导电纤维及抗辐射整理

主要内容
导电纤维 电磁辐射 防电磁辐射 电磁屏蔽性能测试 材料的吸波性能测量 参考文献
1 导电纤维
1.1导电纤维的分类及制造方法 导电纤维尚无明确定义，通常把电阻率小于107 Ω·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。 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。
常用导电纤维的制造方法
（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,
1989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。
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“Belltron”、金属化 合物复合型白色导电涤纶或导电锦纶。
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200～ 400nm ,且具有较高的导电性。
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AntronⅢ。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。
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。
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
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. 4～10.5Ω·cm ,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。
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100Ω·cm ;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。
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。
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,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。
(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。
（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,主要方法有导电高分子材料的直接纺丝法和后 处理法两种。
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。
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,可采用全条混或1/3条混,导电丝 可采用网络、加捻等混入方法。这样制得的尼龙BCT地毯, 其人体电位一般可控制在3kV以下。
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[1] 。
（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：混合纺丝法、吸附法、化学反应法[2]。
1.2导电纤维的研究进展[2]
导电纤维产生于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103Ω·cm。
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
1.3导电纤维的用途及市场前景[2]
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
20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 ;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。
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,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0.5cm×0.5cm方格状 织入。该类织物的密度较高,电荷密度一般要求小 于4ｕC/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