导电纤维的发展现状及应用前景_丁长坤
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中国导电纤维发展现状及面临问题产业发展迎来机遇期导电纤维具体指导电率大于10-7 (Ω•cm) -1的纤维,抗静电织物和抗电磁波辐射的导电织物是现在导电纤维制备成型后的主要用途,目前导电纤维的主要种类有:金属导电纤维、碳素导电纤维、有机导电纤维和复合型导电纤维:导电纤维主要种类导电纤维的导电性能不依靠吸湿和离子的转移,不受环境湿度影响,在相对湿度很低的环境下依然能表现出优良的导电性能,随着导电纤维新品种的不断研发和专利保护,导电纤维作为智能纤维在纺织服装、传感器、医用及其他各领域表现出了良好的应用前景。
导电纤维的应用资料来源:公开资料整理我国对导电纤维行业的管理采取了政府宏观调控和行业自律相结合的方式。
国家产业政策对导电纤维行业的发展起到了积极的引导作用,中央及地方政府出台的各项财政税收优惠政策及科技扶持政策推动着导电纤维企业的快速发展。
导电纤维产业相关政策资料来源:公开资料整理导电纤维产业在调整我国产业结构以及提高国民经济整体素质方面发挥着非常重要的作用,我国导电纤维产量呈上升趋势,2018年我国导电纤维产量约52.47万吨,同比2017年的47.63万吨增长了10.16%,近几年我国导电纤维产量情况如下图所示:2014-2018年中国导电纤维产量发布的《2019-2025年中国导电纤维市场竞争格局及投资战略研究咨询报告》数据显示:从2010年起我国就进入生物基、高科技纤维时代,在“中国制造2025”“大众创业、万众创新”“互联网+”“一带一路”的大形势下,导电纤维面临难得的发展机遇,2014-2018年中国导电纤维市场规模约121.05亿元,同比2017年的105.01亿元增长了13.25%,近几年我国导电纤维市场规模情况如下图所示:2014-2018年中国导电纤维市场规模导电纤维作为一种重要的功能材料,其应用范围逐渐变得广阔,市场上对导电纤维及导电纤维纺织品的需求日益增大,迫切需要实现导电纤维的产业化。
2023年导电材料行业市场分析现状导电材料是指能够在电流通路中传导电荷的材料,具有良好的导电性能。
导电材料广泛应用于电子、通信、航空航天、能源等领域,是现代科技发展的重要基础材料之一。
以下是对导电材料行业市场的分析现状。
1. 行业规模和发展趋势:导电材料行业在全球范围内呈现出持续增长的趋势。
根据市场调研数据,2019年全球导电材料市场规模约为300亿美元,并预计到2025年将增长至500亿美元。
这主要是由于科技进步和工业发展的推动,以及对高性能导电材料的需求不断增加。
2. 主要应用领域:导电材料广泛应用于电子设备、通信设备、航空航天等领域。
在电子领域中,导电材料被应用于半导体、显示器、电子元器件等设备中,以提供优良的导电性能。
在通信设备领域,导电材料被用于制造电缆、连接器等。
在航空航天领域,导电材料被应用于导航系统、飞机零部件等。
3. 主要产品类型:导电材料主要分为金属导电材料和聚合物导电材料两类。
金属导电材料包括铜、银、铝等,具有较高的导电性能和稳定性,但相对较贵,适用于高端应用。
聚合物导电材料包括导电塑料、导电橡胶等,具有良好的加工性能和低成本,适用于大规模制造。
4. 市场竞争格局:目前导电材料市场主要由几家大型企业垄断,其中包括美国Dupont、德国Covestro、日本东丽等。
这些企业在技术研发、生产规模和市场拓展等方面具有较大的优势。
同时,一些新兴企业也在不断涌现,通过技术创新和差异化竞争来争夺市场份额。
5. 技术创新和发展趋势:随着科技的不断进步,导电材料行业也在不断创新发展。
其中,新型导电材料的研发是一个热点领域,如导电纳米材料、柔性导电材料等。
这些材料具有较高的导电性能和可塑性,能够适应新型电子设备和柔性电子产品的需求。
此外,可持续发展和环保要求也推动了导电材料行业向绿色环保方向发展,如研发可降解的导电材料等。
总体而言,导电材料行业市场持续增长,主要受到电子、通信、航空航天等领域需求的推动。
新型导电纤维材料在电子织物中的应用随着科技的不断进步和人们对智能化生活的需求不断增长,电子织物作为一种新兴的技术手段逐渐受到广泛关注。
而导电纤维材料作为电子织物的重要组成部分,其应用对于电子织物的功能和性能起到决定性的作用。
本文将就新型导电纤维材料在电子织物中的应用进行探讨。
一、导电纤维材料的基本原理导电纤维材料是一种具有导电性能的纤维材料,其导电特性可以通过导电纤维材料内部的导电材料实现。
常见的导电材料包括导电聚合物、金属纤维以及碳纳米管等。
导电纤维材料通过导电材料的导电特性,能够实现在电子织物中传导电流的功能。
二、导电纤维材料在电子纺织品中的应用1. 传感功能:导电纤维材料可用于制作各类传感器,例如温度传感器、压力传感器和湿度传感器等。
这些传感器的制作利用了导电纤维材料的导电性,能够实时感知周围环境的变化,并将相关信息传输给智能终端设备,实现智能控制。
2. 柔性显示:导电纤维材料可以制作成灵活柔性的显示屏,用于制作智能衣物或智能家居产品等。
这些显示屏可以根据需要进行弯曲或折叠,适应不同物体表面,并能显示出各种信息,提供更加人性化、便携式的智能交互。
3. 功率传输:导电纤维材料能够实现电能的传输,用于电子织物中的功率传输功能。
通过导电纤维材料,电能可以在织物之间传输,为电子设备提供能量支持,避免了传统电线布线的繁琐,实现了电子织物的便携性和灵活性。
4. 生物医疗:导电纤维材料可以用于制作生物医疗材料,例如导电纤维织物可以用于制作健康监测产品,实现对人体健康状态的实时监测。
此外,导电纤维材料还可以用于制作电刺激材料,用于神经刺激和组织修复等医疗应用。
5. 防护功能:导电纤维材料可以用于制作防护服装和防护织物,例如防静电服、防火织物等。
导电纤维材料的导电特性可以有效地防止静电积聚和电火花的产生,保护人体和周围环境的安全。
三、导电纤维材料在电子织物中的挑战与展望尽管导电纤维材料在电子织物中的应用前景广阔,但仍面临一些挑战。
2024年导电纤维市场前景分析引言随着科技的发展和人们对智能化产品的需求不断增加,导电纤维作为一种新型的功能材料,在各个应用领域中得到了广泛的关注。
本文将对导电纤维市场的前景进行详细分析。
导电纤维市场现状当前,导电纤维市场正处于快速发展阶段。
导电纤维的应用领域涵盖了智能穿戴设备、智能家居、医疗器械、汽车电子等多个领域,市场需求不断增加。
导电纤维具有高导电性能、柔软性以及可洗涤等特点,能够满足人们对功能性和舒适性的需求。
导电纤维市场的优势1. 技术先进性导电纤维的研发和生产技术不断突破,新的导电纤维材料和制造方法不断涌现。
这些技术的进步不仅提高了导电纤维的导电性能,还改善了其耐久性和柔软性,使其能够更好地适应各种应用场景。
2. 应用范围广泛导电纤维可以在各个领域中找到应用,如智能穿戴设备领域中的智能手环、智能手表等;智能家居领域中的智能床垫、智能衣物等;医疗器械领域中的医疗服装和健康监测设备等。
导电纤维的多样化应用使得市场潜力巨大。
3. 市场需求旺盛随着生活水平的提高和人们对舒适性和智能化产品的需求增加,导电纤维的市场需求将会呈现出快速增长的趋势。
导电纤维的应用不仅可以提高产品的功能性,同时也提升了产品的附加值和市场竞争力。
导电纤维市场存在的挑战尽管导电纤维市场前景广阔,但也面临一些挑战:1. 成本较高导电纤维的制造成本较高,这使得导电纤维产品的价格相对较高。
这可能限制了部分消费者对导电纤维产品的购买意愿。
2. 技术壁垒导电纤维的研发和生产需要一定的技术储备和专业知识,这对于中小企业而言可能是一项挑战。
技术壁垒可能导致市场上优质导电纤维产品的稀缺性。
导电纤维市场发展趋势随着技术的不断进步和市场的不断成熟,导电纤维市场将呈现以下发展趋势:1. 降低成本随着制造技术的发展和规模效应的逐步显现,导电纤维的制造成本将逐渐降低,使得导电纤维产品更加普及。
2. 材料创新新型导电纤维材料的研发将推动市场的进一步发展。
导电纤维研究报告导电纤维是一种将导电材料组织在纺织纤维中的新型材料。
近年来,随着人们对智能材料和可穿戴设备的需求不断增加,导电纤维得到了广泛的应用和研究。
本报告就导电纤维的研究进行了综述。
首先,导电纤维的制备方法有多种,常见的方法有溶胶-凝胶法、湿法旋涂、电化学沉积等。
其中,溶胶-凝胶法是最常用的方法之一。
该方法通过溶胶中的聚合物形成纤维状结构,再通过凝胶法固化聚合物,最后将导电材料注入纤维内。
这种方法制备的导电纤维具有良好的导电性能和柔韧性。
其次,导电纤维的导电机理主要有两种,一种是直接导电机制,即导电材料成为纤维中的导电体;另一种是间接导电机制,即导电材料形成导电层覆盖在纤维表面。
直接导电机制的导电纤维具有更好的导电性能和耐久性,但制备难度较大。
导电纤维的应用非常广泛。
在智能材料领域,导电纤维可用于制作智能衣物、智能家居等,以实现舒适度、健康和安全等方面的提升。
在电子设备领域,导电纤维可用于制作电子器件、传感器等,以实现更加便携和灵活的电子设备。
在医疗领域,导电纤维可用于制作医疗敷料、人工皮肤等,以实现更加精确和高效的医疗治疗。
然而,导电纤维的研究仍存在一些问题和挑战。
首先,导电纤维的导电性能和柔韧性之间存在一定的矛盾。
目前,导电纤维的柔韧性仍然有待提升。
其次,导电纤维的制备成本较高,需要进一步降低制备成本,提高制备效率。
再者,导电纤维的稳定性和耐用性亦是一个挑战,尤其是在实际应用中经过长时间的使用后。
综上所述,导电纤维是一种新兴的智能材料,具有广阔的应用前景。
然而,导电纤维的研究仍面临一些挑战,需要在导电性能、柔韧性、制备成本和稳定性等方面进行深入研究和改进。
相信随着技术的不断进步,导电纤维将会在各个领域得到更加广泛的应用。
2023年导电纤维行业市场前景分析导电纤维是指具有导电性能的纤维。
导电纤维是当前发展迅速的一种高新材料,在现代工业和科学技术中的应用越来越广泛。
目前,主要应用于电子器件、纺织输送带、静电控制、医疗敷料、智能纺织品等领域,具有广阔的市场前景。
本文将分析导电纤维行业市场前景。
一、市场背景随着电子器件技术的发展及电子产品的普及,导电材料和导电配件的需求不断增加。
在现代科技中,电子产品相当重要,导电行业材料的需求也逐渐增加。
目前,全球市场上的导电材料主要是金属导体,但由于其金属质地较重,不能在轻量化、薄型化方面发挥作用。
而导电纤维相对较轻,在轻便、柔软、灵活性方面有着优越性,成为21世纪新型导电材料的主流。
同时,随着科技领域的不断发展,导电纤维的应用范围不断扩大,市场前景也越来越广阔。
二、市场前景1.电子产品市场:导电纤维的优越性在电子产品中得到体现,常见的应用领域如智能手机、平板电脑、电子表格、智能手表等,随着这些电子产品的普及,在未来市场需求将不断上升。
2.纺织产品市场:导电纤维可以与各种纺织品混纺或相互编织,可制成导电面料、防静电纱、智能纺织品等,具有广泛的市场需求。
3.医疗行业:导电纤维制成的医疗敷料具有电生物学特性和良好的导电性,可以起到促进伤口愈合和预防其他并发症的作用,将在未来市场需求将会持续上升。
4.环境维护:导电纤维可以避免静电现象的产生,成为生产工艺优化的重要材料,在电子半导体行业和特别是火险工程方面,也有广泛的市场前景。
三、市场发展趋势1.导电纤维领域的技术不断更新:导电纤维材料的制备、性能调控、功能化等技术不断更新升级,成为导电纤维市场快速发展的推动力。
2.导电材料需求不断增加:随着电子产品的不断涌现和市场需求的扩大,导电纤维等导电材料的需求也将不断增加。
3.智能纺织品市场不断扩大:智能纺织品是导电纤维应用最典型的领域,在未来将会出现更多的智能穿戴设备和智能家居设备。
综上所述,随着技术和市场需求的不断发展,导电纤维行业市场前景十分广阔。
2024年导电纤维市场分析现状1. 简介导电纤维是一种具有导电性能的纤维材料,能够传导电流。
导电纤维的市场需求日益增长,应用领域广泛,包括电子设备、智能家居、医疗保健等。
本文将分析导电纤维市场的现状,并展望未来发展趋势。
2. 市场规模导电纤维市场规模不断扩大,预计在未来几年内将保持持续增长。
据市场研究公司的数据显示,2019年导电纤维市场规模达到X亿美元,预计到2025年将达到Y 亿美元。
3. 应用领域3.1 电子设备导电纤维在电子设备领域有广泛应用。
随着电子设备的智能化和小型化趋势,导电纤维的需求也随之增长。
导电纤维可以用于制作柔性电子产品,如柔性电路板和可穿戴设备等。
此外,导电纤维还可以用于电子元件的连接和屏蔽。
3.2 智能家居随着智能家居市场的快速发展,导电纤维在智能家居领域的应用也逐渐增多。
导电纤维可以用于制作智能家居设备的触摸屏、触摸开关等,提供更便捷的操作方式。
3.3 医疗保健导电纤维在医疗保健领域有很大的应用潜力。
导电纤维可以制作医疗传感器,用于监测人体各项生理指标,并将数据传输给医疗设备,实现远程监护。
此外,导电纤维还可以制作具有治疗效果的医疗产品,如导电纤维绷带等。
4. 市场发展趋势4.1 技术创新导电纤维市场的发展受到技术创新的推动。
目前,导电纤维的研发方向主要包括材料性能的改良、制备工艺的优化和新型导电纤维的开发等。
随着技术的不断进步,导电纤维的导电性能将不断提高,应用范围将更加广泛。
4.2 新兴应用随着科技的进步,导电纤维的新兴应用领域不断涌现。
例如,导电纤维在智能纺织品领域的应用正在快速发展,可以制作具有智能感知功能的服装和织物。
此外,导电纤维在军事领域的应用也有很大的潜力。
4.3 市场竞争导电纤维市场存在激烈的竞争。
目前市场上主要的导电纤维生产商包括公司A、公司B和公司C等。
这些公司竞争激烈,不断推出新产品和技术,以满足市场需求。
5. 结论导电纤维市场在电子设备、智能家居和医疗保健等多个领域有广阔的应用前景。
导电纤维制备现状及其产业发展中面临的问题周㊀烨1,张莲莲1,周金香1,3,章莉莉1,王锡琼1,邹专勇1,2(1.绍兴文理学院纺织服装学院,浙江绍兴312000)(2.浙江纺织服装科技有限公司浙江省新型纺织品研发重点实验室,浙江杭州310009)(3.东华大学纺织学院,上海201620)摘㊀要:首先介绍了导电纤维的导电机理,然后详细阐述了导电纤维的制备现状,分析了基于金属加工方法㊁纺丝加工技术和后处理方法制备的导电纤维的优缺点,最后对导电纤维制备产业发展中面临的问题进行了总结㊂分析结果表明:未来导电纤维制备在关注产业化的同时,也应注意降低生产成本,提高导电纤维导电性能稳定性与持续性,重视导电纤维性能测试与评价体系的构建㊂关键词:导电纤维;机理;制备;发展中图分类号:TS102.528.5㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀㊀㊀文章编号:1001⁃2044(2016)05⁃0001⁃04PreparationprogressofconductivefiberandproblemsinitsindustrialdevelopmentZHOUYe1,ZHANGLianlian1,ZHOUJinxiang1,3,ZHANGLili1,WANGXiqiong1,ZOUZhuanyong1,2(1.CollegeofTextiles&Fashion,ShaoxingUniversity,Shaoxing312000,China)(2.ZhejiangProvinceNewTextileResearch&DevelopmentKeyLaboratory,ZhejiangTextile&GarmentScience&TechnologyCo.,Ltd.,Hangzhou310009,China)(3.CollegeofTextiles,DonghuaUniversity,Shanghai201620,China)Abstract:Theconductivemechanismofconductivefiberisintroduced,andpreparationprogressofconductivefiberiselaborated.Theadvantageanddisadvantageofdifferentpreparationmethodsareanalyzed,andtheproblemsindevelopmentofconductivefiberindustryareconcluded.Theresultsshowthatthefutureofconductivefiberindustryshouldfocusonitsindustrializationwithreducedtheproductioncostandimprovedstabilityandsustainabilityofconductivefiberandpayattentiontoestablishatestingandevaluatingsystemforconductivefiber.Keywords:conductivefiber;mechanism;preparation;development为防止静电和电磁波干扰,人们已开发出各种抗静电和电磁屏蔽材料㊂导电纤维作为抗静电和电磁屏蔽的优良材料,其抗静电效果显著㊁持久,且不受环境温湿度的影响[1]㊂本文基于导电纤维的导电机理,详细探讨了导电纤维的制备现状,分析了导电纤维制备产业发展中面临的问题,为未来导电纤维产品开发与产业健康发展提供参考㊂1㊀导电纤维导电机理导电纤维一般指在标准状态下(温度为20ħ,相对湿度为65%的环境)比电阻小于108Ω/cm的纤维㊂导电纤维可以通过在聚合物中引入金属㊁金属化合物或石墨材料获得导电性能;也可通过形成π共轭高分子使其具有导电特性㊂对于不同类别的导电纤维,其导电机理有所不同㊂例如:将金属进行拉伸或切削可收稿日期:2015-07-24基金项目:浙江省公益技术应用研究计划项目(2015C33039);地方高校国家级大学生创新创业训练计划项目(201310349012);绍兴市大学生科技创新项目(绍市教高[2014]136号)作者简介:周烨(1993-),女,本科在读,主要从事功能性纤维材料设计与开发㊂通信作者:邹专勇㊂E-mail:zouzhy@usx.edu.cn㊂直接获得金属导电纤维;也可将金属或金属化合物通过直接涂覆或化学反应的方法与普通纤维结合开发导电纤维,利用金属导体内部存在的大量可自由移动的电子,在电场力的作用下定向移动而形成电流,提高纤维的导电能力;在普通纤维中掺杂炭黑粒子,石墨具有六面体结构单元,在一片石墨层结构的两侧有类似金属的电子气存在,形成大量的载流子,从而提高纤维导电能力;将具有π共轭高分子特征的高聚物(如聚乙炔㊁聚苯胺㊁聚吡咯㊁聚噻吩等)通过直接纺丝或后处理法也可获得导电纤维,如聚苯胺利用导电载流子,即极化子使纤维具有导电能力㊂2㊀导电纤维制备方法及发展现状2.1㊀金属加工法利用金属的导电性能,通过一定加工手段可制得金属导电纤维㊂常用金属有不锈钢㊁铜㊁铝㊁金㊁银等㊂目前主要生产方法有熔抽法㊁切削法㊁拉伸法等㊂熔抽法是由熔融金属直接制取纤维,得到连续长纤维,但其工艺的调控及冷却方式远比合成纤维复杂;切削法是将金属基材切削加工成金属纤维,一般用于短纤维的制造;拉伸法是将金属通过塑性加工拉成线密度很小DOI:10.16549/ki.issn.1001-2044.2016.05.001的纤维,纤维直径均匀,连续性好,但成本高,不能产生细纤维[2-4]㊂金属加工法制取的导电纤维存在如下优缺点:(1)导电性最好,电阻率低;(2)纤维手感较差,抱合困难,常通过混纺改善其可纺性,但工艺控制仍存在技术难题;(3)后加工过程中,含金属纤维织物表面易产生折痕㊁断丝现象,且不易染色,影响织物外观㊂因此,纺织品中金属纤维的添加比例一般较低,否则将极大地影响面料的手感㊁悬垂性与服用舒适性,应用受到限制㊂2.2㊀纺丝加工法将导电高聚物(如聚乙炔㊁聚苯胺㊁聚吡咯㊁聚噻吩等)直接纺丝或将导电高聚物㊁导电粒子(主要为碳黑或金属化合物)与基质聚合物复合纺丝制成导电纤维㊂Alejandro等人[5]用浓硫酸作溶剂,水作凝固剂,制得聚苯胺导电纤维㊂Epstein等人[6]从浓硫酸溶液中直接纺制出聚苯胺纤维㊂Mattes[7]用N-甲基吡咯烷酮(NMP)作溶剂,水作凝固浴,四氢吡咯等作为凝胶抑制剂,制备聚苯胺纤维㊂但聚苯胺纤维的物理机械性能较差,再者利用导电高聚物制备的导电纤维存在纤维长度短㊁可纺性差等问题,难以大量应用于服用面料㊂因此,将导电高聚物添加到普通成纤聚合物中可改善纤维的导电能力,同时提高纤维的可纺性㊂潘伟等人[8]利用腈纶湿法成型技术,将十二烷基苯磺酸掺杂的聚苯胺与聚丙烯腈共混制备了聚苯胺/聚丙烯腈导电纤维,该纤维具有良好的力学及导电性能,电导率可达10-3S/cm㊂刘小波等人[9]将导电炭黑与热塑性聚氨酯混合,经过熔融纺丝制得炭黑/聚氨酯导电纤维,该纤维不仅具有良好的导电性能,而且力学性能可满足纺织要求;周建平等人[10]将细小的竹炭颗粒(直径500nm以下)加入涤纶熔体中,共混制得竹炭导电纤维,该纤维较一般炭黑导电纤维的吸湿性好㊂炭黑添加型导电纤维外观颜色较深㊁不易染色,其纺织品颜色单一,开发白色可染导电纤维是未来重要的研究方向㊂例如,王少伟等人[11]通过使用(NaPO3)6对TiO2进行表面活性处理,与聚酰胺(PA)混合后,制备了一种白色的TiO2/PA导电纤维,弥补了碳黑类导电材料因颜色影响产品外观的缺陷㊂凯泰特种纤维材料有限公司采用金属氧化物作为导电介质,开发一种白色可染的导电纤维,纤维既具有良好导电性能,又具有可染性,具有广泛的应用前景㊂2.3㊀后处理2.3.1㊀物理方法将导电粒子(金属㊁炭黑等)或金属化合物利用物理方法,如涂覆㊁黏合等可制备导电纤维㊂早期有报道,德国一家公司将导电炭黑涂覆在普通纤维上从而开发出电阻率较低的碳黑有机导电纤维[12]㊂但由于导电物质是黏合在纤维表面,炭黑易剥落且手感不良㊂金欣等人[13]将导电碳黑分散在聚酯纤维溶剂中制成涂覆液,在一定卷绕速度下,将涂覆液均匀地涂覆在聚酯纤维表面,制备出聚酯导电纤维㊂与传统涂覆型导电纤维相比,这种纤维具有较好的导电持久性,体积比电阻可达9.2Ω㊃cm㊂还有一种方法是通过黏合剂将导电粒子黏合在普通纤维上[1]㊂利用金属化合物制造导电纤维的方法与使用导电粒子制备导电纤维的方法类似,即化合物采用溅射镀(真空镀的一种)的方法将金属覆盖在普通纤维表面,该方法可以得到薄且均匀的镀层,但需用设备规模大,且用于溅射镀层的金属类型少,对纤维损伤大㊂通过该物理途径获得的导电纤维因导电层在纤维表面,纤维的导电性能不如金属纤维和复合纺丝纤维;同时纤维的染色性能可能会受到影响;纤维手感比较差㊁抱合困难㊁可纺性差,且在后期织造㊁使用过程中不可避免的摩擦会使导电层脱落,这将限制该类导电纤维的推广使用㊂2.3.2㊀化学方法将普通化学纤维炭化或将导电高分子㊁金属离子通过化学方法如化学沉降㊁络合等方法制备导电纤维㊂纤维(如聚丙烯腈纤维㊁纤维素纤维㊁沥青系纤维等)经炭化处理后,纤维的主链由碳原子组成,具有优良的导电能力㊂通常采用丙烯腈纤维的低温炭化处理法来制造导电纤维㊂将普通纤维浸渍到金属盐溶液中,加入适当的还原剂将金属沉积到普通纤维表面㊂崔旭等人[14]将锦纶纤维放入银化学沉积液中,加入还原剂,在纤维表面沉积金属银,因锦纶的表面有极性基团,锦纶与银沉积层之间抱合性好,制成的导电纤维导电性良好㊁沉积层致密㊁均匀㊁连续,最小表面电阻为0.14Ω/cm㊂焦红娟等人[15]对短切聚酯纤维进行化学镀银,该镀银纤维的体积电阻率可达3.35ˑ10-3Ω㊃cm㊂阮芳涛等人[16]先将聚酯纤维浸泡在氢氧化钠溶液中进行碱减量处理,再将处理后的聚酯纤维放到吡咯溶液中进行聚合,制得聚吡咯/聚酯(PPy/PET)导电纤维,纤维导电层均匀度与基体间的黏结力都较高,导电性能好㊂一般而言,与后处理的物理方法制备导电纤维相比,利用化学方法制备导电纤维的优点在于导电层与纤维间结合紧密,纤维导电能力持久㊂2.3.3㊀物理化学方法物理化学方法制备导电纤维是将普通纤维浸渍在溶液中,纤维分子与溶液产生吸附或络合,然后通过化学反应使导电物质固化在纤维上,产生导电性㊂通过物理与化学方法,导电层与普通纤维紧密结合,纤维的导电性能十分优良㊂例如,陈亚东等人[17]将腈纶短纤放入铜化合物溶液中,加入一定的硫化还原剂,制得聚丙烯腈-铜硫化物导电纤维,这类导电纤维的导电性能良好,物理机械性能与普通腈纶纤维相仿;石娟等人[18]利用铜化合物与桑蚕丝中的极性氨基酸发生络合反应,在纤维表面形成硫化铜晶体,得到具有良好导电性能和力学性能的导电真丝纤维㊂导电高聚物在普通溶剂中溶解性很差,可供选择的溶剂极少,因此在实际生产中有很大的限制㊂通过原位聚合法(也称现场吸附聚合法)将导电高分子制备成导电纤维,先利用物理吸附将导电高聚物加入到分散相(普通非导电纤维)中,然后加入氧化剂和掺杂剂,使聚合物沉积在纤维表面㊂该工艺条件容易控制,制备的纤维不仅具有较好的导电性能,还能较好保持基质纤维的物理机械性能;同时生成的导电高分子附着在基质纤维的表面,导电层的牢度较好㊂张鸿等人[19]以聚丙烯纤维为基质纤维,将其置于苯胺溶液中一定时间,再将含有苯胺单体的纤维置于过硫酸胺的盐酸溶液中,在一定温度条件下制得聚苯胺/聚丙烯导电纤维㊂这种纤维表面覆盖较致密的墨绿色聚苯胺膜,具有较好的导电性能㊂孙东豪[20]在常压㊁温度为15ħ的实验条件下,将丝素浸泡在吡咯水溶液中,加入三氯化铁为掺杂剂制备导电纤维,获得的聚吡咯/丝素导电纤维表面电阻为103Ω/cm,该方法具有经济㊁简便和对环境污染小的优点㊂刘皓等人[21]将维尼纶浸泡在苯胺的盐酸溶液中一定时间后,加入过硫酸铵的盐酸溶液,制得聚苯胺/维尼纶导电复合纤维㊂该导电复合纤维具有较好的导电性及力学性能,并在空气中具有很高的稳定性,其电导率可达10-2S/cm㊂3㊀导电纤维制备与性能评价中面临的问题3.1㊀导电纤维制备存在的问题导电纤维应用范围广阔,可将导电纤维制成抗静电工作服㊁电磁波吸收罩㊁柔性传感器等㊂因此,市场上对导电纤维及导电纤维纺织品的需求日益增大,迫切需要实现导电纤维的产业化㊂但目前导电纤维的制备还存在如下问题:(1)基于金属加工技术制成的导电纤维纺织性能差,应用不广泛,且生产超细金属纤维的成本高;(2)导电纤维纺丝的合成工艺复杂,其制造成本昂贵;(3)利用纺丝加工技术将导电物质与普通高聚物共混或复合纺丝制成的导电纤维在生产㊁应用方面较为广泛,但其在导电物质与基质物质添加比例的控制上较困难;(4)利用后处理的加工技术制备的导电纤维导电粒子附着在纤维表面,在后期加工㊁使用过程中易脱落,且导电性也较其他方法制备的导电纤维差[22]㊂因此导电纤维制备总体存在产量低㊁质量不稳定㊁导电稳定性差㊁可纺性不高及价格昂贵等问题㊂未来应更多关注低成本㊁永久性抗静电纤维的开发,注重改善纤维可纺性,做好从导电纤维到后道纺织品开发的产业链衔接㊂3.2㊀导电纤维导电性能评价存在的问题通常用比电阻来表征非导电化学短纤的导电性能,比电阻可分为体积比电阻(Ω㊃cm)㊁质量比电阻(Ω㊃g/cm2)和表面比电阻(Ω/cm)㊂而导电纤维导电性能评价除了比电阻,还有电导率(S/cm)㊂目前,常用YG321型纤维比电阻仪测定非导电化学短纤的比电阻,量程为106 1013Ω,而导电化学纤维的电阻小于这种仪器的测量下限,因此原来的纤维比电阻仪不适用于导电纤维[22],急需开发一种通用的电阻测试仪来测量纤维比电阻㊂此外,测试电阻的方法会影响电阻值,从而影响纤维导电能力的评价㊂王良才[23]采用二电极法㊁三电极法㊁四电极法3种不同的方法来测试腈纶导电纤维㊁涤纶导电纤维㊁涤腈混纺导电纤维的比电阻,测试结果存在较大差值㊂因此需要增加一种新的既简单易操作又可提高精确度的纤维比电阻测试方法㊂导电纤维的相关标准也存在缺陷㊂GB/T14342 1993‘合成短纤维比电阻的试验方法“只适用于聚酯(涤纶)㊁聚酰胺(锦纶)㊁聚丙烯腈(腈纶)㊁聚丙烯(丙纶)和聚乙烯醇缩甲醛(维纶)等,并不适用于所有导电纤维,如导电锦纶6短纤维的导电性能测试是按照GB/T12703.4 2010‘纺织品静电性能的评定第4部分:电阻率“测试[24]㊂至今没有制定一个系统的㊁通用的导电性能测试方法和评价标准,不利于不同方法开发的导电纤维导电性能的比较㊂4㊀结㊀语从目前国内外导电纤维制备的情况来看,导电纤维纺丝和纺织工艺不断完善,加工制备途径得到拓展,但部分纤维制备方法仍处于实验室阶段,离产业化还有一段距离,未来在注重导电纤维产业化的同时,应力求降低生产成本,提高导电纤维的各项性能,使其更稳定㊁更优越;同时,应加强导电纤维导电性能测试与评价系统的构建,促进导电纤维的开发与生产,扩大纤维的应用范围,使其在新兴行业中得到更加广泛的应用㊂参考文献:[1]㊀丁长坤,程博闻,任元林,等.导电纤维的发展现状及应用前景[J].纺织科学研究,2006(3):35-39.[2]㊀费逸伟,朱江.金属纤维织物的屏波原理及其研究现状[J].装备环境工程,2009,6(6):50-55.[3]㊀庾莉萍.金属纤维 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200字,包括目的㊁方法㊁结果㊁结论)㊁关键词和所在单位全称,均要求中英文对照,并提供第一作者简介(包括姓名㊁性别㊁出生年份㊁籍贯㊁职称或职务㊁从事的研究工作或研究方向)以及详细的通讯地址和有效联络方式㊂基金项目应注明项目名称及编号㊂(3)稿件中应尽量避免繁杂的数学理论公式推导㊂(4)参考文献应详细列出作者名㊁题名㊁书/刊名㊁出版年份㊁卷期号㊁起止页码㊂图书应有出版者及出版地,报纸㊁网页还要注明年月日㊁版次㊁网址㊂作者投稿时请自留底稿,本刊一般不退稿,稿件初审结果会在一个月左右答复㊂。
第1篇随着科技的飞速发展,新型材料层出不穷,导电纤维作为其中的一员,以其独特的性能和广泛的应用前景,引起了我的极大兴趣。
在深入了解导电纤维的过程中,我对其有了更为深刻的认识,以下是我对导电纤维的一些感悟心得体会。
一、导电纤维的神奇性能导电纤维,顾名思义,是一种具有导电性能的纤维材料。
这种材料在纤维表面均匀地分布着导电粒子,使得纤维具有良好的导电性。
导电纤维的神奇性能主要体现在以下几个方面:1. 导电性:导电纤维的导电性主要取决于纤维表面导电粒子的种类、分布和含量。
通过调整这些因素,可以实现对导电性能的精确控制。
这使得导电纤维在电子、光电子等领域具有广泛的应用前景。
2. 轻便性:与传统的导电材料相比,导电纤维具有轻便、柔韧的特点。
这使得导电纤维在穿戴设备、柔性电路等领域具有独特的优势。
3. 可加工性:导电纤维可以加工成各种形状和尺寸,如丝、线、布等,满足不同应用场景的需求。
4. 耐腐蚀性:导电纤维具有良好的耐腐蚀性,能够在恶劣环境下保持稳定的导电性能。
二、导电纤维的应用领域导电纤维凭借其独特的性能,在多个领域得到了广泛应用,以下列举几个典型应用:1. 电子领域:导电纤维可用于制造柔性电路板、导电布、导电线等,广泛应用于电子设备、穿戴设备、智能家电等领域。
2. 光电子领域:导电纤维可用于制造太阳能电池、光通信器件等,提高光电子产品的性能和稳定性。
3. 医疗领域:导电纤维可用于制造生物传感器、电极等,实现对生物信号的检测和调控。
4. 航空航天领域:导电纤维可用于制造航空航天器上的导电部件,提高飞行器的性能和安全性。
5. 汽车领域:导电纤维可用于制造汽车内饰、车身等,提高汽车的舒适性和安全性。
三、导电纤维的发展前景随着科技的不断进步,导电纤维的应用领域将不断拓展,以下是导电纤维发展的几个趋势:1. 高性能导电纤维:通过优化导电粒子种类、分布和含量,提高导电纤维的导电性能,以满足更高性能应用需求。
2. 柔性导电纤维:开发具有更高柔韧性和导电性能的柔性导电纤维,拓展其在穿戴设备、柔性电路等领域的应用。
新型导电纤维材料在智能穿戴中的应用近年来,随着科技的快速发展和人们生活水平的提高,智能穿戴设备已成为时尚潮流的一部分。
智能手表、智能眼镜、智能运动手环等智能穿戴设备正在改变人们的生活方式和行为习惯。
作为智能穿戴设备的重要组成部分,新型导电纤维材料在其应用中发挥着关键作用。
本文将探讨新型导电纤维材料在智能穿戴中的应用,以及其所带来的创新和便利。
首先,让我们了解一下什么是导电纤维材料。
导电纤维材料是一种具有导电功能的纤维材料,它能够传输电流和数据信号。
与传统的导电金属相比,导电纤维材料具有柔软、轻便、透明等特点,更适合应用于智能穿戴设备。
导电纤维材料的应用领域包括智能服装、智能体育用品、智能医疗器械等。
接下来,我们将重点讨论导电纤维材料在智能穿戴设备中的应用。
一、导电纤维材料在智能手表中的应用智能手表作为目前最受欢迎的智能穿戴设备之一,导电纤维材料在其应用中发挥着重要作用。
首先,导电纤维材料可以用于智能手表的表带制作,使得手表具备了传输电流和数据信号的功能。
这使得智能手表可以实现更多的功能,如心率监测、血压检测、运动追踪等。
其次,导电纤维材料制成的表带柔软舒适,更加贴合手腕,提高了佩戴舒适度。
二、导电纤维材料在智能眼镜中的应用智能眼镜是近年来新兴的智能穿戴设备,导电纤维材料在其应用中也起到了关键作用。
首先,导电纤维材料可以用于智能眼镜的导电线路和传感器部分,实现眼镜的智能化功能。
通过导电纤维材料,智能眼镜可以接收和传输数据信号,实现语音控制、智能导航等功能。
其次,导电纤维材料制成的眼镜鼻托可以感应人体温度、湿度等信息,提供更加舒适的佩戴体验。
三、导电纤维材料在智能运动手环中的应用智能运动手环作为健康追踪和运动记录的重要工具,导电纤维材料在其应用中可以发挥出色的作用。
首先,导电纤维材料可以用于手环的感应器制作,通过感应人体各项数据,如心率、步数等,实现数据的采集和传输。
其次,导电纤维材料制成的手环材料柔软、轻便,不会对佩戴者的皮肤造成不适,提高了佩戴的舒适度和可持续性。
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)03-0032-091 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另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。
金属系导电纤维的导电性能接近于纯金属,是导电性能最好的一种纤维,其体积比电阻只有10-4~10-5Ψ·c m,用但纤维的手感比较差,抱合困难,纤维的混纺不能匀化,因而限制了它的进一步推广和使用。
另外,喷涂法和沉降法制得的导电纤维牢度一般,目前民用的导电纤维生产大都不采用这两种方法。
2.2 碳黑系导电纤维利用碳黑的导电性能来制造导电纤维,这是一种比较古老而普遍的方法。
该方法可分为以下三类:(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法,既不影响纤维原有的物理性能,又使纤维具有了导电性。
(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将碳黑粘合在纤维表面,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均匀分布。
(3)纤维炭化处理有些纤维,如聚丙烯腈纤维、纤维素纤维、沥青系纤维等,经炭化处理后,纤维的主链主要为碳原子,从而使纤维具有导电能力。
采用较多的方法,还是丙烯腈系纤维的低温炭化处理法。
2.3 导电高分子型纤维高分子材料通常被认为是绝缘体,而上世纪70年代聚乙炔导电材料的研制成功却打破了这种传统观念。
之后,又相继诞生了聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等高分子导电物质,人们对高分子材料导电性能的研究也越来越广泛。
利用导电高聚物制备导电纤维,主要方法有以下两种:(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。
这里聚苯胺的制备,是苯胺在酸性介质下,用氧化剂(如过硫酸胺)氧化聚合的。
采用的溶剂有N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、LiCl NMP、N,N′-二甲基丙脲(DMPU)或浓H2SO4,日本已有这种产品。
聚苯胺的合成机理比较复杂,目前尚不十分明确,且聚苯胺的导电性能与其他物质的掺杂很有关系,如中性的聚苯胺是绝缘体,掺杂质子酸后即能导电,目前这方面的研究仍在进展中。
由于聚苯胺纺丝的溶剂都是非常用的有机溶剂,目前已有专门的研究,以解决普通溶剂的可溶性问题,采用的办法有:①质子酸掺杂;②结构修饰;③聚苯胺复合衍生物;④聚苯胺胶体微粒。
(2)后处理法后处理法主要是在普通纤维表面进行化学反应,使导电性高分子吸附在纤维表面,从而使普通纤维具有导电性能,这里以聚苯胺为例介绍合成方法。
如前所述,聚苯胺的聚合机理十分复杂,其导电性与掺杂剂很有关系。
杭州蓝孔雀化学纤维股份有限公司王雪亮[2]曾对表面反应进行了专门的研究,发现当使用掺杂剂不同、介质不同,甚至当使用纤维的品种不同时,得到的结果经常是大相径庭。
一般而言,聚苯胺较易沉积在极性纤维的表面,首先为PAN纤维,其次为PA纤维;而PET纤维必须进行预处理,在增强表面极性的基础上才能使聚苯胺沉淀在表面。
令人费解的是,纤维素纤维表面无法沉积上聚苯胺。
有文献解释为:含氮元素物质的存在有利于聚苯胺的沉积,同时含氮物342006年第3期质也是很好的掺杂剂。
这类导电纤维的制备方法,是先将普通纤维在苯胺酸性介质中浸渍,为了使苯胺往纤维内部渗透,可加热或加入纤维的溶胀剂,并加入含铜离子的催化剂;经浸渍后的纤维,再浸入到氧化剂溶液中,纤维表面的苯胺能快速聚合,纤维的颜色立即由褐色变成浅绿色,进而变成墨绿色,导电性能亦以墨绿色纤维为最好。
如果苯胺中不加酸性物质,纤维表面经氧化处理后,颜色为褐色或古铜色,导电能力较差,甚至无导电能力。
后处理方法的另一种类似方法是蒸气法。
利用苯胺的挥发性,先将纤维或织物在含铜离子溶液中浸泡,然后在苯胺蒸气和浓HCl气氛中放置,纤维表面能吸附上苯胺并发生聚合之后,形成导电层。
由于苯胺的蒸气毒性较大,这种方法(相对前面一种方法)的使用前景较差。
目前已有文献报道,用苯胺衍生物代替苯胺,以便将各类纤维或织物,特别是致密结构或极性较小的纤维制成导电纤维。
虽然这类导电纤维的手感很好,但其导电能力与环境的影响因素很有关系,且导电能力会随着时间的延长而缓慢衰退,这可能亦与掺杂剂与聚苯胺的分离有关。
2.4 金属化合物型导电纤维许多金属化合物都具有很好的导电性能,利用它们来生产导电纤维目前已成为一种时尚。
这些金属化合物一般都含有铜、银、镍和铬的硫化物或碘化物,而使用最多的是铜的硫化物和碘化物。
硫化铜、硫化亚铜和碘化亚铜都是很好的导电性物质,利用这类导电化合物制备导电纤维时,共有三种方法。
(1)混合纺丝法这种方法与前述的碳黑方法一样,是将导电性物质与成纤高聚物混合,再纺丝成皮芯层结构。
这种方法适合用于加工各类合成纤维,如可将CuI、表面涂有TiO2的SnO2等导电性物质,与改性PE T混合作为“芯层纺丝”。
(2)吸附法这里的吸附法有两种机理,一种是常规吸附,与前述的碳黑吸附类似,可以通过粘合剂将导电化合物与纤维表面粘合。
纤维可以是强极性的,也可以是弱极性的,或是致密结构的,如PE T。
另一种是通过金属离子与纤维络合吸附,特别是含氮的纤维,如PAN。
被吸附的化合物有CuS、CuI 等,具体处理方法有高温煮染法,如将含氮的纤维在高压、110℃蒸气处理后,再涂上CuS,得到的纤维体积比电阻达到1×101Ψ·cm;或者将纤维直接在CuS溶液中高温高压共煮,由于CuS在水中的溶解度很低,必须加入纤维的溶胀剂、掺杂剂,这样就能得到导电性能较好的导电纤维。
由于导电性物质与纤维之间以络合形式结合,故导电层的牢度较好。
(3)化学反应法这种方法主要通过化学处理,即通过反应液的浸渍,在纤维表面产生吸附,然后通过化学反应使金属化合物覆盖在纤维表面。
在目前的文献中,这种方法使用的较多。
在20世纪80年代,日本就研制成这类导电纤维。
有人还专门对导电成分及导电机理进行了研究,如日本研制的Cu9S5导电腈纶,是先将腈纶在含铜离子溶液中处理,然后在还原剂中处理,纤维上的Cu2+变成Cu+与—C N 络合,进一步形成Cu9S5的导电性物质,体积比电阻达到8.2×10-1Ψ·cm。
由于这些导电物质在纤维结构上形成了网络,故导电性能很好。
PAN纤维上的—C N基能与Cu+产生络合,使纤维具有导电性;而对于无—CN基的其他纤维,导电物质就无法与纤维发生络合,因此影响了纤维对金属化合物的吸附和吸附牢度,故无法制得导电性能优良的纤维。
目前已有文献报道,用PET、PA制得的导电纤维,其比电阻也能达到PAN导电纤维的水平,其关键是提高铜的硫化物在纤维表面上的吸附。
3 导电纤维的研究进展导电纤维产生于20世纪60年代末期,日本帝人公司、德国B ASF 公司等率先开发了表面涂敷碳黑的有机导电纤维。
此后,以普通合成纤维为基体,通过物理、机械、化学等途径,在纤维表面涂敷固着金属、碳、导电高分子等导电物质的方法出现过许多种。
此类导电纤维可获得较低的电阻率,导电成分都分布在纤维表面,放电效果良好,但缺点是在反复摩擦和洗涤之后,皮层导电物质较易剥落。
目前应用较广的碳黑涂敷型有机导电纤维,电阻通常在103Ψ·cm 。
1975年,美国Du Pont 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Antron Ⅲ。
从此,各大化纤公司纷纷开始对碳黑为导电成分的复合纤维进行研究与开发。
孟山都公司制成并列型Utron 导电纤维;钟纺公司开发了Belltron 锦纶导电纤维;尤尼吉卡公司开发了Megana 导电纤维;可乐丽公司开发了Kuracarbo ;东洋纺公司开发了KE -9导电纤维。
这一时期,碳黑复合型导电纤维得到了广泛的发展,到20世纪80年代末期,日本碳黑复合型导电纤维的年产量达到了200t 。
其复合结构有皮芯结构、单点或多点内切圆结构、三明治式夹心结构、共混结构等。
由于碳黑或金属化合物在复合结构中受到保护,故有良好的耐久性,也是目前应用最广的结构形式。
其差别在于,对碳黑复合纺丝导电纤维有较低的电阻率,对金属化合物复合纺丝导电纤维有较好的品种适应性,但是,由于碳黑复合型导电纤维是以碳黑为导电成分的,因此纤维通常为灰黑色,使应用范围受到限制。