย์ที่เกิดจากการดูดกลืนของวัสดุที่ใช้  และถ้าปริมาณความชื้นมีจำกัดจะก่อให้เกิดปัญหาในเรื่องความสะดวกและการกัดกร่อน

สารที่ใช้ป้องกันไฟฟ้าสถิตย์

สารป้องกันไฟฟ้าสถิตย์จัดเป็นสารเคมีที่เติมลงในเส้นใยหรือผืนผ้าเพื่อลดการสะสมของประจุสถิตย์ทางไฟฟ้า (Electrostatic charges) แม้ว่าสารนี้จะมีหน้าที่ช่วยลดการเกิดประจุหรือเพิ่มการนำไฟฟ้าของวัสดุที่มีการเติมสารนี้เข้าไปหรืออาจเกิดทั้งสองกลไก แต่โดยมากแล้วสารประกอบป้องกันการเกิดไฟฟ้าสถิตย์จะเกิดแบบกลไกที่สองมากกว่ากลไกที่หนึ่ง โดยที่สารมีการนำไฟฟ้าสูงอาจอยู่ในรูปสารละลายอิเล็กโทรไลท์ ของเหลวที่มีค่าคงที่ไดอิเล็ก-ทริกสูง โดยปกติแล้ว ของเหลวที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กทริกสูงจะอยู่ในรูปของเหลวที่ระเหยได้ และมีผลทำให้การเกิดไฟฟ้าสถิตย์ลดลงชั่วคราว (temporary destaicizers) ยกตัวอย่างเช่น น้ำเป็นสารที่ไม่ติดไฟและสามารถเติมได้อยู่ตลอดเวลา ด้วยเหตุนี้โดยมากที่พบเห็นสารป้องกันการเกิดไฟฟ้าสถิตย์จึงเป็นน้ำและนำมาใช้เพื่อให้เกิดการนำไฟฟ้าหรือใช้เพื่อให้แน่ใจว่ามีน้ำอยู่เป็นส่วนประกอบ ดังนั้นจึงกล่าวได้ว่าสารป้องกันการเกิดไฟฟ้าสถิตย์ส่วนมากเป็นสารประกอบดูดความชื้นและเป็นสารละลายอิเล็กโทรไลท์ นอกจากนี้ สามารถใช้โลหะและผงคาร์บอนที่สามารถนำมาใช้เพื่อจำกัดไฟฟ้าสถิตย์ในเส้นใยและผืนผ้าได้

ตัวอย่างผลิตภัณฑ์ป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ทางสิ่งทอ ได้แก่ เสื้อผ้าเครื่องแบบทำงาน   ถุงมือ   รองเท้าที่ใช้ใส่ในอุตสาหกรรมไฟฟ้า อิเล็กทรอนิคส์ผลิตอุปกรณ์     ถุงผ้าหรือซองสำหรับเก็บอุปกรณ์ Semiconductor อุตสาหกรรมเชื้อเพลิงที่อาจจะเกิดอันตรายจากไฟไหม้ เสื้อผ้าในห้อง clean room สิ่งทอที่ใช้ในบ้านเรือนสำหรับประเทศในเมืองหนาว เสื้อผ้าที่สวมใส่ในประเทศเมืองหนาวสำหรับประเทศไทยคุณสมบัติป้องกันไฟฟ้าสถิตย์อาจจะไม่เป็นที่นิยมนัก อาจเป็นเพราะเมืองไทยมีอากาศร้อนชื้น จึงทำให้ไม่มีปัญหาไฟฟ้าสถิตย์บนเนื้อผ้าเหมือนในประเทศเมืองหนาว

แต่สำหรับบางบริษัทที่ส่งออกเสื้อผ้าไปต่างประเทศหรืออุตสาหกรรมเฉพาะกลุ่มดังที่กล่าวมาข้างต้นนี้  การตกแต่งป้องกันไฟฟ้าสถิตย์นี้อาจเป็นอีกคุณสมบัติหนึ่งในการพัฒนาผลิตภัณฑ์ที่สามารถนำเสนอไปยังลูกค้าได้ หรือเจาะตลาดเฉพาะที่มีมูลค่าสูงได้ครับ

ดังนั้นสรุปสั้นๆ ถ้าจะตกแต่งสำเร็จเส้นใยหรือผ้าให้สามารถป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ได้ ก็ทำให้ผ้ามีความชื้นเพิ่มขึ้นโดยใช้สารประกอบดูดความชื้นตกแต่งไปบนผ้า  หรือเพิ่มความสามารถในการนำไฟฟ้าบนผิว (Surface conductivity) ของผ้าครับ

หนาวนี้ …เวลาเจอ สาวสวยแปลกหน้า….รู้

หรือยังครับ…..ไฟฟ้าสถิตย์… รักหรือหลอก… :-D

*******************************************************

เรียบเรียงโดยทีมงานศูนย์พัฒนาผลิตภัณฑ์สิ่งทอ

เอกสารอ้างอิง

  • W. D. Schindler and P. J. Hauser, Chemical finishing of textiles, First published 2004, The Textile Institute, Cambridge England.
  • รศ.ดร.สมศักดิ์ วรมงคลชัย ,สารปรับแต่งพอลีเมอร์,พิมพ์ครั้งที่ 1, บริษัทบุ๊คเน็ท จำกัด ,กรุงเทพฯ 2547.
  • บุญชัย  บุญธรรมติระวุฒิ, ความชื้นและอุณหภูมิในโรงงานอุตสาหกรรมสิ่งทอ ,มหาวิทยาลัยสุโขทัยธรรมาธิราช.
  • http://th.wikipedia.org/wiki/ไฟฟ้าสถิต
  • http://pifloors.com/Default.aspx?pageid=15