导电纤维及抗辐射整理

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1、导电纤维及防辐射整 理彭志远主要内容n导电纤维n电磁辐射 n防电磁辐射n电磁屏蔽性能测试 n材料的吸波性能测量 n参考文献1 导电纤维n1.1导电纤维的分类及制造方法n导电纤维尚无明确定义，通常把电阻率小于107 cm的 纤维定义为导电纤维。最初的导电纤维是采用直径约为 8m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。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。n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

2、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 1 。n常用导电纤维的制造方法 （1）金属系导电纤维n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416m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

3、制成导电性织物。n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. 410.5cm ,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。n(2) 碳黑系导电纤维n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:掺杂法将碳黑与成纤物质混合后纺丝,碳黑 在纤维中

4、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。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。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。n（3）导电高分子型纤维n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

5、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,主要方法有导电高分子材料的直 接纺丝法和后处理法两种。n（4）金属化合物型导电纤维n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：混合纺丝法、吸附法、化学 反应法2。n1.2导电纤维的研究进展2n导电纤维产

6、生于20世纪60年代末期,日本帝人公司、德国 BASF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 103cm。n1975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。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

7、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 KE29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。n20世纪80年代,人们开始了导电纤维的“白色化”研究。白 色导电纤维是以金属或半导体为导电物质、与高聚物进 行复合纺丝的,所得纤维的颜色比黑色导电纤维浅,故而 得名“白色导电纤维”。如Rhonepoulence公司利用化学反 应制成CuS导电层的Rhodiastat导电纤维;钟纺公司制成 SnO2导电的Belltron632、Belltron638 ;

8、尤尼吉卡公司开发 了Megana。帝人公司以碘化亚铜为导电体,开发了T225 白色导电涤纶纤维。东洋纺公司运用复合纺丝技术,生产 了“Emina2W”。该纤维是以100 %金属为芯,以涤纶为皮, 据称为首次使用具有不同粘度的金属与涤纶丝进行复合 纺,也是第一种用涤纶包100 %金属芯的长丝产品。 “Emina2W”主要用于工作服,另外还用于外套、运动服、 座垫、床单、窗帘等服装和装饰织物。n1989年,美国的R1V1Gregory以锦纶或涤纶为基质,采用“ 现场”吸附聚合法,使苯胺在基质纤维表面发生氧化聚合 反应,聚苯胺均匀地沉积在基质纤维表面,并能有效地渗 入到纤维内部,使纤维导电性能持久良

9、好。“现场”聚合法 制备导电纤维,既可赋予纤维耐久的导电性,又可较好地 保持基体纤维的物理机械性能,是目前制备导电纤维常用 的一种方法。n在20世纪90年代后,日本的各公司(如钟纺、帝人 、东丽、可乐丽等)都进行了导电纤维系列研究 。东丽公司开发出高白度导电复合纤维;可乐丽 公司开发出由碳黑和热塑性弹性体组成的具有 永久导电性能的合成共扼纤维,还开发了用于军 装和工作服的白色抗静电聚酯长丝纱。ICI公司 的聚酯纤维Epitropic ,采用皮芯结构,以聚对苯二 甲酸乙二酯为皮,对苯二甲酸乙二酯和间苯二酸 酯的共聚物为芯,皮层的熔点比芯层低35,通过 适当的热处理,在不使芯材熔融的条件下使皮层

10、变软,将碳粒子嵌入其中,使碳粒子成为纤维结构 的一部分,广泛用于制作过滤织物,尤其用于干过 滤。钟纺公司开发了夹心结构导电聚酯纤维 Belltron ,以碳为芯,外边两层基质可以是涤纶和 尼龙。n我国从上世纪70年代就开始进行抗静电纤维的开发研究, 在80年代初,上海合成纤维研究所和江苏省纺织研究所双 双取得抗静电锦纶、抗静电涤纶等的小试成果,并通过了 纺织部的技术鉴定。之后,江苏省纺织研究所又开发成功 了含碳黑导电纤维,并进行了小规模工业化生产,而且最 终嵌织制成织物,在无尘衣领域推广应用。中国纺织大学 、华东理工大学等单位研究了添加型抗静电腈纶,山西榆 次化纤厂曾批量生产;中国纺大还用导入

11、金属盐和聚吡咯 的方法制得了导电腈纶。浙江大学、浙江省冶金研究所 与杭州蓝孔雀化纤集团股份有限公司,联合开发了一种镀 复合导电涤纶。它用普通PET作为基体,在其表面镀上一 层聚丙烯腈,再在聚丙烯腈上镀复导电的Cu2S ,制得具有 与普通PET基本相同物理性能的导电纤维。该纤维的导 电性能持久,由其纺成的38支纱的比电阻可小于100cm ;北京服装学院在上世纪80年代初已经开发成功，并已形 成一定生产规模,山东合纤所与华南理工大学采用共混技 术,成功研制了抗静电丙纶。近几年,东华大学采用聚苯 胺为导电剂,使之与尼龙11共混纺丝制得导电尼龙;杭州 蓝孔雀化学纤维股份有限公司则采用后处理方法,制造导

12、 电锦纶。中国纺织科学研究院等也进行了抗静电涤纶的 研究和开发,但未形成规模化生产。n在2006年时,国产导电纤维的研究还处于起 步阶段,全国共有三家单位在生产经销含碳 黑导电纤维(包括锦、涤纶短纤和长丝)。 它们分别是:a.深圳新纶公司(原属中国化 纤总公司); b.无锡江苏省纺织研究所,自80 年代沿续生产至今,规模扩大不多;c.苏州工 业园区新纶公司(原属中国化纤总公司)。 根据批量供货能力和意愿,我国进口导电纤 维主要来自三家公司:a.德国BASF(巴斯夫) 公司的碳黑涂覆型导电锦纶； b.美国 Solutia(首诺)公司的碳黑复合型导电锦纶 66；c.日本钟纺公司碳黑复合型导电锦纶

13、“Belltron”、金属化合物复合型白色导电涤 纶或导电锦纶。n近年来,随着纳米技术的迅速发展,有人已 经研究出纳米导电纤维。它是由纳米铜粒 子催化乙炔聚合产物,经真空相变后制得的 一种微观形态为纤维状的产物,其直径为 200400nm ,且具有较高的导电性。n导电纤维虽然制造成本高,但因其在织物中 的混用比例少,导电效果明显,在民用与产 业用上都有极为广阔的发展前景,在当前我 国差别化纤维的研究开发中理应占据重要 地位n1.3导电纤维的用途及市场前景2n合成纤维在使用过程中易产生静电,对工业生产 和人民生活都会带来危害。随着高科技的发展, 静电危害所造成的后果已不仅仅限于安全问题 。静电放

14、电造成的频谱干扰危害,是在电子、通 信、航空、航天以及一切应用现代电子设备、 仪器的场合,导致设备运转故障、信号丢失、误 码的直接原因之一。在石油、化工、精密机械 、煤矿、食品、医药等行业,均对静电防护有特 殊的要求。因此,采用抗静电导电性织物、薄膜 、薄板等复合材料,或者导电性塑料填料屏蔽电 磁波,防止静电带电、静电效应等,将有利于减少 静电危害。导电纤维广泛应用于纺织品、通用 工程、耐热工程塑料、汽车制造、运动器材、 航空及宇航等方面。 n随着微电子、精密加工、生化制药技术的突飞 猛进,对无尘、净洁车间的要求也越来越高,因而 高质量的无尘、无菌服异军突起。无尘服、无 菌服对面料的要求很高,

15、一般采用涤纶长丝与导 电丝交织而成。这类织物中,导电丝根据要求可 采用0.5cm间距经向条状织入,或经纬向 0.5cm0.5cm方格状织入。该类织物的密度较高, 电荷密度一般要求小于4C/cm,摩擦电压小于 1000V。用这类面料做成的服装,在使用过程中 本身不产生尘埃,同时还要起到将屏蔽内衣中的 微尘散发到外界环境中去的作用。无尘服的种 类较多,一般可分为10级、100级、1000级及 10000级,数值越小,档次越高。n导电纤维可用于电磁波屏蔽和吸附材料。日本 用表面敷铜的导电纤维“桑达纶SS2N”混纺或做 成非织造布,现已大量用于抗静电及电磁波屏蔽 和吸收材料,如用作轮船的电磁波吸收罩等

16、,可防 止雷达信号产生叠影。利用导电纤维对电磁波 的屏蔽性,可用作精密电子元件、电子仪器、高 频焊接机等电磁波屏蔽罩,作为特殊要求房屋的 吸收无线电波的贴墙布,或航空、航天部门的电 磁波屏蔽材料。用化学镀或电镀法制得的导电 布,有较强的屏蔽微波作用,或者再复合一层电磁 波吸收层,即可用于从事雷达、通讯、电视转播 、医疗等工作人员的有效防微波工作服。此外, 若将3 %8 %的碳纤维、金属铜纤维或混有镍 纤维的玻璃纤维,均匀地分散在聚苯乙烯或其它 热固性塑料中,可制成有很好屏蔽电磁波性能的 薄膜,并可改善薄膜的导电性能和机械性能。n由于尼龙BCF地毯的染色性能好,回弹性优良,因此主要用 于高级宾馆、高级轿车及高档办公室内作铺设材料。但 尼龙地毯经摩擦后,很容易起静电,特别是在低湿度情况 下(如空调房内)更易产生静电。如果人体携带静电后,触 摸金属手把,则会感受到强烈的电击作用。另外,人体所 带的静电会对办公室自动化仪器造成干扰,使计算机等出 错或损坏,因此国外大部分在尼龙地毯中加入了导电纤维 。在尼龙BCT地毯中加入导电丝时,可采