有机导电纤维的性能特点及其发展
高广艳 安树林
(天津工业大学材料科学与化学工程学院,天津 300160)
[摘 要] 本文论述了有机导电纤维的结构、性能、现状及发展。
[关键词] 有机导电纤维;复合纤维;共混改性纤维
众所周知,合成纤维具有天然纤维所没有的高强度、耐磨等优点,被广泛应用于各个领域。但由于合成纤维属于电介质范畴,其电阻很大,导电率很小,因此很容易积聚静电。这些积聚的静电不仅使纺织品的加工难以顺利进行,而且给人们的生活带来诸多不便。为此对导电纤维的研究已成为人们关注的热点。
导电纤维通常是指在标准状态下(20℃, 65%相对湿度)比电阻在102～1088.c m的纤维。比电阻在109～10128.c m的纤维一般作为抗静电性能。这些纤维基本上属于电子导电为机理的功能纤维,可以通过电子传导和电晕放电而消除静电。在近年开发研究的导电纤维中,有机导电纤维因其具有优良的物理—机械性能、纺织加工性能,且染色性优良,导电性不受环境温湿度影响等优点,最受人们的青睐。
1 有机导电纤维的制法分类
有机导电纤维的制造方法主要有三种类型,即导电物质涂层型、导电高分子直接纺丝型和导电物质与高聚物共混或复合纺丝型”[1],其中以复合型导电纤维的综合性能指标最好。
1.1 导电物质涂层型纤维
镀金属、碳等导电物质的涂层型有机导电纤维的导电物质暴漏在纤维的外层,因此导电效果好。但是这类纤维具有耐磨和耐洗涤性差,且不耐弯折,使用一段时间后导电粒子容易脱落等缺陷,影响了纤维的使用性能。
1.2 导电高聚物纤维
用聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等导电高聚物可以直接纺丝制成有机导电纤维。但由于这些高分子主链中的共轭结构使分子链僵直,难于溶解和熔融,纺丝成形和后加工都比较困难。另外,其中有些高分子中的氧原子容易与水发生反应、有些高分子单体毒性较大。这些大大增加了合成工艺和成形加工的生产成本。但目前利用参杂、吸附或湿法纺丝等方法已使其中的一些导电高分子取得了成功。
1.3 共混或复合纺丝型纤维
采用碳黑、金属氧化物等导电物质与普通高聚物进行共混纺丝或复合纺丝,可以制成性能优异的有机导电纤维。
2 复合型导电纤维
复合型导电纤维是导电纤维中的佼佼者,应用最为广泛。它是将含有导电粒子的聚合物作为一种成分,将不含有导电粒子的同种聚合物或另一种聚合物为第二成分,采用复合纺丝而成。纤维中导电粒子沿纤维轴向均匀分布,使电荷易于散逸[2],因此导电性优
良。含碳的复合型导电纤维的体积比电阻一般为102～1048.c m ,含金属氧化物的复合型导电纤维的体积比电阻一般为104～1088.c m
[3]
。复合型导电纤维具有适当的细度、长度、强度和柔曲性,与其他普通纤维易于抱合,容易进行混纺或交织。另外,还具有良好的耐摩擦、耐屈曲、耐氧化及耐腐蚀能力,能耐受纺织加工和使用中的物理机械作用,不影响织物的手感和外观,具有优良且持久的导电性。因此这种纤维广泛地适用于工业生产和服装、服饰上。
根据复合纺丝时两组分复合方式的不同,其截面形态可有以下几种:导电组分与基体聚合物同心圆型、导电组分部分外漏型、导电组分内藏异型、多芯型、海岛型等,见表1。为了提高纤维的导电率和导电纤维的手感,还可以设计出各种不同截面形状的导电纤维,如三角型、豌豆型等。由于导电组分的分布不同,所以复合型有机导电纤维的导电能
力也是不同的。一般情况下,导电组分外漏或部分外漏型的复合型导电纤维导电能力高,起始放电电压较低;而导电组分内藏型或海岛型,因其导电组分在纤维内部,不直接与外界接触,而外层又是绝缘的聚合物,所以其导电能力有所下降,起始放电电压也高些[4]。在纺制过程中,导电组分外漏型的复合型有机导电纤维纺丝困难,且要求导电组分与高聚物有良好的粘和度,否则织物在使用过程中两组分容易分离[5],而导电组分在纤维内部的内藏型或海岛型复合导电纤维则具有优良的可纺性和耐磨、耐弯折性,导电成分不易脱落,且易于染色,但其导电性能相对较低,所以适合用于对导电要求较低的场合。导电成分部分外漏型的使用性能界于两者之间。因此我们在使用时既要考虑到其导电性又要考虑到其服用性。表2列出了几种国外已工业化生产的复合型导电纤维的性能和导电物质的分布形式。
表1
两组分在截面上有不同分布的几种复合型导电纤维
表2
几种国外有机导电纤维的截面形态及性能
3 有机导电纤维的现状及展望
3.1 有机导电纤维的现状
有机导电纤维产生于20世纪60年代末。最早问世的是由日本帝人公司首先开发并工业化生产的表面涂有碳黑的有机导电纤维。而后在1974年,美国杜邦公司采用复合纺丝技术制成含有碳黑导电芯的复合导电纤维[6],使导电纤维在使用性能上迈出了历史性的一步。目前,复合型有机导电纤维已规模化生产,尤其以聚酯为基体的导电纤维的纺丝技术已基本成熟[7][8],对有机导电纤维的研究主要是低电阻率和功能化的有机导电纤维。2002年日本U n itika公司开发的新型聚酯高导电纤维M eganaE5[9],是一种含碳双组分长丝。其电阻率为8×1058.c m,导电率比常规导电纤维高2个数量级。该纤维于2003年1月已投放市场。该纤维截面有呈三叶状排列的碳粒子。这样,即使在低于1%的共混率下也能获得抗静电性能。日本Tokkyo公司通过在大分子链上接枝共聚的方法研制成具有防臭功能的有机导电纤维[10]。法国R—Stat公司也开发出一种多功能的有机导电纤维[11],它是由尼龙或聚酯为基体,用硫化铜做涂层,该纤维的导电率可达102～1058.c m,而且铜还能抑制细菌生长,具有抗菌作用。此外,由于特殊的电学和光学性能的要求,近几年对导电高聚物特别是对聚苯胺的研究成为热门课题。利用聚苯胺丌电子的线形或平面形构型,将其吸附到纤维上或采用湿法纺丝与成纤高聚物混纺,吸附了聚苯胺的纤维对电磁波的屏蔽可达101GH z[12];用聚苯胺和聚酰胺混纺成的有机导电纤维也具有较高的电磁屏蔽频率。
国内有机导电纤维的研究虽然落后于国外,但进步很快。江苏省纺织研究所研究的电晕放电型可染性导电纤维已获得成功,它是采用导电碳黑及金属氧化物制成导电母粒为芯组份,添加成孔剂及光屏剂的聚酯为皮组份,经过复合纺丝制成可染性导电纤维。中国纺织科学研究院研制成了以碳黑为导电成分以涤纶为基体的有机导电纤维,其电阻可达10[7]8.c m,目前国内已小规模生产。还有很多科研院所正在研究开发有自己知识产权的各种有机导电纤维。
3.2 有机导电纤维的展望
国内外有机导电纤维的发展方向主要在以下几个方面:提高纤维的细化(纳米级导电纤维)、异型化及多孔化,以增强纤维的电晕放电强度;提高以金属化合物为导电成分的有机导电纤维的导电性和可染性,使其广泛应用于民用纺织品[13];为满足特殊的导电需求(如无尘防爆工作服、电磁屏蔽织物等)需研制成具有高导电率的碳黑有机导电纤维:研制具有多种用途的功能化有机导电纤维,即在导电的同时还要具有远红外、阻燃、负氧离子等功能;加强对导电高聚物进行研究,以提高其在二极管、电池等领域的应用。
4 有机导电纤维的应用
有机导电纤维具有较高的导电率,且导电性能持久。在织物中添加一定量的有机导电纤维后不影响手感和光泽。有机导电纤维广泛应用于纺织品、地毯的防尘、防静电加工[14],只要在织物中混入0.05%～5%的有机导电纤维就可解决织物的带静电问题。例如在内衣上加入有机导电纤维可起到防尘、防缠绕和防止脱衣服时的静电对皮肤产生刺激,以满足人体生理卫生的需求;在涤纶、纯毛或毛涤织物中混入有机导电纤维可使织物摩擦产生的静电大多以电晕放电或泄露放电放出,不会出现主动吸灰现象[15]。此外还广泛应用于通用工程、耐热工程塑料、汽车制造、运动器材、航空、半导体工业、电子工业、医学工程、生物工程等领域所需的防静电、防尘、防爆的工作服;它还被广泛应用于电磁波屏蔽和吸收材料;电热制品的发热元件以及工业滤材等。
美国研制的变色军服就是在织物中加入导电纤维,通过控制温度使热变色油墨发生变化,从而使军服颜色根据外界环境色作相应变化,成为一种环境反应性伪装色[16]。我国在2000年全军装备的99式新一代衬衣即采用了有机导电纤维作为抗静电的材料,其
使用效果反映很好。
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拉伸羊毛高支精纺面料工艺探讨
孙卫红 张 红 杨素芬
(天津纺织集团技术中心,天津 300041)
1 前言
拉伸羊毛是当前羊毛工业最新高技术产品,它通过高科技手段用专用设备,在特定条件下,利用物理原理对普通羊毛拉伸,从而使纤维细度降低原毛的20%左右,长度增加60%左右。它改变了普通羊毛的组织结构,成为一种新的,具有羊绒特性的新型纤维,比普通羊毛有更高的光泽度,卷曲少,刚性低,用它开发的产品手感滑糯,弹性好,光泽优雅,悬垂好,呢面细洁匀净,丝感强,具有广阔的市场前景。
拉伸羊毛表面鳞片结构发生变化、光滑卷曲少、抱合力差,一般不纯纺,可与超细羊毛、羊绒、丝光羊毛、丝、T EN CEL、细旦涤纶等混纺。
2 工艺
2.1 染色工艺
拉伸羊毛染色与普通羊毛差异大,染色上染速率快,染色收缩率较大,造成条染后毛球塌陷严重,极易产生缸差、毛球色差等质量问题,因此先混条再染色,以降低上染速率,混条用拉细设备混条三遍。不加油、6并、牵伸6倍。条重20G。染色前打成3KG左右的毛球,不要大,卷绕密度应适当增大。染色升湿速率应减慢。控制1℃ 2m in左右。
[14]伊黑敏裕.宫本雅之.本田繁喜. Co re-sheath com po site conductive fiber. W O01 2186.2001.
[15]郝新敏等.含有机导电纤维仿毛织物的多功能整理.印染.2003(2)26～28.
[16]锡环.电子纺织品新成果.国内外信息.2003(1)48.
Properties and develop m en t of the organ ic conductive f ibers
Gao Guang-yan An Shu-l i n
(Schoo l of M aterial Science and Chem ical Engineering,
T ian jin Po lytechn ic U n iversity,T ian jin300160)
Abstract:T h is paper studied the structu re and p roperties of o rgan ic conductive fibers and discu ssed the p resen t and fu tu re developm en t of th is k ind of fiber.
Key words:the o rgan ic conductive fibers;com po site;b lend
导电纤维尚无明确定义，通常把电阻率小于１０７Ω?ｃｍ的纤维定义为导电纤维。导电纤维的现有品种类型有：金属纤维（不锈钢纤维、铜纤维、铝纤维等）、碳纤维和有机导电纤维。有机导电纤维又包括普通纺织纤维镀金属，普通纺织纤维镀碳，石墨、金属或金属氧化物等导电性物质与普通高聚物共混或复合纺丝制成的导电纤维，导电高分子直接纺丝制成的有机导电纤维。这些导电纤维从其结构可分为导电成分均一型、导电成分被覆型、导电成分复合型三类。 导电纤维具有优良的导电性，其纺织产品主要有抗静电功能和防辐射功能，所以导电纤维在电子业、广电、ＩＴ、电力、电信、民航、医药及精密仪器等领域应用非常广泛。 １导电纤维纺织产品的抗静电功能 在工业生产中，织物及服装的静电放电可引起电击，虽然能量较小，但可产生许多干扰，甚至间接造成严重灾害。例如：接触易燃物质时，穿着化纤工作服可因摩擦产生静电火花，易引起爆炸事故；在电子行业，静电可造成电子元器件受损，质量下降，甚至报废。因此在易燃易爆及电子行业，穿着具有防静电功能的工作服是保证人身安全和产品质量的重要手段。 物质蓄积静电荷的高低与静电散逸速度之快慢有关，通常电阻值愈低的物质，其静电散逸速度愈快，不易累积静电；反之，电阻值愈高的物质，其静电散逸速度愈慢，容易累积很高的静电。 抗静电的纺织品有很多种，其中一种是在普通纤维织物中纺入导电纤维，使织物导电性增强，从而使织物上产生的电荷能很快放掉，可有效防止静电局部蓄积；同时导电纤维还具电晕放电功能，能起到向大气中放掉静电的效果。电晕放电是一种极其微弱的放电现象，已确认它不可能成为可燃性气体的着火源，因此导电纤维织物在不接地情况下，也可用电晕放电方式消除静电；若导电纤维接触大地，则在电晕放电的同时，静电也可通过导电方式被导入大地，使织物带电量更小，从而达到防静电效果。 纺织品静电性能检测标准有ＧＢ／Ｔ１２７０３—１９９１《纺织品静电测试方法》和ＧＢ１２０１４—１９８９《防静电工作服》。按照ＧＢ１２０１４—１９８９将工作服放入滚筒摩擦机内摩擦使其带电，把带静电的工作服投入法拉第筒内，从静电计上读出电容（Ｃ）上的电压值（Ｖ），利用Ｑ＝ＣＶ计算电荷量（Ｑ）。测量纺织品的带电电荷量，可按照ＧＢ／Ｔ１２７０３—１９９１进行。 ２导电纤维纺织产品的防辐射功能 随着科技的进步，越来越多的电子产品进入人们的生活，空调机、计算机、电视机、电冰箱、微波炉、卡拉ＯＫ机、电热毯、移动电话等电子产品在正常工作时会产生各种不同波长和频率的电磁波，它虽然无色、无味、无形，却又无处不在。电磁辐射能引起人体神经、生殖、心血管、免疫功能及眼睛等方面的病变，对长期处于较强电磁辐射环境下工作的人危害很大。其症状主要表现在：头晕、记忆力减退、注意力不集中、抑郁、皮肤老化、腰背酸痛等。所以对于长期在较强电磁辐射环境工作的人员来说，穿着防辐射服是很有必要的。 防辐射织物主要功能是屏蔽辐射。屏蔽辐射的材料有很多，其中一种是使用了导电纤维的屏蔽织物，这种屏蔽织物是通过特定的工艺在普通纤维中按一定比例纺入导电纤维而制成。导电纤维具有良好的导电性，内部有许多自由电荷，因而当电磁波照射到纤维表面上时，织物中均匀分布的导电纤维作为导电介质能将电磁波转化或传递出去，从而实现屏蔽的作用。 防辐射纺织品的检验目前没有国家标准，大部分报告采用美国材料试验协会标准ＡＳＴＭＤ４９３５—１９９９《测量平面材料电磁屏蔽效率的试验方法》。随着社会的进步，人们对生活质量的要求越来越高，人们会更加关注电磁辐射的危害，防辐射服装的市场需求也会相应增大，制定防辐射纺织品检验的国家标准不仅对消费者有利，也将对规范防辐射服装企业，提升防辐射纺织产品的质量，提高我国该产业在国际上的竞争力起到积极的作用。 导电纤维—— —一种新型功能性纺织材料 兰繁 四川省纤维检验局 ［关键词］导电纤维；特性；功能 知识窗 ５５ 中国纤检２００７年第３期
有机复合导电纤维 有机复合导电纤维介绍： 是由常规的合成纤维聚合物与导电组分复合而成的具有一定导电性能的纤维。有机复合导电纤维中的导电组分，是在常规合纤的聚合物中加入了大量导电物质经混炼制成的类似色母粒类的材料。 有机复合导电纤维的主要品种有锦纶（尼龙）基、涤纶基、腈纶基、丙纶基的有机复合导电纤维，以锦纶基有机导电纤维应用最为广泛。近期报道的新型有机复合导电纤维──芳纶基符合导电纤维，由山东泰和集团首创并生产，商品名称（Tamtar）导电纤维。 有机复合导电纤维的结构有：皮芯型（即皮层为导电层，芯层为普通合纤）。三叶型、并列型、偏心型、海岛型等等多种结构形式。 导电组分的组成与作用： 基料──即基体材料或称基本聚合物。作用：将导电颗粒牢固的粘结在一起，使导电组分既有稳定的导电性，又赋予材料可加工性。 填料──即导电物质。作用：导电颗粒在导电组分中起提供载流子的作用。 基本聚合物与导电颗粒的相容性： 两者性质相差较大，复合时不易紧密结合，且难于均匀分散,影响材料的导电性能，故通常还需对导电颗粒进行表面处理。如：采用表面活性剂、偶联剂、氧化还原剂等对导电颗粒进行处理，以提高其分散性和紧密结合性──即材料的相容性。(待续) 复合型导电高分子的研究表明： 1、导电填料颗粒，在材料中并不需要完全接触就能形成导电通道。 当导电颗粒间不相互接触时，颗粒间存在聚合物隔离层，使导电颗粒中自由电子的定向运动受到阻碍，这种阻碍可看做是有一定势能的势垒。根据量子力学的观点，对于微观粒子来说，即使其势能小于势垒的能量时，它既有被反弹的可能性也有穿过势垒的可能性，微观粒子穿过势垒的现象称为贯穿效应，也称隧道效应。 根据上述分析，导电高分子内部的结构有三种情况： a：一部分导电颗粒完全连续的相互接触，形成电流通路，相当于电流经过一只电阻。 b：一部分导电颗粒不完全连续接触，其中不相互接触的导电颗粒之间由于隧道效应形成电流通路，相当于一个电阻与一个电容并联后再与一个电阻串联的情况。
322006年第3期功能性纺织品及纳米技术应用 导电纤维的发展现状及应用前景 丁长坤,程博闻,任元林,康卫民,张金树 (天津工业大学,天津300160) [摘要] 综述了导电纤维的分类和制造方法,介绍了导电纤维的国内外研究进展和用途,预测了导电纤维的市场前景。 [关键词] 导电纤维;制造方法;研究进展;应用 [中图分类号]TS102.52+8 [文献标识码]A [文章编号]1003-1308(2006)03-0032-09 1 引 言 人类对静电现象自古就有所观察和研究,但直至20世纪中期,随着工业生产的发展,因静电造成的事故日益增多,静电的作用和危害才引起各国研究机构和学术组织的重视。 近年来,随着计算机、电信、微波炉等的迅速发展和普及,人类生活、工作环境中的电磁辐射日渐严重,因而产生的电磁波干扰对电子仪器设备的正常工作及人类的生理健康带来了很多负面影响。为了防止静电干扰和电磁波干扰,从20世纪中期至今,人们已开发出各种抗静电产品和电磁屏蔽材料。近几十年,研究的重点又更多地转向了导电纤维。由于导电纤维的抗静电效果显著而持久,且不受环境湿度的影响,当导电层达到一定厚度或导电成份达到一定比例后,就具有优良的电磁屏蔽功能,因此导电纤维的研制和应用越来越受到重视。 导电纤维是通过电子传导和电晕放电而消除静电的功能性纤维。通常是指在标准状态下(20℃、65%相对湿度)、比电阻在107Ψ·c m以下的纤维。导电性能优良的纤维,其比电阻在102～105Ψ·c m,甚至小于10Ψ·cm,而此时涤纶的比电阻大约为1014Ψ·cm,腈纶为1013Ψ·cm,丙纶为6.5×1015Ψ·cm。由于导电纤维的比电阻值远低于普通纤维,同时电荷半衰期很短,因此导电纤维在任何情况下都可以在极短的时间内消除静电。另外,用导电纤维制成的导电织物,还具有优异的导电、导热、屏蔽、吸收电磁波等功能,广泛应用于电子、电力行业的导电网、导电工作服;医疗行业的电热服、电面、电热绷带;航空、航天、精密电子行业的电磁屏蔽罩等方面[1]。 2 导电纤维的分类和制造方法 2.1 金属系导电纤维 这类纤维是利用金属的导电性能而制得的。主要方法有直接拉丝法,即将金属线反复通过模具进行拉伸,制成直径4～16μm的纤维。主要的金属种类有不锈钢、铜和铝等。其他类似的方法还有切削法,即将金属直接切削成纤维状的细丝。金属纤维一般不单独使用,而与普通纤维混纺制成导电性织物。 [收稿日期]2006-08-28;[修订日期]2006-09-06
导电纤维：通常把电阻率小于107 W/cm的纤维定义为导电纤维。 织物抗静电性能的测试方法：（1）半衰期法（2）摩擦带电电压法（3）电荷面密度法（4）极间等效电阻法（5）脱衣时的衣物带电量法（6）工作服摩擦带电量法。 （1）半衰期法：试样在高静电场中带电稳定后，测定电压衰减一半所需时间，本方法操作简便，数据重现性好，非破坏性测量，但衰减不符合指数规律，与测试电压密切相关。 （2）摩擦带电电压法：一定张力下，试样与标准布进行摩擦，测试其最高电压与平均电压，本方法所用试样小，接触压力不充分，误差较大。 （3）电荷面密度法：试样经过摩擦后投入法拉弟筒，测试电荷面密度。本方法较好反应实际的穿着特点，能反映织物起电时的电晕放电能力，适于加入导电丝的抗静电织物的测试，但易受人为因素及其在静电电位序列中位置影响。 （4）极间等效电阻法：织物试样与接地导电胶版良好接触，按规定间距和压力将专门的电极夹持于试样，经短路放电后施加电压，据电流值求得极间等 效电阻（W）。在定电压下测出流过样品的电流，从而求得极间等效电阻。 对静电性能均匀的静电泄漏型织物测量效果好。 （5）脱衣时的衣物带电量法：按特定方式将工作服与化纤内衣摩擦后脱下工作服，投入法拉第筒，求得带电量（mC/ 件）。此法的测试对象限于服装，且对内衣材质未作规定，摩擦手法难于一致，缺乏可比性。 （6）工作服摩擦带电量法：用内衬锦纶或丙纶标准布的滚筒烘干装置对工作服试样摩擦起电15 min，投入法拉第筒，测得工作服带电量（mC/ 件）。导电纤维的用途：导电纤维主要用于防静电障害、防电磁辐射,制作无尘、无菌衣,以及防爆工作服、防静电过滤袋、电磁波屏蔽罩、防微波工作服等。 导电纤维的分类：金属系导电纤维、碳黑系导电纤维、导电高分子性纤维和金属化合物型导电纤维。各种纤维的加工方法如下： 金属系导电纤维：这类纤维是利用金属的导电性能而制得的,主要方法是直接拉丝法,将金属线反复过模具、拉伸,制成直径4～16μm 的纤维。主要金属有不锈钢、铜和铝。其他的方法还有切削法,将金属直接切削成纤维状的细丝。金属纤维一般不单独使用,而与普通纤维混纺制成导电织物。再一种方法是金属喷涂法。它是将普通纤维先进行表面处理,再用真空喷涂或化学电涂法将金属沉降在纤维表面,使纤维具有金属一样的导电性。 碳黑系导电纤维：①掺杂法：将碳黑与成纤物质混合后纺丝,碳黑在纤维中成连续相结构,赋予纤维导电性能。这种方法一般采用皮芯复合纺丝,既不影响纤维原有的物理性能,又使纤维具有导电性能。 ②涂层法：涂层法是在普通纤维表面涂上碳黑,涂层方法可以采用粘合剂粘合在纤维表面,或者直接将纤维表面快速软化并与碳黑粘合。这种方法的缺点是碳黑容易脱落,手感亦不好,碳黑在纤维表面不易分布均匀。 ③纤维的碳化处理：有些纤维,如纤维素纤维、沥青系纤维等,经碳化处理后,纤维的主链为碳原子,从而使纤维具有导电能力。 导电高分子性纤维：①导电高分子材料的直接纺丝法：直接纺丝法一般采用湿法纺丝,如将聚苯胺配成浓溶液在一定的凝固浴中拉伸纺丝,苯胺在酸性介质中用氧化剂、过硫酸铵、氧化聚合得到聚苯胺,中性的聚苯胺是绝缘体,聚苯胺经掺杂质酸后即成导电高聚物。
智能导电纤维的研究与开发进展 0 前言 目前,对高度刺激能产生智能响应的纤维及其制品的研究和开发已引起人们极大的关注。智能纤维就是能够感知所处环境的变化(如机械、热、化学、光、温度、电磁等),并随之做出敏锐响应(发生突越性变化)的纤维。合成纤维是高分子材料，一般都具有优越的电绝缘性能。但电绝缘性能越高，电阻就越大，越容易产生很高的静电。而静电高了一有机会就会放电，静电放电在特定场合又会引起爆炸和火灾，还会引起电击灾难。因此，纤维制品在某些应用方面就有必要采用抗静电纤维来消除静电电荷。但随着使用领域的推广和扩大，各种应用环境又对纤维的抗静电性能提出了更高的要求，于是又出现了导电纤维。导电纤维不仅可以用来消除静电、吸收电磁波,而且由于电信号的探测和传输是探测技术中很重要的一个方面,因此,导电纤维在服装、医用、能源等领域都取得了非常成功和广泛的应用。 1 导电纤维的研究和发展现状 自20世纪70年代开始,人们就在不断地研发导电纤维,随着研究的不断深入,不同类型的导电纤维被逐步开发,在各领域里起着重要的作用。 1.1 金属纤维 最早问世的导电纤维是美国Brunswick公司所生产的不锈钢纤维Brunsmet,它是不锈钢丝反复穿过模具精细拉伸制成的纤维[2]。后来有人将金属粉末混入成纤聚合物切片中再进一步纺成导电纤维,也有人采用将金属粉末沉积在多孔纤维表面的孔穴中的方法制取导电纤维[3]。但这两种方法都有明显的不足之处,如将金属粉末混入成纤聚合物切片中,纺丝时常会发生喷丝孔堵塞的现象;若采用在多孔纤维表面孔穴中沉积金属粉末的方法,则需事先纺制特种纤维,这些给工业生 产带来了困难且对纤维的性能有所损伤。 1.2 炭黑纤维及金属化合物导电纤维 经过进一步研究人们又提出将含导电成分的高聚物与成纤聚合物一起复合纺丝来制备复合型导电纤维,所用的导电成分为炭黑或金属化合物微粒。1974年,美国Dupont公司开发了以含炭黑的聚乙烯为芯,尼龙66为鞘的导电复合纤维———尼龙BCF[4]。1989年,押田正博等又采用含CuI2微粒的聚乙烯为芯,聚酯为鞘,制得导电涤纶[5]。炭黑导电纤维及金属化合物导电纤维的导电性耐久性较好,且导电性与湿度几乎无关。 1.3 导电聚合物纤维 1977年,美国宾夕法尼亚大学的Mac Diarmid教授等人发现了导电聚乙炔,引起了人们极大的关注,从而开创了结构型导电聚合物发展的新局面。近二十年来,研究导电纤维的重点转移到了导电高分子材料,主要是结构型导电聚合物。所谓结构型导电聚合物即指不需要加入其他导电性物质而依靠本身结构即具导电性的聚合物。以导电高分子材料为导电剂有其独特的优点:导电聚合物与普通线性聚合物一样,纺丝拉伸过程中会产生取向,这种导电的各向异性,提高了纤维轴向的导电性能[6]。直接利用结构型导电聚合物制备导电纤维是制备导电纤维的一种新方法,纤维完全由导电高聚物组成,无需加入其他材料即可导电但是这种完全由导电聚合物制造出来的导电纤维难以适合很多纺织材料应用的要求,其使用价值很有限。且由于导电高分子材料本身刚度
聚苯胺导电纤维 高102 张杰 1008062055 摘要：聚苯胺导电纤维因其制备方法的不同而呈现不同的导电性能，是一种具 有良好应用前景的纤维材料。简要 介绍了聚苯胺的结构与性质，概述了国内外聚苯胺导电纤维制备的发展现状，详细阐述了聚苯胺导电纤维的各种制备方 法。 关键词：聚苯胺；导电纤维；原位聚合；溶液纺丝；熔体纺丝；静电纺丝 自1977年发现聚乙炔(polyacetylene，PA)薄膜经过碘掺杂后呈现金属电导特性起，便进入了对导电聚合物(inherently conductive polymers，ICPs)进行广泛研究的时代。研究者相继发现聚苯胺(polyaniline，PANI)、聚吡咯(polypyrrole，PPY)、聚噻吩(polythio—phene，PTh)、聚对苯撑乙等多种共轭结构高分子经掺杂后具有高的电导率。在上述导电高聚物中，聚苯胺具有原料价格低廉、合成简单、电导率较高、在空气中稳定性好、具有独特的掺杂现象等特点，被认为是最有前途的导电高聚物[1 ]。其中聚苯胺导电纤维是近年来聚苯胺研究领域的一个重点。导电纤维不仅可以用于服装满足消除静电、吸收电磁波的要求，同时由于电信号的探测和传输是探测技术中的一个重要方面，因此，导电纤维在传感器、防护服装、智能服装、医用及其他领域也具有广泛的应用前景_3]。成。图中Y值代表聚苯胺的氧化还原程度，不同的Y值对应不同的结构、组分、颜色和电导率，y一0时为完全还原(Leucoemeraldine Base，LEB)，y一1时为完全氧化态(Pernigrani¨ne Base，PB)，y===0．5时为中间氧化态(Emeraldine base，EB)。与前两者相比，中间氧化态是一种较为稳定的结构，此时聚苯胺大分子链由苯二胺和醌二亚胺的交替结构组成。完全氧化态和完全还原态聚苯胺均不具有导电性，中间氧化态的本征态聚苯胺也是绝缘体，但利用共轭高聚物容易被氧化或还原这一特性，可使聚苯胺迅速并可逆地在绝缘体与导体之间转换，通过掺杂及改变掺杂物的浓度及种类就可使其导电率的变化达到18个数量级。 1 聚苯胺的结构 聚苯胺在常温下一般呈不规则的粉末状态，结晶度和分子取向度较低。聚苯胺为共轭高分子，在高分子主链上交替重复单双键结构。图1所示为聚苯胺的分子结构，1987年由MacDiarmid提出规整的聚苯胺是一种头尾联接的线型高分子，由还原单元成。图中Y值代表聚苯胺的氧化还原程度，不同的Y值对应不同的结构、组分、颜色和电导率，y一0时为完全还原态(Leucoemeraldine Base，LEB)，y 一1时为完全氧化态(Pernigrani¨ne Base，PB)，y===0．5时为中间氧化(Emeraldine base，EB)。与前两者相比，中间氧化态是一种较为稳定的结构此时聚苯胺大分子链由苯二胺和醌二亚胺的交替结构组成。完全氧化态和完全还原态聚苯胺均不具有导电性，中间氧化态的本征态聚苯胺也是绝缘体，但利用共轭高聚物容易被氧化或还原这一特性，用质子酸对其进行掺杂，可使聚苯胺迅速并可逆地在绝缘体与导体之间转换，通过掺杂及改变掺杂物的浓度及种类就可使其导电率的变化达到18个数量级。 2 聚苯胺导电纤维的制备
导电纤维 导电纤维是防静电超净面料中的关键原料，它的性能好坏，一方面决定了面料的防静电性能，另一方面也与面料的发尘量有关。 导电纤维的发展迄今为止经历了三个阶段： 第一阶段是金属纤维阶段。金属纤维导电性能好，耐热、耐化学腐蚀。但对于纺织品而言，金属纤维抱合力小，纺纱性能差，成品着色性差，手感差，此只适用于织成T/C面料，在油田、化工厂等易燃、易爆行业做工作服用。 第二阶段是表面渗碳型有机导电纤维，其代表产品为 BASF公司Resistat。通过表面渗碳的方式将导电的碳粉加入到已成型的尼龙表面，其特点是表面电阻比较低，但导电的碳粉易受摩擦和洗涤等影响而从尼龙表面脱落，从而使面料的导电性能逐渐降低。同时，脱落下来的导电的碳粉既是洁净室中的灰尘，也是会对电子产品造成危害的物质。 第三阶段是复合纺丝型有机导电纤维（第二代有机导电纤维），其代表产品为日本钟纺公司的Belltron，特别是钟纺公司最新开发的9R、BR系列。复合纺丝型有机导电纤维是将导电的碳粉与熔融状的基体材料充分混合后，经特殊的喷丝孔与基体材料复合成纤，形成了双组份的导电纤维。其产品特性表现为不会因为摩擦、洗涤而致使碳粒子脱落，具有良好的耐洗、抗弯曲、耐磨损等性能。 目前国内生产防静电超净面料大部分选用的是BASF公司的Resistat，但在Class 10000以上的洁净环境中，渗碳型纤维是不适用的，只能选用复合纺丝型导电纤维。如同样是复合纺丝型导电纤维，比较其组织结构，碳与基体材料熔融混合后完整地包覆在纤维外层的导电纤维，因为具有最大的导电表面积，其导电性能最佳，也应成为防静电超净面料的首选。另外，导电纤维的孔数（D数）以及导电纤维的并丝加工状况也对导电纤维的性能有很大影响。同种结构的导电纤维，孔数越多，导电表面积越大，导电性能也就越强。同一种导电纤维，在不同的设备上进行复合（并丝）其效果是不一样的。在高倍放大镜下我们可以看到有些防静电超净面料中导电丝浮在布面上，这是因为导电丝复合时张力控制不均匀造成的。浮在面上的导电丝很容易被勾断，继而会从面料中脱落，既影响导电性能，又破坏洁净度。因此，应尽可能选择原厂并丝的导电纤维。
导电纤维; 英文：electroconductive fiber 性质： 指电阻率小于105Ω·cm 的纤维，有三类。 (1)有机导电纤维，电阻率为102～104Ω·cm ，主要采用复合纺丝法将高浓度的导电微粒局部混入纤维中制取，黑系导电微粒用炭黑，白系用金属氧化物如含少量氧化锡的氧化锑表面上涂覆二氧化钛，纤维相对较轻，有可挠性，可洗和便于加工；也可通过后加工化学固着铜化物或电镀金属。 (2)金属纤维。 (3)碳纤维，碳化温度愈高，模量与导电性愈高，若在其上进一步沉积石墨并用硝酸处理，可制得导电率达到金属水平的纤维。 「导电纤维制造技术」 为了消除纤维及其织物的静电，防止危害发生，人类自20世纪60 年代起就开始了开 发导电纤维的工作。导电纤维一般是指电阻率<108 Ω·cm 的纤维（20 ℃、65%RH 条 件下）。 最早的导电纤维是美国Brunswich 公司商品名为Brunsmet 的不锈钢纤维，在世界上首次用于纺织加工。这种利用不锈钢、铜、铝等金属的导电性 而制成的金属纤维，导电性能优良，且耐热、耐化学腐蚀，但极细单丝的造价很高，与普通纤维间抱合差，混纺加工困难，扭曲 与手感不良，产品使用性能不好。 其后出现的是以腈纶、黏胶为原丝的碳纤维，具有良好的导电性、耐热性，优良的耐 化学腐蚀性和 高初始模量，但其机械力学性能（如径向强度）不理想，除了用作工程复合材料外， 限制了它的导 电应用。 因此，60年代以来，人们不断探索开发新的有机导电纤维。实践表明，利用碳黑或 金属化合物（铜、银、镍、镉的硫化物或碘化物），通过涂敷或与成纤聚合物共混、 复合纺丝是制成导电性能优良纤维的最合理途径。 它是将含有金属、碳黑或金属化合物（如硫化铜、硫化亚铜、碘化亚铜等）的导电成 分，涂覆于纤维表面制成导电纤维，还可将聚苯胺等导电高聚物吸附于纤维表面获得 导电纤维。 将导电粒子（主要为碳黑或金属化合物）与基质聚合物（如 聚乙烯）混炼作为导电组分，导电组分与非导电的主体聚 合物通过复合纺丝板纺丝成形（熔纺或湿纺），制得具有 皮芯型、三层同心、三层并列、海岛或多芯型、以及镶嵌型等结构的复合导电纤维 聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等导电高聚物因难以熔融，故一般都采用直接湿法纺丝 生产导电纤维。 在织物中需要加入多少导电纤维才能起到防静电效果？ 在织物中加入0.1%～3%左右可以达到防静电基本要求，并用织物的舒适性很接近主体纤维本身的特性，不1、金属不锈钢纤维 2、工业原料碳纤维 3、化学镀层导电纤维 4、络合铜导电纤维 5、最先进的融熔纺技术——有机复合导电纤维 6、导电高聚物直接纺丝
对环芯多层结构的夹层大量掺入碳黑，并在纤维主体中，并在纤维主体中也掺入碳黑，制成耐久性抗静电、导电纤维。 导电纤维的原理及分类 字体大小：大- 中- 小conductivefiber发表于07-09-26 19:27 阅读(121) 评论(0) 导电纤维是上世纪60年代出现的一种新的纤维品种，它一般是指导电率大于10-7 Ω-1.cm-1的纤维。这类纤维具有良好的导电性和耐久性，特别是在低湿度下仍具有良好的耐久抗静电性，因此在工业、民用等领域有着很大的用途。 导电纤维的抗静电机理是使导电纤维之间产生电晕放电。电晕放电是一种很缓和的放电形式，当静电压达到一定的数值后，即产生无火花的电晕放电使静电消除。这种现象通常认为是织物中的导电纤维，在静电场的作用下，使周围的空气产生电离作用而形成正负离子，正负离子中的一种与织物所带静电荷相反而中和，另一种则与环境或大地中和，从而消除了静电。电晕放电与静电泄露的显著区别是：前者在不接地的情况下也能很好地消除织物上的静电，而后者则需要接地或在空气较大的情况下才能使静电消除。 导电纤维的种类 最初的导电纤维是采用直径约为8μm的不锈钢制成。70年代各种导电性的有机合成纤维蓬勃兴起，各种牌号、各种类型的导电纤维大量被研制开发出来。目前已开发的导电纤维主要有金属纤维、碳素复合纤维和腈纶铜络合纤维等，国内使用的抗静电织物大多是用金属纤维或腈纶铜络合纤维和其他纤维混纺、交织而制成的。 金属纤维
金属纤维出现于60年代，其中使用最多的金属材料为不锈钢，也有铜、铝、镍等。通常是把金属纤维制成短纤维，再与普通纺织纤维混纺织造，用于防静电地毯和工作服面料。金属纤维的特点是导电性能好, 其电阻率在10-4-10-5Ωcm之间，而且耐热、耐化学腐蚀，但纤维抱合力小，可纺性能差，制成高细度纤维时价格昂贵，成品色泽受到限制。 碳素复合纤维 将导电碳黑混入高聚物中，用复合防丝方法，制备“皮芯”、“海岛”、“并列”等多种碳素复合纤维，并以较小的比例混入常规纤维中，做成混纺、嵌织抗静电织物。比如粘胶基、PAN基、沥青基碳纤维均为良好的导电纤维，其电阻率在10-3-10-4Ωcm之间，且高强、耐热、耐化学药品。但纤维模量高、缺乏韧性、不耐弯折、无热收缩能力，不适合于纺织品使用。碳短纤维可填加于地毯胶乳中，赋予织物其导电性。 腈纶铜络合纤维 将腈纶浸于铜盐溶液中，使其吸附二价铜离子，再用还原剂使二价铜离子还原为一价铜离子，一价铜离子与腈纶纤维上的氰基络合并生成铜的硫化物，在纤维表面形成导电层。80年代出现基体纤维在处理液或特殊气氛环境中进行化学反应，在纤维表面形成金属化学物的方法。例如我国以PAN、PA为基体生产的EC-N导电纤维。 Belltron 9R1 日本钟纺公司（Kanebo）最新研制开发的导电纤维，产品采用了该公司的优势技术——复合纺丝技术，将导电的碳粉与熔融状的尼龙充分混合后，经特殊的喷丝孔与基体尼龙复合成纤，形成了双组份的导电纤维。其外层为具有高导电性能的超薄皮状导电聚合物，内部则完全是尼龙－6聚合物 产品特征 1．加入少量的9R1就能充分防止静电的产生 在尼龙－6表面包裹了一层导电性良好的超薄聚合物，具有相当的技术难度，提供了优秀的导电能力 2．优秀的静电控制能力 20D三孔的结构使9R1比单孔导电纤维具有更大的传导表面，因此抗静电性能更加稳定、持久 3．良好的耐洗涤、抗弯曲、耐磨损性能
高技术纤维范围 一、名词解释: 1.高性能纤维：是指高强、高模、耐高温和耐化学作用纤维，是高承载能力和 高耐久性的功能纤维 2.导电纤维：比电阻率小于107Ω·cm的纤维。 3．.纳米纤维：纳米纤维是指在材料的三维空间尺度上有两维处于纳米尺度的线(管)状材料，通常是直径或管径或厚度为纳米尺度而长度较大。 4. 生态纤维：具有生物可降解性，废弃后在自然环境中可借微生物发生降解，不会对环境造成长期的或永久性污染的纤维。 5.碳纤维：碳纤维是指碳质量分数达到90%以上，既有碳素结构特征又有纤维 形态特征的材料。 二、选择 1.下列纤维属于高性能纤维的是kevler 2.下列纤维具有导电性能的纤维是金属纤维 3.适合制作防弹衣的纤维是高分子量聚乙烯纤维 4.空调纤维的特点是保暖 5.下列纤维属于再生纤维的是牛奶纤维 三、填空 1、列举三种高性能纤维：芳香族聚酰胺纤维、超分子量聚乙烯纤维、碳纤维 2、提高纤维耐热性的方法 ①大分子中引入能够形成氢键或提高分子间作用力的一些官能团； ②入芳香环或杂环的化合物．提高大分子链的刚性； ③高大分子的对称性，从而提高材料的结晶。 3、纳米纤维所具有的特殊性能：量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应、宏观量子的隧道效应 4、碳纤维的原料分类：聚丙烯晴基碳纤维、沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维 5、光导纤维的用途：分叉传光束、光纤内窥镜、光纤通信 6、高技术纤维开发途径：导湿纤维开发、吸湿快干纤维开发 7、三种功能纤维：光传导功能纤维、调温纤维、透湿快干纤维 四、问答题 1、超细纤维的主要特点 1．纤维细度对纤维性能的影响 (1)纤维线密度减小，纤维的结晶度取向度都会提高，纤维的强力增加。 (2)单纤维线密度愈小，抗弯曲刚度愈低，纱线及织物的手感就愈柔软，悬垂性好。 (3)单纤维直径愈小，纤维的比表面积愈大，吸附性增强，去污力提高，过滤性能好，毛细效应强。 (4)传热系数与单纤维的线密度的关系。当纤维的线密度小于1.1dtex时，
两种纺织用导电纤维鉴别方法探索 摘要：为探索两种纺织用导电纤维的鉴别方法，分别对纺织用炭黑系导电纤维和金属系导电纤维进行各项性能 测试。结果表明：静电性能测试为导电纤维的判定提供依据；燃烧法、显微镜法、化学溶解法、热重法和电感耦合等离子体原子发射光谱法的结合可以鉴别导电纤维的形态特征和 主要成分。 关键词：炭黑系导电纤维；金属系导电纤维；鉴别 前言 导电纤维是指在标准状态（20℃，65%相对湿度）时，电阻率在107Ω?cm以下的纤维，是上世纪60年代出现的一种新的功能性纤维，导电纤维纺织产品在电子业、服装、医药及精密仪器等领域都有重要的应用。根据导电纤维的成分特点，可以分为四大类[1]：（1）金属类导电纤维：主要利用金属的导电性能，通过直接拉丝法制成金属纤维；或是采用金属喷涂法，将普通纤维先进行表面处理，再用真空喷涂法或化学电涂法将纤维沉降在纤维表面，使纤维具有金属一样的导电性；（2）炭黑系导电纤维：利用炭黑的导电性能制作导电纤维，如将炭黑与普通化学纤维制成皮芯型、橘瓣型的导电复合纤维，也可通过在普通纤维表面涂上炭黑，或是将
某些纤维炭化处理使纤维具有导电性；（3）金属系导电纤维：以铜、银等的硫化物、碘化物或氧化物为导电材料，通过与成纤高聚物混合、吸附于纤维表面或是通过化学反应覆盖于纤维表面而制成导电纤维，此类导电纤维因添加的金属离子种类不同还可具有抗菌、除臭等附加功能；（4）导电高分子型纤维：由聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等高分子导电物质直接纺丝制成的有机导电纤维，或是将导电高分子物质吸附在纤维表面使纤维具有导电性能。 为了探索纺织用导电纤维的表征和鉴别方法，本文对一种炭黑系导电纤维和一种金属系导电纤维进行了织物静电 性能测试，并通过燃烧法、显微镜法、化学溶解法、热重法和电感耦合等离子体原子发射光谱法对两种导电纤维的主 体成分进行了鉴别。 1 试验 1.1 试验样品 炭黑系导电纤维（由广东新会美达锦纶股份有限公司提供）、金属系导电纤维。 1.2 试剂 硫酸、盐酸、甲酸、硝酸、氯化锌、N、N二甲基甲酰胺、二氯甲烷、苯酚、双氧水等，以上试剂均为分析纯；单元素标准储备液：铝、银、铜、铁、钛、铬六种金属元素标准储备溶液；标准工作液：根据需要，分别移取适量铝、银、
有机导电纤维抗静电织物设计及性能测试 马洪才 (德州学院) 马会英 (天津工业大学) 摘要: 介绍了有机导电纤维与棉型涤纶短纤维混纺织物的设计,并对织物进行了抗静电性能测试。有 机导电纤维混纺织物的抗静电性能与有机导电纤维的含量和织物组织结构有关,有机导电纤维的含量高,抗静电性能好;斜纹组织的抗静电性能优于平纹组织;纬向密度对抗静电性能影响较大,经向密度对抗静性能有影响,但影响不大。 关键词: 有机导电纤维;混纺比;织物;组织;抗静电性能;测试 中图分类号:TS101192+3 文献标识码:A 文章编号:100127415(2003)1120016203 目前提高织物的抗静电性能主要有织物表面整理、纤维化学改性、嵌织导电纤维。这三种方法各有利弊,织物表面整理主要有抗静电持久性差、应用范围小;嵌织导电长丝有导电长丝断裂后抗静电性能下降等问题。笔者采用有机导电短纤维与棉型涤纶纤维混纺纱线织成织物,利用电晕放电原理,不仅可消除纺纱、织造过程中的静电问题,并且解决了织物在低湿度条件下抗静电性能低、受磨损后抗静电性减效和染色不匀等问题。有机导电短纤维与棉型涤纶纤维混纺织物,经测试其抗静电性能在洗涤50次后,仍能满足G B/T 12703—1991防静电工作服标准规定的电荷面密度不大于7μC/m 2的要求。 1 抗静电织物的服用性能与设计要求 抗静电织物在满足普通服用织物外观等要求 的同时,必须满足其抗静电性能要求。由于抗静电织物主要应用于有抗静电要求的特殊环境。如航天航空、国防、石油、采矿、化工、电子、医疗卫生以及人们日常生活诸多方面都有广泛的应用,而大多作为外衣用产品,所以织物组织设计应以府绸、哔叽、华达呢、卡其等为主。 在设计织物组织结构时,主要考虑经纬向密度、经纬纱所用的纱线规格。在设计有机导电纤维的混纺比例时,主要是以普通合成纤维为主体,混入少量的有机导电短纤维。为了确定合理而有效的混纺比,以摩擦带电电荷面密度作为设计依 作者简介:马洪才,男,1971年生,讲师,硕士,德州,253015收稿日期:2003206228 据。日本等国家规定抗静电织物的摩擦带电量应控制在7μC/m 2以下,这可满足在大多数可燃性气体的环境下穿着。通过测试织物的实际带电量与设计带电量作以比较,从而合理增加或减小有机导电纤维的混用比例,以达到最小的比例取得最佳的抗静电效果。文中采用了117%和211%的混比,可达到抗静电织物的抗静电要求。 在选用主体纤维时,以涤纶短纤维作为主体纤维,要求主体纤维与导电纤维的材质相一致,便于纺纱、织造、染整加工。有机导电短纤维的混和采用条混的方法,使有机导电短纤维与涤纶纤维混纺,并制做抗静电面料,使有机导电纤维显露于织物表面,以提高抗静电性能。 2 抗静电织物的基本特征 有机导电纤维抗静电织物经纱采用有机导电纤维混纺1817tex ×2,纬纱分别采用有机导电纤维混纺1817tex ×2、T/C 65/3513tex ×2股线或T 25tex 纱,在L F Y 282A 型小样织机上织成15 块不同组织、不同密度、不同结构和规格的抗静电织物(见表1)。 织部工艺无特殊要求,可按照普通涤棉混纺工艺进行生产。实践证明,在主体纤维中混用少量的有机导电纤维,对于提高织物的抗静电性能效果显著。但与常规纺织品相比,含有有机导电纤维纺织品的抗静电性能测试方法极为重要。选择合理的测试方法,正确评价含有机导电纤维织物的抗静电性能,是深入研究有机导电纤维混纺织物的加工技术、探讨含有机导电纤维纺织品的 】61【棉纺织技术 Cotton Textile Technology 第31卷 第11期 2003年11月 ? 656?
有机导电纤维的性能特点及其发展 高广艳 安树林 (天津工业大学材料科学与化学工程学院,天津 300160) [摘 要] 本文论述了有机导电纤维的结构、性能、现状及发展。 [关键词] 有机导电纤维;复合纤维;共混改性纤维 众所周知,合成纤维具有天然纤维所没有的高强度、耐磨等优点,被广泛应用于各个领域。但由于合成纤维属于电介质范畴,其电阻很大,导电率很小,因此很容易积聚静电。这些积聚的静电不仅使纺织品的加工难以顺利进行,而且给人们的生活带来诸多不便。为此对导电纤维的研究已成为人们关注的热点。 导电纤维通常是指在标准状态下(20℃, 65%相对湿度)比电阻在102～1088.c m的纤维。比电阻在109～10128.c m的纤维一般作为抗静电性能。这些纤维基本上属于电子导电为机理的功能纤维,可以通过电子传导和电晕放电而消除静电。在近年开发研究的导电纤维中,有机导电纤维因其具有优良的物理—机械性能、纺织加工性能,且染色性优良,导电性不受环境温湿度影响等优点,最受人们的青睐。 1 有机导电纤维的制法分类 有机导电纤维的制造方法主要有三种类型,即导电物质涂层型、导电高分子直接纺丝型和导电物质与高聚物共混或复合纺丝型”[1],其中以复合型导电纤维的综合性能指标最好。 1.1 导电物质涂层型纤维 镀金属、碳等导电物质的涂层型有机导电纤维的导电物质暴漏在纤维的外层,因此导电效果好。但是这类纤维具有耐磨和耐洗涤性差,且不耐弯折,使用一段时间后导电粒子容易脱落等缺陷,影响了纤维的使用性能。 1.2 导电高聚物纤维 用聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等导电高聚物可以直接纺丝制成有机导电纤维。但由于这些高分子主链中的共轭结构使分子链僵直,难于溶解和熔融,纺丝成形和后加工都比较困难。另外,其中有些高分子中的氧原子容易与水发生反应、有些高分子单体毒性较大。这些大大增加了合成工艺和成形加工的生产成本。但目前利用参杂、吸附或湿法纺丝等方法已使其中的一些导电高分子取得了成功。 1.3 共混或复合纺丝型纤维 采用碳黑、金属氧化物等导电物质与普通高聚物进行共混纺丝或复合纺丝,可以制成性能优异的有机导电纤维。 2 复合型导电纤维 复合型导电纤维是导电纤维中的佼佼者,应用最为广泛。它是将含有导电粒子的聚合物作为一种成分,将不含有导电粒子的同种聚合物或另一种聚合物为第二成分,采用复合纺丝而成。纤维中导电粒子沿纤维轴向均匀分布,使电荷易于散逸[2],因此导电性优