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1、导电纤维及其在防静电方面的应用余豪 陈超余熊蕾 宋丹 黄萍摘要：导电纤维作为功能性纤维的主力军已经渐渐打入人们的生产生活中，以其良好的导电性、众多的种类以适应不同应用等特点而被广泛用于防静电纺织品、电磁屏蔽纺织品、传感型材料以及伪装侦察材料。尤其是在日渐成熟的防静电纺织品领域里，但其可纺性、抗化学性等有待提高。关键词：导电纤维，分类，性能特点，应用。生活中常用防静电纺织品除去有害的静电，防静电织物主要用防静电纤维来织做。防静电纤维一般采用导电纤维和抗静电纤维，而抗静电纤维的防静电原理是依靠加抗静电剂来提高其表面的亲水吸湿性从而增加导电性。其自身虽有改善纤维及织物的抗静电性的作用，但由于其抗静电
2、性主要是依靠吸收空气中的水分来实现【1】，因此抗静电效果与环境的湿度密切相关，当环境湿度很低时，其抗静电效果很弱甚至消失，而且相当一部分抗静电纤维耐洗性差，持久性差。相较之下，导电纤维以其不依靠环境且稳定出色的导电性以及优良的耐磨持久性越来越来受到人们的亲睐。 导电纤维是20世纪60年代出现的一种新的纤维品种，它一般指比电阻小于108/（20,65%RH条件下）。最早的导电纤维为美国公司Brunswich公司商名为Brunsmet的不锈钢纤维，这种导电纤维虽然导电性好，但其用来纺丝就有很多缺陷，如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，所以60年代
3、以来，人们不断研究探索新的合适的导电纤维。1974 年美国杜邦公司开发成功一种同心圆状皮芯型复合导电纤维Antron 并进行了工业化生产，1978 年日本东丽公司的海岛型导电腈纶“SA-7”（ LUANA ）开发成功，但由于都是采用碳黑复合纤维，外观发黑限制了其在民用纺织品方面的应用。80 年代开始了导电纤维的白色化研究，日本帝人公司首先研制成功T-25 白色导电涤纶。进入90 年代随着聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等导电高分子聚合物的相继问世，制备导电纤维越来越受到人们的关注【2】，而且导电纤维以其良好的导电性和耐久性，特别是在低湿度下人具有良好的持久抗静电性，在工业、民用等领域有非常广泛的用途。导
4、电纤维发展至今可以分为金属纤维、碳纤维、高分子导电纤维、复合导电纤维【3】。还有一些其他导电纤维。1. 导电纤维的分类与性能1.1 金属纤维金属纤维是出现最早的导电纤维，其中使用最多的金属材料为不锈钢，也有铜，铝，镍等。金属纤维的特点是导电性能好，其电阻率在102-104/cm之间，而且耐热，导热，耐化学腐蚀性，耐磨性好，还具有防辐射，强度高，弹性模量高，具有抗老化，可染成各种颜色等优点。用它开发的织物除了有抗静电性能外，还有独特的记忆性和褶皱效果，并具有特殊的光泽感。加工金属纤维的方法常用的有两种【4】，一种是直接拉丝法，将金属纤维制成直径为416m的纤维，再把金属纤维制成短纤维，用少量的金
5、属纤维与常规纺织纤维进行混纤、混纺及交织。另一种金属喷涂法，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。利用金属纤维泄电或电晕放电作用，有效地散逸电荷，通过金属纤维的电晕放电和泄漏作用消除服装上的静电。由于制成高细度纤维时价格昂贵，成品色泽受到限制。金属纤维目前一般用于电脑防护服，孕妇等防辐射服装上，能有效的屏蔽辐射场。还作为加油站、鞭炮厂、燃气站等易燃易爆场所工作人员的工作服。但是金属纤维的可纺性较差，使用过程中容易折断，自重大，耐洗和耐久性较差 。可在导电性良好的前提下，适量应用金属纤维。1.2 碳纤维 在21世纪被誉为“黑色黄金
6、”的碳纤维是由日本人于1959首先采用聚丙烯腈（PAD）纤维经高温炭化处理制得。现在根据原丝类型可分为聚丙烯腈（PAD）基、沥青基和粘胶基，而其中以PAD为主体。碳纤维许多优异的特性使其成为一种新兴防静电纤维。（1）碳纤维的密度小，只有1.5-2g/cm3，这与一些天然纤维密度较为接近，不会影响到服装质量和舒适度。（2）弹性模量高，而弹性回复为100，这使纺织材料的弹性增强并能提高其抗皱性。（3）电阻率低，具有优异的导电性能，在防静电方面，这尤为重要。（4）碳纤维也有在极端条件下存在的良好性能，如它的热膨胀系数小，即使从几千度的高温突然降到常温也不会炸裂，耐高温和低温性能好，在3000非氧化气
7、氛下不融化不软化，在液氮温度下依旧很柔软，不脆化，这对在极端条件防静电纤维也是极为重要的.（5）碳纤维还具有抗辐射，抗放射，吸收有毒气体等特殊性能【5】。（6）成本较低。在通过与其它导电性添加材料的成本比较中，发现用导电碳纤维制成的导（抗）静电涂料成本显著降低，导电添加材料一项，成本仅为原来的20左右。但是相应的碳纤维的耐冲击性较差，容易损伤，在强酸条件下易发生氧化，与金属复合时会发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象。因此，碳纤维在使用前须进行表面处理。例如提高其耐化学腐蚀性的能力将是以后发展的一个重要方向。1.3 复合导电纤维复合导电纤维是一种将炭黑，TiO2、SnO2、ZnO、CuI等导电微
8、粒添加到聚合物中而得到的导电纤维，其导电原理为导电填料在聚合物填充体系中的含量达到临界点时，导电粒子在基体中形成导电通道，聚合物从绝缘体转变为半导体，从而使自身电阻急剧下降，起到导电，即防静电的作用。其导电性主要取决于所用粒子的类型、聚合物的类型、导电粒子在基体的分散形式、聚合物基体的形态以及材料的成型工艺。复合导电纤维的制备主要包括4个环节：导电剂的选择；导电剂表面处理；复合纺丝；后处理【6】。（1） 导电剂的选择：拥有良好的导电性，易纺丝，有特殊功能的为上选。（2） 导电极表面处理：一般采用偶联剂与导电粒子混入一定温度的醇或醚类，经过作用，使导电粒子高浓度并稳定的分散到纺丝液中。（3） 复
9、合纺丝：1.海岛型。将加入导电剂的聚合物作为导电组与常规的聚合物进行纺丝，得到以导电组为岛，非导电组为海的海岛型纤维。2.连续型。将导电组与非导电组经过汇合后从同一纺丝孔中喷出，即得到连续型复合导电纤维。 （4）后处理。根据规格要求，采用合适的后处理工艺进一步降低纤维的电阻率。复合纤维由于其良好的导电、耐洗、耐磨、抗弯曲等性能而广泛用于工业、家纺产品，如防静电服、鞋、帽、羊毛衫，羊绒衫等等。而大量添加导电粒子降低了成纤聚合物的可纺性，使纤维的成品率下降，成本上升，同时也影响纤维的力学、纺织性能。因此，降低导电粒子加量成为复合导电纤维未来发展的方向。1.4 高分子导电纤维高分子导电纤维是以导电高
10、分子为原料加工的纤维，如聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺纤维，具有较高的电导率，可达到10-3-102s/cm。对这类材料的研究已经取得一些令人鼓舞的重大进展：如在空气中稳定性极好，且加工性好的,导电性能高达107Scm。其加工方法是【7,8,9】：(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，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，用氧化剂氧化聚合。(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，使普通纤维具有导电性能。高分子导电纤维主要应用于抗静电工作服、无菌服、无尘服、地毯、人造草坪，静电消除刷。并可用于
11、电磁屏蔽、微波吸收和发热元件等。但从实际来看，由于这类材料本身刚度大、难溶、难熔，成型、成纤较为困难(某些在高腐蚀介质中溶解)，而且掺杂剂多数为毒性大、腐蚀性强的物质，且导电稳定性、重复性差、成本较高，因而目前用作防静电材料实用性有限。其他Etron导电纤维是一种高性能、可染色的白色导电纤维，源于日本最新纳米技术。除拥有一般导电纤维具有的特点外，最大的优点就是可染色、强度大（可单独使用），性价比高【10】。应用范围广，其典型工业应用领域包括：半导体、石油化工、电子、医药，生命科学技术等行业；该导电丝在生活领域也有众多应用对象，如运动服、休闲服、高档西装里质布、婴儿用品、孕妇用品、内衣、睡衣等。
12、该导电丝对改善工业生产品质、提升人们生活质量有着很好的作用。2.导电纤维在纺织品中的应用导电纤维的导电性能主要是由于自身带有自由移动的电荷，这些电荷在移动过程中通过电晕等方式将静电释放掉，不依靠吸湿和离子移动，所以导电纤维不依赖于环境湿度，在相对湿度30RH或更低湿度下仍能表现出优良的导电性能【11】。其纺织产品主要有抗静电和防辐射功能，在电子产业、航空航天、电视广播、信息产业、电力、电信、医药及精密仪器等领域应用非常广泛。2.1 防静电纺织品静电在我们生活中无处不在，它的危害不容小觑。在工业生产中，织物或者衣物产生的静电可引起电击，虽然能量比较小，但也会产生干扰，如吸附灰尘，甚至导致严重的后
13、果，例如在像石油化工这样易燃易爆场合，静电火花可能引起爆炸事故；在电子行业，静电导致电子元件受损，质量下降，甚至报废；而人们的健康也深受其害，据分析，静电轻则使人感觉不适、刺痛，重则可导致人们的色素沉着，引发心血管疾病。因此防静电显得尤为重要，防静电服等防静电纺织品的研究对于解决生产生活中的静电问题具有重大意义。2.1.1 防静电超净面料防静电超洁净面料一般采用涤纶为主体,涤纶长丝与高性能永久性导电纤维通过经向嵌织或经、纬向嵌织等特殊工艺织造而成,。这类面料制成的服装本身不发尘,具有高效、永久防静电、防尘性能和轻薄、丝滑柔顺、织纹清晰的特点,并具有耐高温、耐洗涤等特性。适用范围包括医药、工厂、
14、食品、精密仪器、航空航天等对静电比较敏感和对洁净度要求较高的行业。2.1.2 防静电针织面料一般采用导电纤维与涤纶长丝经针织加工而成。防静电针织面料不仅能消除静电而且不发尘,还兼有普通针织面料透气、保暖、手感舒适的特性,是符合人体健康要求的新兴防静电面料。常用于加工防静电手套、内衣。2.1.3 防静非织造布防静电非织造布也是重要的防静电面料之一,主要采用针刺法制造。防静电非织造布不但可以有效防止静电,而且也可滤尘,同时具又轻柔、质软、透气的性能。主要应用于针刺地毯、过滤毡、工业用非织造布、医疗用品等。2.2 防辐射纺织品在织物中通过纺织技术织入导电纤维制成织物，当有电磁波辐射到织物表面时，织物
15、中的导电纤维能将电磁波转化或传递出去，而实现屏蔽。利用导电纤维这种特性，可将其用于制作精密电子元件的电磁波屏蔽罩、太空工作服以及防辐射孕妇服等。2.3 传感材料 利用导电纤维应用电子传感器的原理制成的传感器纺织品，具有轻便易携带、操作等优点，在各个领域都有广泛的应用。例如用碳纤维开发了检测最大应变的传感器，可用于建筑物、桥梁、道路、隧道、工厂、飞机等结构的安全诊断。2.4 军用伪装反侦察材料利用导电纤维优良的导电热敏性能可制成防止热成像织物，进而制成热成像防护服，同时也可与热变色物质合用制作变色军服。而利用其对电磁波的屏蔽性又可制造反雷达的织物，达到“隐身”的目的【12】。3.结语人们的生活水
16、平在提高，对于生活品和生活环境的质量要求也日益增长。相应在防静电方面的要求也越来越高：减少静电带来的生产危害和对人们身体的伤害，未来发展潜力巨大。而导电纤维的优良特点决定了以后发展防静电纺织品的一个基本方向：制造性能更好、更多的导电纤维。采用抗静电纤维、导电纤维与普通合成纤维混纺、交织或嵌入式纺织的方法提高纤维的导电能力，达到良好的防静电效果。参考文献【1】 蒋少军，张崇宗。防静电织物的开发和应用J. 中田纱线质量暨新产品开发技术论坛,2005,447-450【2】 李建新，金立国。导电纤维的发展和应用J.针织工业，2004，(4):72-73【3】 赵菊梅，周彬。防静电纤维及其应用现状J.纺织科技进展，2009,(5):38-39【4】 张世国，王进美。导电纤维的加工方法及其应用J.纺织科技
