Jiangsu Textile Research Institute Inc.

Betritt man eine moderne Elektronikfabrik oder ein Forschungslabor, fällt einem etwas Ungewöhnliches auf: Menschen, die scheinbar gewöhnliche Laborkittel, Handschuhe und Schuhe tragen, in Wirklichkeit aber hochentwickelte, aus leitfähigen Garnen gefertigte Kleidung sind. Diese Kleidungsstücke sind keine Modeartikel – sie verhindern, dass statische Elektrizität empfindliche Schaltkreise zerstört, Experimente stört oder Explosionen verursacht.

Dies ist die Welt der leitfähigen Garne: Materialien, die wie Fäden aussehen und sich auch so anfühlen, sich aber wie flexible, waschbare und strickbare Drähte verhalten. Ihre Entwicklung und Produktion erfordern fortgeschrittenes Know-how, und ihre korrekte Anwendung ist in Hightech-Bereichen unerlässlich.

Wie leitfähige Garne tatsächlich funktionieren

Im Grunde ist ein leitfähiges Garn ein Hybridmaterial. Es vereint die Flexibilität und Haltbarkeit herkömmlicher Textilien (wie Polyester oder Nylon) mit den elektrischen Eigenschaften eines Metalls oder Kohlenstoffs.

Es gibt zwei grundlegende Möglichkeiten, sie herzustellen:

• Intrinsisch leitfähige Fasern: Dabei handelt es sich um reine Metallfilamente (wie Edelstahl oder Silber) oder kohlenstoffbasierte Fasern, die unglaublich dünn gezogen werden. Ein einzelner Strang hochwertigen leitfähigen Edelstahlgarns kann feiner als ein menschliches Haar sein und dennoch stark genug, um bei hoher Geschwindigkeit auf Industriemaschinen gestrickt zu werden.

• Beschichtete oder gefüllte Fasern: Hierbei wird eine Standardtextilfaser (z. B. Baumwolle oder Polyester) entweder mit einem leitfähigen Polymer (wie PEDOT:PSS) oder einer Metallschicht (wie Silber) beschichtet oder ihre innere Struktur wird mit Kohlenstoffpartikeln versetzt.

Der wichtigste Messwert ist der Oberflächenwiderstand. Er gibt an, wie leicht sich elektrische Ladung entlang der Garnoberfläche bewegen kann. Garne werden so konstruiert, dass sie entweder:

• Leitfähig (sehr geringer Widerstand, < 1.000 Ω/sq): Zum aktiven Übertragen eines Signals oder zum Erstellen einer starken Abschirmung.

• Statisch ableitend (höherer Widerstand, typischerweise 10^5 bis 10^9 Ω/sq): Zum sicheren Verlangsamen und Ableiten statischer Ladung zur Erde. Dies ist der gebräuchlichste Typ für ESD-Schutz.

Ein Tag in einer Elektronikfabrik: Das Garn in Aktion

Um seinen Wert zu verstehen, begleiten wir die Technikerin Anna in einem Halbleitermontagewerk.

8:00 Uhr: Anna betritt den elektrostatisch geschützten Bereich (EPA). Bevor sie etwas berührt, zieht sie ihren ESD-Kittel an. Das ist kein einfacher Baumwollmantel. Er ist aus einem Gitter aus leitfähigen Garnen auf Kohlenstoffbasis gestrickt. Dieses Gitter fungiert als Faradayscher Käfig für ihren Körper und verhindert, dass statische Aufladungen ihrer Kleidung die hochempfindlichen Mikrochips auf der Leitung beeinflussen.

8:15 Uhr: Sie legt ihr leitfähiges Armband an. Das Armband selbst besteht aus einem weichen, elastischen Band, das mit leitfähigen Fäden durchwirkt ist. Dieses Band hat ständigen Hautkontakt, während ein Spiralkabel (oft mit weiteren leitfähigen Fäden) sie mit einem Erdungspunkt verbindet und die von ihr erzeugte Ladung sicher ableitet.

9:30 Uhr: Anna beginnt mit der Montage von Leiterplatten. Sie trägt Fingerlinge (Miniaturhandschuhe) aus Nitrilmaterial mit leitfähigen Mikrofasern. So kann sie die winzigen Bauteile anfassen, ohne Fingerabdrücke zu hinterlassen oder – was entscheidend ist – einen statischen Schlag zu übertragen, der einen Transistor durchbrennen lassen könnte, ohne dass sie es überhaupt spürt.

11:00 Uhr: Sie muss einen optischen Sensor reinigen. Sie greift nach einem Spezialtuch. Dieses Tuch sieht aus wie ein weiches Tuch, fusselt aber nicht und ist aus elektrostatisch ableitenden Garnen gewebt. Ein gewöhnliches Papiertuch würde beim Reiben eine massive statische Aufladung erzeugen und das Bauteil zerstören. Dieses Spezialtuch reinigt sicher.

13:00 Uhr: Fertige Platinen werden in abgeschirmte Lagerbeutel gelegt. Diese Beutel bestehen nicht nur aus Kunststoff; sie sind mit einer Schicht aus leitfähigem Garn versehen, die externe statische Felder blockiert und den Inhalt während Transport und Lagerung schützt.

Bei jedem einzelnen Schritt bilden leitfähige Garne ein unsichtbares, schützendes Ökosystem, das nahtlos in die Textilien integriert ist, mit denen Arbeiter und Produkte täglich interagieren.

Das Fertigungsgebot: Warum Qualität nicht verhandelbar ist

Damit diese Anwendungen funktionieren, darf das leitfähige Garn nicht versagen. Schon ein einziger Bruch im leitfähigen Pfad eines ESD-Handschuhs macht ihn unbrauchbar und vermittelt ein falsches Sicherheitsgefühl. Die Herstellung dieser Garne erfordert Präzisionstechnik:

• Konsistenz: Jeder einzelne Meter Garn muss die exakt gleichen elektrischen Eigenschaften aufweisen.

• Haltbarkeit: Es muss wiederholtem Waschen, Abrieb, Dehnen und der Einwirkung von Chemikalien standhalten, ohne dass seine Leitfähigkeit nachlässt.

• Verarbeitbarkeit: Es muss problemlos auf handelsüblichen industriellen Strick-, Web- und Nähmaschinen laufen, ohne zu brechen oder auszufransen.

Hier ist Spezialisierung gefragt. Nicht alle Garnhersteller können dieses Maß an Qualität und Zuverlässigkeit erreichen.

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