导电纤维和织物
导电纤维_一种新型功能性纺织材料
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》。
导电纤维在新型纺织品中的应用进展
第31卷㊀第6期2023年11月现代纺织技术AdvancedTextileTechnologyVol.31ꎬNo.6Nov.2023DOI:10.19398∕j.att.202303015导电纤维在新型纺织品中的应用进展谢金林1ꎬ张㊀京1ꎬ郭宇星2ꎬ赵志慧2ꎬ邱㊀华1ꎬ顾㊀鹏1ꎬ2(1.江南大学纺织科学与工程学院ꎬ江苏无锡㊀214122ꎻ2.江西恩达麻世纪科技股份有限公司ꎬ江西新余㊀336600)㊀㊀摘㊀要:近年来随着科技的发展以及人类生活水平的提升ꎬ以导电纤维∕纱线为原料织造而成的现代新型纺织品在抗静电㊁电磁屏蔽㊁传感等领域得到了巨大的进展ꎮ然而由于传统金属导电纤维手感差及传统碳纤维难以进行色彩再加工等原因ꎬ限制了传统导电纤维在现代纺织品尤其是智能纺织品上的发展与应用ꎮ结合近年来国内外导电纤维领域的研究成果ꎬ从导电纤维的分类㊁制备方法㊁应用等几个角度出发ꎬ综述了导电纤维在新型纺织品中的应用进展ꎮ文章将导电纤维分成无机导电纤维㊁有机导电纤维和复合导电纤维等三大类ꎬ介绍了导电纤维的制备方法ꎬ如纺丝法㊁涂覆导电层法等ꎻ然后着重介绍了导电纤维在抗静电㊁抗电磁辐射和纤维基柔性传感器中的应用ꎻ最后ꎬ文章总结了导电纤维近年来的发展和应用趋势ꎬ并指出其在发展中面临的亟待解决的问题ꎮ期望导电纤维不仅在传统的抗静电㊁抗辐射领域发挥作用ꎬ而且能与物理㊁电子等学科进行交叉ꎬ在智能可穿戴电子器件㊁柔性能源存储及多功能纺织品等领域广泛应用ꎮ关键词:导电纤维ꎻ柔性纤维ꎻ抗静电ꎻ电磁屏蔽ꎻ智能可穿戴设备中图分类号:TS102.5㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:1009 ̄265X(2023)06 ̄0241 ̄14收稿日期:20230310㊀网络出版日期:20230608基金项目:江苏省产学研项目(BY20221191)ꎻ江西省揭榜挂帅重大项目(20213AAE02017)作者简介:谢金林(2000 )ꎬ女ꎬ湖北荆门人ꎬ硕士研究生ꎬ主要从事导电材料与智能穿戴方面的研究ꎮ通信作者:顾鹏ꎬE ̄mail:peng.gu@jiangnan.edu.cn㊀㊀随着现代科学技术的不断发展和人类生活品质的不断改善ꎬ纺织品的保暖㊁蔽体㊁美观等作用已经无法满足人们日益增长的需求ꎬ许多功能性纺织品顺时而生ꎮ为了提高纺织品的附加值ꎬ市场对多功能㊁新颖㊁高附加值的纤维需求量很大ꎮ近年来ꎬ随着智能穿戴的兴起与航空航天特种装备的发展ꎬ导电纤维的研究与开发逐渐成为研究的热点与焦点ꎮ导电纤维可用于传感器㊁防静电服装㊁电磁干扰屏蔽面料㊁信号传输和交互纺织品中ꎬ用导电纤维制得的导电纺织品因为其优良的抗静电㊁抗电磁辐射性能而深受市场的喜爱ꎮ因此ꎬ导电纺织品不仅在纺织行业ꎬ而且在电子制造㊁汽车工业㊁军工等领域都有广泛的应用前景ꎮ导电纤维一般指在20ħ㊁相对湿度65%的条件下电阻率小于107Ω cm的纤维ꎬ是功能性纤维里的一个重要品种[1]ꎮ20世纪中叶ꎬ随着科技的发展和电子产品的革新换代ꎬ静电对人类生产生活的影响凸显ꎬ人们逐渐重视其对身体健康的负面影响ꎬ并开始将视线转移到开发抗静电纤维上来ꎬ因此世界上第一种金属导电纤维 ̄美国 Brunsmet 由此应运而生ꎮ而中国最早的导电纤维是1983年由长沙矿冶研究院率先研发出来的不锈钢纤维[2]ꎮ金属导电纤维以不锈钢㊁铜㊁铝等金属为导电原料ꎬ将金属丝从模具中反复拉伸制得ꎮ然而ꎬ金属导电纤维有着较多的缺点:与其他纤维混纺时抱合力差㊁加工困难且制成的纺织品手感差ꎻ同时在生产极细单丝时生产成本高ꎬ制成的纺织品性能差ꎮ而后又出现了碳纤维ꎬ碳纤维一般是以腈纶㊁粘胶㊁沥青纤维为原丝ꎬ经过碳化或石墨化处理后制得的导电纤维ꎬ导电性能优良ꎮ但因其价格高并不适合普通的防静电织物方面的应用ꎮ因此ꎬ科研人员正持续地对新型导电纤维进行研究探索ꎮ目前ꎬ制备导电纤维的较为合理且研究量较大的方式是在纤维的表面涂上一层导电皮层ꎬ或者将导电物质与成纤高聚物共混或复合纺丝ꎮ本文综述了导电纤维材料的分类㊁制备方法及其导电纤维在纺织品加工中的应用ꎬ并对现阶段导电纤维的应用和发展提出了展望ꎮ1㊀导电纤维材料1.1㊀导电纤维的分类1.1.1㊀无机导电纤维无机导电纤维主要分为金属导电纤维和无机非金属导电纤维ꎮ金属导电纤维是由一根不锈钢丝经过模具的反复拉伸而制得的ꎬ具有良好的导电性ꎬ其电阻率可达10-4~10-5Ω cm[3]ꎮ除不锈钢之外ꎬ其他的金属元素如铜㊁铝等也是很好的制造金属导电纤维的原料ꎬ他们的导电性㊁耐热和抗化学侵蚀性都十分优异ꎮ金属导电纤维自身的导电性能㊁导磁性能㊁耐高温性能以及导热性能都十分优良ꎬ在与其他普通纤维进行混纺时ꎬ可使混纺纱具有抗静电㊁抗电磁辐射和抗菌功能ꎮ但是这种模具拉伸法制得的金属导电纤维存在缺陷:在与其他纤维混纺时ꎬ抱合力差ꎬ易断裂ꎬ制成的织物手感差ꎬ服用性能差ꎻ这些缺点限制了其应用和发展ꎮ为了减少上述缺点在纺织品生产中造成的不良影响ꎬ德国纺织机械和高性能材料技术研究所(ITM)综合考虑到金属纤维的高刚性和高脆性ꎬ在传统纺纱工艺的基础上ꎬ开发出了以刨花金属短纤维为原料ꎬ集拉伸㊁纺纱过程于一体的纺纱工艺链来生产纯金属纱线ꎬ这种方法一定程度上改善了织物的手感和服用性能ꎬ延伸了金属纤维的应用范围[4]ꎮ另一种常见的无机导电纤维 无机非金属导电纤维ꎬ主要是指碳纤维ꎮ导电碳纤维主要是以腈纶㊁粘胶等纤维为原丝ꎬ经过碳化㊁石墨化等处理而制成的一种新型的纤维状材料ꎮ碳纤维既具有碳材料导电的特性ꎬ又具备纤维的柔软性和可纺性ꎮ而且碳纤维是电阻的负温度系数导体ꎬ相对湿度对其导电性的影响不大ꎻ同时碳纤维导电成分均一ꎬ具有强度高㊁导电性好㊁耐热㊁耐腐蚀等优点[5 ̄6]ꎮ碳纤维由于其质轻高强㊁优异的导电性㊁高模量等特点ꎬ一般作为复合材料中的编织增强组分ꎬ与金属㊁陶瓷㊁树脂等进行复合ꎬ用于对传统金属㊁金属合金的轻量化替代ꎬ大规模应用主要有自行车车架㊁汽车零部件ꎮ但是碳纤维价格昂贵ꎬ不适宜大规模的衣物生产ꎮ且碳纤维的颜色为黑色ꎬ难以进行色彩的再加工ꎬ无法满足纺织品色彩多样化的需求ꎮ因此ꎬ碳纤维在纺织品领域应用受限ꎮ1.1.2㊀有机导电纤维有机导电纤维主要为导电聚合物类纤维ꎬ通常由导电聚合物本身纺丝成型ꎬ不需要复杂的导电物质掺杂ꎮ1977年ꎬ日本筑波大学的白川英树(Shirakawa)课题组在合成聚乙炔薄膜时由于操作失误ꎬ加入过量催化剂而合成得到了高取向顺式聚乙炔ꎮ随后ꎬ白川英树与美国化学家Heeger及MacDiarmid合作发现经五氟化砷掺杂后的聚乙炔具有良好的导电性ꎬ电导率可达103S∕cmꎬ达到了金属级别ꎮ由此ꎬ导电聚合物的发现开创了有机导电纤维的新纪元ꎮ聚乙炔是最早被系统性研究的一类导电聚合物ꎬ随后ꎬ聚吡咯㊁聚噻吩㊁聚苯胺等导电高分子被广泛研究[7]ꎮ一般情况下ꎬ由于导电高分子的熔点高于其分解温度ꎬ因而不能用熔融纺丝法制备ꎬ主要使用溶液纺丝法ꎮ导电纤维的性能与聚合物本身的相对分子质量㊁溶解性㊁纺丝成型方法和掺杂方法等有关ꎮ聚吡咯是一种杂环共轭型导电聚合物ꎬ导电聚吡咯具有共轭链氧化㊁对应阴离子掺杂结构ꎬ其电导率可达102~103S∕cmꎬ拉伸强度可达50~100MPaꎬ其还具有良好的生物相容性㊁快速可逆的氧化还原反应以及高能量负载等优点ꎬ是一种优良的导电材料[8]ꎮ聚吡咯可由吡咯单体通过化学氧化法或者电化学方法制得ꎮ聚噻吩也是一种常见的导电聚合物ꎬ其制备过程简单ꎬ且具有良好的稳定性和电化学性能而受到研究者们的广泛关注ꎬ其合成方法有化学氧化聚合法㊁电化学聚合法㊁光电化学沉积法等[9]ꎮ相比其他高聚物ꎬ聚噻吩具有更好的环境稳定性ꎬ不会降解为有害物质ꎬ较为安全环保ꎮ聚噻吩的导电原理由掺杂和共轭体系实现ꎬ其主要掺杂类型有两种:P型掺杂与N型掺杂ꎮ经掺杂后的聚噻吩ꎬ其电导率大大提高ꎮ聚吡咯和聚噻吩都可通过溶液纺丝法直接制成导电纤维ꎮ相比于聚吡咯和聚噻吩纤维ꎬ聚苯胺纤维是研究最为广泛的导电聚合物纤维ꎮ聚苯胺是一种带有共轭双键的结构型导电聚合物ꎮ具有合成方法简单㊁化学稳定性和热稳定性好㊁电导率高和电化学性能好ꎬ在抗静电㊁电磁屏蔽㊁传感器件等领域应用广泛[10]ꎮ聚苯胺导电纤维的制备方法也较为成熟ꎬ一般先将聚苯胺溶解于N ̄甲基 ̄2 ̄吡咯烷酮(NMP)㊁LiCL∕NMP或浓硫酸中来制成纺丝液ꎬ再采用湿法纺丝法ꎬ将纺丝液在凝固浴中拉伸制242 现代纺织技术第31卷得聚苯胺纤维ꎮ通过少量质子酸处理后ꎬ电导率一般为0.1~10S∕cmꎬ并可以通过改变质子酸处理的浓度及时间来对聚苯胺纤维的电导率进行一定程度的调节ꎬ这也是其他纤维所不具备的特有的性质[11]ꎮ虽然用聚吡咯㊁聚噻吩和聚苯胺等导电高聚物可以直接纺丝制成有机导电纤维ꎬ但由于这些高分子主链中高度共轭的结构使得分子链僵直ꎬ难于溶解和熔融ꎬ使聚合物的纺丝成形和后加工都比较困难ꎮ另外ꎬ有些聚合物中的氧原子容易与水发生反应ꎻ有些聚合物单体毒性较大ꎬ合成过程比较复杂ꎻ这些都大大增加了成形加工的难度与成本ꎮ到目前为止ꎬ聚合物直接纺丝而成的导电纤维尚且难以大规模应用于纺织品ꎬ而将聚合物与其他导电物质复合或共混纺丝制成复合导电纤维能有效地解决这一问题[12]ꎮ1.1.3㊀复合型导电纤维复合型导电纤维ꎬ其基本原理是将金属材料㊁导电高分子㊁碳基材料等多种导电材料与普通纤维进行复合ꎬ或对纤维或纱线基体进行改性ꎬ来制备导电纤维ꎮ复合型导电纤维较常用的加工方法主要有共混纺丝法和表面涂覆导电层法ꎮ复合型导电纤维兼具导电性与传统纤维的抗摩擦㊁抗屈曲㊁抗氧化和抗腐蚀的能力ꎬ它很容易与其他的纤维进行抱合混纺或交织ꎬ还拥有优异㊁持久的导电性ꎮ所以ꎬ该类纤维在产业纺织品㊁服装等领域有着广泛的应用ꎮ1974年ꎬ美国杜邦公司首先研制出了名为AntronIII的皮芯复合导电纤维ꎬ这种纤维以聚乙烯为芯ꎬ聚酰胺66(PA66)为皮ꎮ自此以后ꎬ世界上主要的化工企业相继投入到了对含炭黑成分的复合导电纤维的研发中ꎮ然而炭黑复合导电纤维的颜色一般都是灰黑色ꎬ这就制约了它的使用范围ꎮ因此ꎬ从20世纪80年代ꎬ人们开始对导电性纤维的白色化进行深入的研究ꎮ不同国内外团队先后利用铜㊁银㊁镍㊁镉等金属硫化物㊁碘化物和氧化物作为导电性材料ꎬ通过复合纺丝ꎬ制备出了满足不同着色要求的白色导电纤维ꎮ1989年ꎬGregory等[13]以锦纶为基体ꎬ利用原位吸附聚合法ꎬ使苯胺在纤维表面进行氧化聚合ꎬ从而使其能够在纤维表面上均匀地沉积ꎬ并渗透到纤维内部ꎮ这种方法制备出的导电纤维由于其渗透到纤维内部的交织结构使其具有较高的皮芯稳定性ꎬ因此导电性十分持久ꎮ除了以锦纶等合成纤维为基体来制备导电纤维外ꎬ研究人员还将天然纤维作为基体来制造导电性能优异的抗静电纤维ꎬ充分发挥基体天然纤维具有的保暖㊁抗菌㊁吸湿排汗等特性ꎮ比如ꎬFoitzik等[14]通过化学气相聚合法ꎬ在羊毛织物表面均匀的覆盖一层导电高聚物ꎬ导电聚噻吩层使织物表面的电导率得到了显著提升ꎮ近年来ꎬ由于纳米科技的进步ꎬ新型纳米复合导电纤维逐渐被开发出来[15]ꎮ各种形貌的纳米颗粒可以填充导电网络中的空位ꎬ使导电通路更加顺畅ꎬ进一步提升导电纤维的电导率ꎮWang等[16]发现从木材等自然资源中分离出来的纤维素纳米原纤维具有很强的机械性能ꎬ高的热稳定性ꎬ光学透明性和易于功能化的特性ꎬ这对于制造高性能电子设备非常重要ꎮ通过湿法纺丝纺制可再生纤维素纳米纤维(CNF)和银纳米线(AgNW)来获得导电的AgNW ̄CNF纤维ꎮWang等[16]通过实验发现ꎬAgNWs的负载量对CNF ̄AgNW纤维的导电性有着重要影响ꎮ中空CNF ̄AgNW纤维以质量分数为30%~40%的AgNW负载比形成ꎬ其中40%含量的CNF ̄AgNW中空纤维实现了6.8ˑ105S∕m的高电导率ꎮ由于CNF ̄AgNW纤维具有很高的柔韧性和良好的机械性能ꎬ因此可以很容易地与其他可商购的纤维进行编织或整合ꎬ具有广阔的应用前景ꎮ除了将银纳米线负载到CNF上制备导电纤维之外ꎬZhou等[17]还以CNF为基体ꎬ通过界面合成法ꎬ将导电金属 ̄有机框架(c ̄MOF)纳米涂层均匀地负载到CNF上ꎬ最终制备了CNF@c ̄MOF复合纳米导电纤维ꎮ制备过程如图1(a)所示ꎮ由于c ̄MOF具有高导电性ꎬ使得该复合纳米导电纤维展现出100S∕m的超高电导率ꎮ与此同时MXene作为一种二维层状纳米材料ꎬ同样拥有极高的电导率㊁快速的离子扩散性和高可逆表面氧化还原反应性ꎮZhang等[18]将小MXene(S ̄MXene)和大MXene(L ̄MXene)依次涂覆到棉纱和棉织物上ꎬ分别制备了SL ̄MXene导电棉纱(SL ̄MY)和导电棉织物(SL ̄MF)ꎬ制备过程如图1(b)所示ꎮ该导电棉织物的电导率可达到2020S∕mꎬ电磁屏蔽效能可以达到42.7dBꎬ且在洗涤50次后ꎬ其电磁屏蔽效能还能保持在33.6dBꎮ342第6期谢金林等:导电纤维在新型纺织品中的应用进展图1㊀两种复合导电纤维及织物的制备过程Fig.1㊀Preparationprocessoftwocompositeconductivefibersandfabrics2 导电纤维的制备方法导电纤维的制备方法有很多种ꎬ大体上可分为纺丝法和纤维表面涂覆导电层法ꎬ也有一些其他的方法ꎬ如拉伸法和碳化法ꎮ下文将对导电纤维的制备方法进行简单的介绍ꎮa)纺丝法ꎮ纺丝法是制备纤维的重要方法之一ꎮ在纺丝工艺中ꎬ又分为共混或复合纺丝法和聚合物直接纺丝法ꎮ其中ꎬ共混或复合纺丝法即采用各种导电物质如金属氧化物㊁有机物等与成纤高聚物经纺丝法制得纤维的方法ꎮ聚合物直接纺丝是指采用湿法纺丝法将导电聚合物(例如聚乙炔㊁聚苯胺㊁聚吡咯㊁聚噻吩等)纺丝溶液从喷丝头的喷丝孔中压出ꎬ在凝固浴中冷却ꎬ直接纺成纤维的方法ꎬ湿法纺丝过程如图2(a)所示[19 ̄20]ꎮ薛超等[21]以碳纳米管(CNT)㊁液体金属(LM)㊁热塑性聚氨酯(TPU)等为基材ꎬ以N ̄二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂ꎬ以去离子水(DMF)为凝固浴ꎬ采用湿法纺丝法ꎬ制备CNT∕LM∕TPU复合导电纤维ꎮ该试验结果表明ꎬ当纤维被拧得更紧时ꎬ其横截面会增加ꎬ而当纤维的电阻率一定时ꎬ横截面的增加会降低其电阻ꎬ从而提升导电性ꎮ微控流纺丝是一种以传统湿法纺丝为基础ꎬ开发出的一种可以生产微米级纤维的新型纺丝技术ꎬ这种技术可以通过对微通道中微尺度液体的控制ꎬ实现对纤维的尺寸和形貌的微观控制[22]ꎮSrivastava等[23]采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)的微流控装置ꎬ利用微442 现代纺织技术第31卷控流技术ꎬ并采用一步和两步纺丝法ꎬ实现了对聚乙烯吡咯烷酮及聚吡咯纳米纤维的可控制备ꎮ该实验结果表明ꎬ基于PDMS的微控流装置可形成多射流纺丝源ꎬ具有快速成型的优势ꎬ且制成的导电纳米纤维在生物传感㊁智能导电织物上都有很大的应用潜力ꎮ静电纺丝技术也是制备导电纤维的一种重要的工艺ꎬ其原理是聚合物或熔体在强电场中直接喷射纺丝ꎬ可生产长径比大㊁比表面积大的纳米级纤维[24]ꎬ已经被广泛应用于多个领域ꎮ另一种常见的湿法纺丝是浮动催化化学气相沉积(FCCVD)法也叫化学气相沉积直接纺丝法ꎬ是制备碳纳米管(CNT)纤维的常用方法[25]ꎬ流程工艺如图2(b)所示ꎮ用该方法制备的CNT纤维具有优异的机械性能㊁超高的电导率和极佳的化学稳定性ꎬ在导电多功能织物㊁智能可穿戴设备以及超级电容器电极材料中应用广泛[26]ꎮ图2㊀导电纤维的常用制备方法Fig.2㊀Commonpreparationmethodsforconductivefibers㊀㊀b)纤维表面涂覆导电层法ꎮ纤维表面涂覆导电层法是指采用一定的方法在纤维表面形成一层可导电的物质ꎬ如镀覆法和原位合成法ꎮ采用超临界流体(SCF)技术在纤维上镀一层金属使纤维获得良好的导电性是镀覆法的一种ꎬ国内外学者正致力于芳纶㊁聚酯和锦纶等合成纤维在该技术中的研发ꎮ但是ꎬ目前采用SCF技术对纤维表面进行镀金属时ꎬ仍面临着许多问题ꎬ比如:纤维与金属板之间的黏附性较低等ꎮ且该技术在应用过程中ꎬ对材料的耐热性要求较高ꎬ制约了天然纤维在这种技术中的应用ꎮCho等[27]将腈纶浸泡在铜盐溶液中ꎬ使铜离子与腈纶纤维的氰基络合ꎬ在纤维表面生成铜硫化物ꎬ以提高腈纶纤维的导电性ꎮ由日本蚕毛印染公司生产的 SSN 纤维以日本帝人公司生产的 T ̄25542第6期谢金林等:导电纤维在新型纺织品中的应用进展纤维(电阻率在107~108Ω cm之间)和聚苯胺(PAN)纤维为原料ꎬ并且将碘化亚铜(CuI)涂覆在纤维表面ꎬ制备导电纤维ꎮ中国还以PAN和聚酰胺(PA)为基体生产出了名为EC ̄N的导电纤维[28]ꎮ共聚接枝法作为原位合成法的一种ꎬ是将合适的支链或功能侧基以化学方式结合到大分子链段上ꎬ从而制备出性能优良的改性纤维的方法ꎮ与传统的物理涂覆㊁涂层等方式相比ꎬ共聚接枝法是一种化学改性ꎬ它的物理化学性质更加优良ꎬ并且其耐用性㊁稳定性也更高ꎮ范洁[29]以苯胺单体为原料ꎬ采用接枝共聚的方法使苯胺单体(PANI)在环氧氯丙烷(ECIP) ̄聚乙烯醇(PVA)的表面进行接枝聚合ꎬ制备了ECIP ̄PVA∕PANI复合导电纤维ꎮ相似的工作还有将MOF㊁MXene以及石墨烯等导电材料通过化学方法原位锚固在纤维表面[30]ꎮc)其他方法ꎮ拉伸法是制备金属丝导电纤维的主要方法ꎬ其又分为单丝拉伸法和集束拉伸法ꎬ用这两种方法生产的纤维直径约为8~35μmꎬ与熔融纺丝法生产的纤维直径几乎相同[31]ꎮ采用切割法制备的纤维直径一般在15~300μm之间ꎮ结晶析出法可以得到的纤维的最小直径在0.2~8.0μm之间ꎬ采用这种方法可以得到较短的纤维ꎮ主要用于抗静电地毯㊁工装布料的生产以及无纺布的生产制造ꎮ采用碳化工艺对纤维进行深加工也是当前普遍采用的一种方式ꎮ普通纤维(如聚苯胺纤维㊁纤维素纤维㊁沥青纤维等)经过碳化后ꎬ纤维的导电性可以得到大幅度提高ꎮ以碳纤维为例ꎬ其导电㊁导热等特性优异ꎬ但其模量较大韧性小ꎬ所以在传统纺织服装领域的应用受到限制ꎮ目前ꎬ主要将聚丙烯腈纤维低温碳化来制备碳导电纤维用于产业用纺织品上[32]ꎮ3㊀导电纤维在纺织品中的应用3.1㊀抗静电功能织物的静电现象是指纤维表面的静电荷由于不能及时泄漏掉而产生的静电荷积聚现象ꎮ在纺织品的生产加工过程及使用中ꎬ静电现象表现得尤其明显ꎮ为了减少静电现象给人类生产活动带来的不便ꎬ研究人员们将眼光重点投入到了导电纤维的研究中[33]ꎮ现已生产出的导电纤维ꎬ从整体上来讲ꎬ生产工艺主要有两类:一类是普通合成纤维表面或者内部引入亲水性基团ꎬ从而使得它在特定的环境湿度温度下ꎬ拥有日常生产生活中所需的抗静电性ꎻ还可以对纤维进行接枝改性ꎬ或与亲水性纤维进行混纺㊁交织ꎬ从而使纤维的导电性得到改善[34]ꎮ另一类是直接将导电长丝嵌入普通合成纤维中ꎬ或将导电短纤维与普通纤维混纺ꎬ使制得的织物获得导电性ꎮ这两类抗静电纤维的作用原理不同ꎬ前者采用一种化学改性的方式ꎬ通过提高纤维的回潮率来增加导电性ꎮ这是由于水的导电性很强ꎬ通过吸收微量的水ꎬ可以改善物质的导电性ꎬ还可以给电荷提供一个传递媒介ꎬ促使离子朝着相反的电极运动ꎬ从而使得大部分的静电泄漏该原理是 漏电 效应ꎬ但材料的静电性会随湿度的下降而降低ꎮ而后者则是通过电磁场作用ꎬ产生自身电晕放电ꎬ从而使纤维附近的空气被电离ꎬ产生正㊁负离子ꎮ空气中的正(负)电荷与织物表面的负(正)电荷相互抵消ꎬ从而消除了静电[35]ꎮ为了探讨有机导电性短纤维对织物的抗静电性的影响ꎬ伏广伟等[36]以聚酯纤维和棉为原料ꎬ利用不同的纺纱方式ꎬ将不同比例的有机导电性短纤维与其混纺ꎬ并对织物的导电性进行了研究和评价ꎮ该研究表明ꎬ当导电性纤维用量相同时ꎬ环锭纱比转杯纱导电性好ꎻ当有机导电纤维的质量分数达到4%左右的时候ꎬ织物的比表面积电阻会下降到107~109Ω∕cm2ꎬ这样就能够达到抗静电的需求ꎬ如果再提高它的含量ꎬ不但会增加成本ꎬ还会影响到织物的服用性能ꎮ南燕等[37]通过分析不同类型导电非金属复合纤维的结构和性质ꎬ设计开发了涤纶导电织物ꎬ最终织物的初始面密度和洗涤50次的电荷密度都小于10μc∕m2ꎬ明显低于基础织物的电荷密度ꎮ林燕燕等[38]用嵌织法将导电性碳黑尼龙长丝复合ꎬ制成了涤纶抗静电织物并探讨了导电长丝含量㊁结构㊁种类和嵌入形式等因素对纤维的抗静电性的影响ꎮ该研究发现ꎬ当纤维中导电纤维的含量增加时ꎬ纤维的抗静电性也会随之增加ꎬ但增加到一定程度后ꎬ抗静电性的变化不再明显ꎬ增加幅度十分微小ꎻ在不同的织物结构中ꎬ缎纹织物的抗静电性能最好ꎻ拉伸变形丝(DTY)型导电复合丝织物比全拉伸丝(FDY)型具有更好的抗静电性ꎻ经纬双向嵌入导电纤维ꎬ其织物抗静电性优于仅单向嵌入导电纤维的织物ꎮXu等[39]将磺化碳纳米管(SCNT)掺入有机抗静电剂(OAA)中制成混合抗静电剂ꎬ并将其涂在纤维表面以构建皮芯导电纤维ꎬ制备方法如图3所示ꎮ由于磺酸基团的存在ꎬSCNTs具有良好的分散性ꎬ继而使SCNTs均匀地分散在纤维表面ꎮ当SCNTs∕OAA的添加质量分数为0.5%~2.0%时ꎬ纤维具有优异的抗静电能力ꎮ642 现代纺织技术第31卷图3㊀抗静电皮芯结构导电纤维的制备Fig.3㊀Preparationofconductivefiberswithantistaticleathercores3.2㊀抗辐射与电磁屏蔽特性电磁污染 是一种由电磁辐射引起的有害人体健康的现象ꎬ一般是指:当电磁辐射的能量超出了人类或者周围的环境所能承受的极限时ꎬ它会对人类和环境造成伤害及污染ꎬ进而影响人类及环境动植物的健康ꎮ随着人类生活条件的逐步改善ꎬ电子产品在生活中无处不见ꎮ从微波炉到电磁炉ꎬ从手机到笔记本电脑ꎬ甚至是目前大力发展的新能源汽车ꎮ电磁污染在人类生活中无处不在极为常见[40]ꎮ在多种电磁屏蔽防护材料中ꎬ其中一种就是用导电纤维做成的电磁屏蔽纺织品ꎮ该种由导电纤维制成的电磁屏蔽织物在受到外界电磁波作用时ꎬ可以产生感应电流同时形成与外部磁场相反的磁场ꎬ与外部磁场相互抵消ꎬ进而达到纺织品电磁屏蔽效果ꎮXiong等[41]首先采用湿法纺丝技术制备了大量的MXene短纤维ꎬ后采用一种绿色和新颖的湿法组装方法ꎬ将MXene短纤维组装成非织造MXene纤维织物(MFF)ꎮ所制备的织物多孔且重量轻ꎬ同时表现出708S∕cm的高导电性ꎮ此外ꎬMFF在107μm的厚度下表现出75.0dB的出色电磁(EMI)屏蔽效果㊁出色的焦耳加热能力(在3.5V电压下高达370ʎC)和出色的光热转换能力ꎬ在EMI屏蔽㊁可穿戴智能服装和多功能织物中显示出巨大的潜力ꎮWang等[42]将聚吡咯改性Ti3C2Tx沉积到聚对苯二甲酸乙二酯织物的表面ꎬ制备了既有良好透气性又有优异电磁屏蔽性且防水的织物ꎮ该织物的电导率高达1000S∕mꎬ当织物厚度为1.3mm时ꎬ电磁屏蔽效能值高达90dBꎮ高导电性过渡金属碳∕氮化物(MXene)纳米片同时具有很高的电磁波吸收和内外部抵消作用ꎬ相比于传统碳纳米材料更适于制备电磁屏蔽织物ꎮLiu等[43]通过同轴湿法纺丝方法ꎬ以导电MXene为核层ꎬ芳纶纳米纤维(ANF)为壳层ꎬ制备出超韧㊁高强㊁高导电和环境稳定性好的ANF@MXene核壳纤维ꎮ高度取向的ANF@MXene核壳纤维解决了MXene纤维的导电性能和高力学性能不能兼得的难题ꎬ兼顾了高导电㊁超韧性㊁高拉伸强度和环境稳定性ꎮ3.3㊀纤维基柔性传感器相比于近年来出现的平面型柔性传感器ꎬ纤维基柔性传感器不仅具有质轻㊁柔韧性好㊁透气性好等优点ꎬ而且纤维状的器件结构便于与织物结合ꎬ展现出优异的透气性和舒适度ꎬ在可穿戴健康监控㊁运动识别等方面具有重要的应用价值ꎮ在天然纤维㊁合成纤维㊁超强合成纤维三大类纤维的基础上ꎬ研究人员开发出了多种纤维基柔性传感器ꎮ3.3.1㊀天然纤维基柔性传感器在天然纤维中ꎬ棉纱的应用较为广泛ꎮQi等[44]以棉纱为纤维基底ꎬ采用静电纺丝技术将碳纳米管(CNT)嵌入到聚氨酯(PU)纳米纤维中ꎬ通过与镍涂覆面纱复合构成压阻传感单元ꎬ再利用编织技术构建出一个三维的㊁有弹性的㊁多孔的㊁可用来监测二维空间中压力分布的网络结构ꎬ如图4(a)所示ꎮ不同的CNT添加质量时传感器电阻R随压力变化示意如图4(b)所示ꎬCNT浓度越大对传感器电阻变化影响越明显ꎬ且相对电阻随着施加压力的增大而呈现指数型下降ꎮ在0.001~1N范围内该传感器具742第6期谢金林等:导电纤维在新型纺织品中的应用进展。
导电纤维在纺织品中的应用及未来展望
摘要:介绍导电纤维的分类,金属纤维、碳纤维和有机导电纤维的性能与主要特点以及导电纤维在几类纺织品中的应用,分析了各类导电纤维适宜的应用条件,并展望了纺织用导电纤维的发展前景。
如今,纺织品在工业生产中已扮演着越来越重要的角色。
采用新型纤维和新纺织工艺制成的导电纤维纺织品用途不断拓展,具有良好柔韧性的导电纤维受到了广泛的关注。
20世纪60年代人们开始研发导电纤维,随着研究的不断深入,不同类型的导电纤维被逐渐开发,纺织用导电纤维的生产和应用技术已逐渐趋于成熟,其产品在抗静电纺织品、屏蔽电磁波纺织品、智能纺织品和防侦察伪装材料等领域都有着广泛的应用。
1 导电纤维的分类与性能导电纤维通常是指在标准状态下(200C,65%RH)电阻率小于10 7Q·cm的纤维…。
目前纺织用导电纤维可分为三类,即金属导电纤维、碳纤维和有机导电纤维。
1.1金属导电纤维金属导电纤维是指由某些金属材料通过特定的方法加工成的适宜用于纺织生产的纤维金属纤维的性能主要取决于所采用的材料的性质与其加工方法和工艺。
最早问世的金属导电纤维是美国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[3]。
目前纺织用金属纤维主要有不锈钢纤维、铜纤维、铅纤维等,金属材料的纤维化方法包括拉伸法(单丝拉伸法、集束拉伸法)、熔融纺丝法、切削法、结晶析出法等,通常制成短纤维,与普通纺织纤维混纺织造。
金属纤维属导电成分均一型的导电纤维,具有优良的导电性、耐热性、耐化学腐蚀性、柔软性,但比重大、抱合力小、可纺性相对较差,制成的高线密度纤维价格昂贵,成品色泽也受到一定的限制,另外,金属纤维使用时需要在纤维外面包覆专门的电磁屏蔽层,以减少各纤维间的干扰。
1.1.1 铜纤维铜纤维具有十分优良的导电性能和导热性能,1电阻率非常小,但线密度相对较高,目前所使用的铜丝线密度大概在4 000 dtex左右。
铜纤维织制抗静电织物可用于工作服等,有一定的开发价值。
导电纤维用途
导电纤维用途导电纤维是一种具有导电性能的纤维材料,可以用于各种领域的应用。
下面将详细介绍导电纤维的用途。
首先,导电纤维在电子领域有着广泛的应用。
导电纤维可以用于制造导电线路、电子元件和电子设备。
例如,导电纤维可以用于制造柔性电子产品,如可穿戴设备、智能手表和智能衣物。
导电纤维可以作为柔性电路板的基材,用于连接各种电子元件,实现电子设备的功能。
此外,导电纤维还可以用于制造电子纺织品,如智能织物和电热织物。
这些电子纺织品可以用于医疗保健、智能家居和航空航天等领域。
其次,导电纤维在能源领域也有着重要的应用。
导电纤维可以用于制造柔性太阳能电池和柔性电池。
柔性太阳能电池可以将太阳能转化为电能,用于供电或储存能量。
柔性电池可以用于电子设备、智能家居和电动车等领域。
导电纤维还可以用于制造能量收集装置,如能量收集地毯和能量收集衣物。
这些能量收集装置可以通过人体运动或环境能量收集能量,用于供电或储存能量。
此外,导电纤维在传感器领域也有着广泛的应用。
导电纤维可以用于制造压力传感器、温度传感器和湿度传感器等。
这些传感器可以用于测量和监测各种物理量,如压力、温度和湿度。
导电纤维还可以用于制造生物传感器,如心率传感器和血氧传感器。
这些生物传感器可以用于监测人体健康状况,如心率和血氧饱和度。
导电纤维还可以用于制造环境传感器,如空气质量传感器和水质传感器。
这些环境传感器可以用于监测环境污染和水质污染等。
此外,导电纤维还可以用于制造智能纺织品和智能家居产品。
导电纤维可以与其他纤维材料混纺,制成具有导电性能的纺织品。
这些智能纺织品可以用于制造智能衣物、智能床上用品和智能家居产品。
智能纺织品可以通过与电子设备的连接,实现各种功能,如温度调节、光照控制和健康监测等。
导电纤维还可以用于制造智能窗帘和智能地板等智能家居产品,实现智能家居的自动化和智能化。
总之,导电纤维具有广泛的应用前景。
它可以用于电子领域、能源领域、传感器领域和智能家居领域等。
防静电面料成分
防静电面料成分防静电面料是一种特殊的织物,其主要功能是防止静电的产生和积累。
防静电面料成分包括纤维、导电材料、染料和助剂等多个方面。
一、纤维成分1.1 涤纶涤纶是一种合成纤维,具有优异的耐热性、耐磨性和强度。
同时,涤纶也具有良好的抗静电性能。
1.2 尼龙尼龙是另一种合成纤维,其特点是强度高、耐磨性好。
尼龙也可以用于制作防静电面料。
1.3 棉棉是天然的植物纤维,具有良好的透气性和吸湿性。
但棉不具备抗静电的特性,需要与其他材料混合使用。
二、导电材料成分2.1 金属丝金属丝是最常用的导电材料之一,可以在面料中添加金属丝以增强导电效果。
常见的金属丝有铜丝、银丝等。
2.2 碳纤维碳纤维是一种轻质高强度材料,具有良好的导电性能。
在防静电面料中添加碳纤维可以提高整体导电效果。
2.3 导电纤维导电纤维是一种特殊的纤维,其本身就具有导电功能。
在防静电面料中添加导电纤维可以有效地防止静电的产生。
三、染料成分3.1 防静电染料防静电染料是一种特殊的染料,可以在面料中添加以增强抗静电效果。
常见的防静电染料有金属离子染料、聚合物离子染料等。
3.2 环保染料环保染料是指对环境无害的染色剂。
在制作防静电面料时,选择环保染料可以减少对环境的污染。
四、助剂成分4.1 抗菌剂抗菌剂是一种能够杀死或抑制微生物生长的化学物质,在防静电面料中加入抗菌剂可以增强其抗菌性能。
4.2 柔软剂柔软剂是一种能够使织物变得更加柔软舒适的化学物质。
在制作防静电面料时,加入柔软剂可以提高面料的舒适度。
4.3 稳定剂稳定剂是一种能够增强织物稳定性的化学物质。
在制作防静电面料时,加入稳定剂可以提高其耐久性和使用寿命。
总结:防静电面料成分包括纤维、导电材料、染料和助剂等多个方面。
其中涤纶、尼龙、金属丝、碳纤维等都是常见的成分。
同时,防静电染料、抗菌剂、柔软剂和稳定剂等助剂也是制作防静电面料中不可缺少的一部分。
通过合理地选择和搭配不同的成分和助剂,可以生产出具有良好抗静电性能和舒适度的防静电面料。
导电布成分含量
导电布成分含量导电布是一种特殊的纺织品,由导电纤维和织物构成。
导电纤维是指具有良好导电性能的纤维,它们可以通过导电纤维和导电纤维之间的接触来传导电流。
导电布可以应用于许多领域,例如智能服装、医疗设备、电子产品等。
导电布的导电性能与其成分直接相关,下面将介绍几种常见的导电布成分。
1. 纳米银颗粒:纳米银颗粒是一种具有优异导电性能的导电纤维。
纳米银颗粒的尺寸通常在5-100纳米之间,其大量表面积可以提供更好的导电性。
导电纤维中含有纳米银颗粒时,银颗粒与银颗粒之间会形成导电网络,从而增强导电性能。
2. 碳纳米管:碳纳米管是一种由碳原子构成的管状结构,具有高导电性和优异的机械性能。
碳纳米管具有高比表面积和优异的电子传输能力,因此在导电纤维中应用广泛。
碳纳米管可以通过化学气相沉积、电化学沉积等方法制备,并与其他纤维材料混合使用,以增强导电性能。
3. 导电聚合物:导电聚合物是具有导电性能的有机聚合物材料。
导电聚合物通常通过掺杂或共聚合的方式制备,以增加导电性。
常见的导电聚合物包括聚苯胺、聚咪唑、聚乙炔等。
导电聚合物具有可塑性好、成本低和可重复使用的特点,因此在导电布中得到广泛应用。
4. 导电纤维涂层:导电纤维涂层是将具有导电性能的材料涂覆在普通纤维表面上,以实现导电效果。
常见的导电纤维涂层材料包括金属氧化物(如二氧化锡、氧化铟锡等)和导电聚合物。
导电纤维涂层可以提供较好的导电性,并且可以在普通纤维上实现导电的目的。
5. 金属纤维:金属纤维是一种由金属材料制成的导电纤维。
常见的金属纤维包括铜纤维、金纤维等。
金属纤维具有良好的导电性能和机械性能,但相对较硬,不适合柔软的纺织品。
然而,在某些特定应用场合中,金属纤维仍然是一种重要的导电纤维材料。
综上所述,导电布的导电性能与其成分密切相关。
纳米银颗粒、碳纳米管、导电聚合物、导电纤维涂层和金属纤维是常见的导电布成分。
这些导电布成分在导电纤维中起着不同的作用,可以提供良好的导电性能和机械性能,满足不同领域的需求。
防静电工作服的分类及性能要求
防静电工作服的分类及性能要求1.防静电(是种处于静止状态的电荷)织物:防止衣物的静电积聚,在纺织时,大致间隔或均匀(jūn yún)地混入导电纤维的织物。
2.导电纤维:采用金属氧(Oxygen)化(oxidation)物或碳(C)黑进行复合纺丝方法而制成的纤维。
3.服装外观要求:无破损、斑点、污物以及其他影响(influence)服装性能上的缺陷。
4.防静电(是种处于静止状态的电荷)面料性能:在温度(temperature)20±5℃、湿度30~40%的环境下,经水洗100次后,面料电荷(electric charge)面密度(单位:g/cm3或kg/m3)平均值(The average value)≤7.0μc/m2。
5.防静电(是种处于静止状态的电荷)服装性能:每件防静电服的带电电荷(electric charge)量<0.6μc/件,耐洗涤(washing)性能。
6.防静电(是种处于静止状态的电荷)服装检验标准:中华人民共和国防静电服装国标。
7.防静电(是种处于静止状态的电荷)服装检验依据(yī jù):GB/T12703-1991《纺织品(textile)静电测试(TestMeasure)方法》。
8.防静电(是种处于静止状态的电荷)面料染色要求:轻丝光,不磨毛。
氧(Oxygen)漂剂请尽量控制(control)在剂量的80%。
9.防静电(是种处于静止状态的电荷)服穿用要求:禁止在易燃易爆场所穿脱;禁止在防静电服装上佩戴任何金属物件;与防静电鞋配套穿用。
反光服厂家根据反光安全服的用途分为:反光雨衣、环卫工人反光服、反光骑行服、反光校服、反光休闲服、交警反光服、户外反光运动服、反光劳保服、反光工作服、特种行业反光服等。
反光服种可以减少夜间交通事故的反光安全服,它是将反光膜置于服装表面,用于夜间行路或路面作业的安全服。
在夜间无干扰的情况下,反光和夜光的有效距离为500米,该安全服制造简单、更换膜方便、成本低廉、易于推广,是种理想的夜间安全防护服。
新型导电纤维材料在电子织物中的应用
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。
导电布成分含量
导电布成分含量导电布是一种可以导电的纺织材料,广泛用于电子、通信、医疗等领域。
导电布的导电性能与其成分密切相关,不同的成分含量会对导电布的导电性能产生巨大影响。
在本文中,我们将探讨导电布的成分含量对其导电性能的影响。
导电布通常由导电纤维和织物基材组成。
导电纤维是导电布中的重要组成部分,它可以通过导电材料的添加或导电处理的方式制备而成。
常见的导电纤维有银纤维、铜纤维、合金纤维等。
导电布的成分含量是指导电纤维在导电布中所占的比例。
银纤维是目前最常用的导电纤维之一。
在导电布中,银纤维的含量越高,导电性能越好。
银纤维的导电性能优异,可实现低电阻和稳定的电流传导。
在导电布中加入较高比例的银纤维,可以提高导电布的导电性能,适用于对导电性能要求较高的场合,如导电服装、导电窗帘等。
铜纤维是另一种常用的导电纤维。
与银纤维相比,铜纤维的导电性能略逊一筹,但成本更低。
在导电布中,适量添加铜纤维可以降低导电布的成本,同时保持一定的导电性能。
此外,铜纤维还具有良好的抗电磁干扰能力和防静电能力,可应用于电子设备的屏蔽和防静电领域。
除了银纤维和铜纤维外,合金纤维也被广泛应用于导电布中。
合金纤维是由两种或两种以上金属元素组成的纤维。
不同金属元素之间的配比和含量可以通过调整合金纤维的成分含量来改变导电布的导电性能。
合金纤维具有导电性能稳定、耐腐蚀等特点,在导电布中的应用前景广阔。
导电布的基材也是影响导电性能的重要因素。
常见的基材有聚酯纤维、尼龙纤维、棉纤维等。
这些基材的导电性能较差,但具有良好的柔软性和透气性。
基材的成分含量会影响导电布的柔软性和透气性,需要根据具体应用场合进行选择。
总之,导电布的成分含量对其导电性能有着直接的影响。
在选择导电布时,需要考虑导电纤维的类型和含量,以及基材的柔软性和透气性。
根据具体的应用需求,调整导电布的成分含量,以获得最佳的导电性能。
导电布的研发和应用将为电子技术和纺织技术的融合提供更多可能性,推动科技的进步和创新。
导电丝面料消除静电的原理
导电丝面料消除静电的原理
导电丝面料消除静电的原理主要是利用导电纤维的抗静电性能。
导电纤维是以电子导电为机理的纤维,其电阻率一般在108Ω/cm以下,因此无湿度依赖性,具有远高于抗静电纤维的消除和防止静电作用的能力。
当织物因摩擦带上静电后,织物中产生的电荷向导电纤维汇集,导电纤维中诱发了与织物上电荷符号相反的电荷。
导电纤维附近诱发产生静电场,周围的空气受此电场的作用而电离,电晕放电产生的正负离子中与织物所带电荷性质相反的离子向织物移动,与织物所带电荷中和,从而消除静电。
以上信息仅供参考,建议查阅导电丝面料书籍或者咨询服装行业业内人士了解更多细节。
针织间隔导电织物的压力电阻传感性能
针织间隔导电织物的压力电阻传感性能电阻传感器是一种常用的传感器,广泛应用于各个领域,如汽车、电子设备、医疗设备等。
而针织间隔导电织物是一种新型的导电材料,具有很好的柔韧性和可塑性。
本文将主要探讨针织间隔导电织物作为压力电阻传感器的性能。
针织间隔导电织物具有较好的导电性能。
导电织物通常采用导电纤维进行编织,导电纤维的导电性能是影响织物导电性能的关键因素。
常用的导电纤维有金属纤维和导电聚合物纤维。
金属纤维具有较好的导电性能,但柔韧性和可塑性较差,不适合用于织物;而导电聚合物纤维具有良好的导电性能和柔韧性,适合用于织物。
针织间隔导电织物通常采用导电聚合物纤维进行编织,因此具有较好的导电性能。
针织间隔导电织物具有较低的压力电阻。
压力电阻是指在外力作用下,导电织物的电阻随之发生变化。
通常,导电织物的电阻与织物间隔和压力呈反比关系。
针织间隔导电织物的特殊编织结构使得织物间存在间隔,当外力作用于织物表面时,织物间隔会减小,进而导致电阻降低。
针织间隔导电织物具有较低的压力电阻。
针织间隔导电织物具有良好的稳定性和可靠性。
稳定性是指传感器在长时间应用中保持压力敏感性能稳定且可靠。
针织间隔导电织物由导电纤维编织而成,纤维与纤维之间通过编织结构相连,使得织物具有较好的稳定性。
导电纤维的材料和编织结构对织物的稳定性也有很大的影响。
合适的导电纤维和编织结构能够提高针织间隔导电织物的稳定性和可靠性。
针织间隔导电织物具有较好的适应性和灵敏性。
适应性是指传感器对不同压力范围的适应能力。
针织间隔导电织物的压力电阻随外力的变化呈线性关系,可以根据需要进行定制和调整,适应不同的压力范围。
灵敏性是指传感器对微小压力变化的敏感程度。
针织间隔导电织物具有较好的柔韧性和可塑性,织物间隔的缩小和扩大对于电阻的变化非常敏感,能够实现对微小压力变化的检测。
针织间隔导电织物作为压力电阻传感器具有较好的性能,具有良好的导电性能、较低的压力电阻、良好的稳定性和可靠性,以及较好的适应性和灵敏性。
导电布的作用
导电布的作用导电布是一种具有导电性能的织物,它将导电纤维与普通织物结合起来,使织物具有导电的特性。
导电布的作用在多个领域中得到广泛应用,包括电子产品、医疗设备、防静电措施等。
本文将从几个方面分析导电布的作用。
首先,导电布在电子产品中的应用非常广泛。
在手机、电脑、平板电脑等电子产品中,导电布被广泛应用于触摸屏的制造。
导电布上的导电纤维能够有效地传导人体触摸的电荷,使触摸屏能够正确地感应和响应触摸动作。
导电布还用于电子产品的线缆、接头等部位,有效地提高了产品的传输速度和稳定性。
其次,导电布在医疗设备中也发挥重要的作用。
导电布在心电图仪、心脏起搏器、脑电图仪等医疗设备的制造中被广泛使用。
导电布能够有效地传导人体的生物电信号,确保医疗设备能够准确地检测和记录人体的生理信息。
导电布的使用还能够减少不必要的电磁干扰,提高医疗设备的信号质量和稳定性。
第三,导电布在防静电措施中也有重要的应用。
在一些特殊的环境中,静电可能会对设备和人体造成损害。
导电布能够有效地释放静电,降低静电的积累和释放,从而减少静电引起的设备故障和人体不适。
导电布在一些实验室、工厂、医院等静电敏感的场所被广泛用于地面覆盖和工作服制作,起到防静电的作用。
此外,导电布还被应用于其他领域。
例如,在电磁屏蔽中,导电布能够有效地屏蔽外部电磁干扰,保护设备的正常工作。
导电布还被用于温度调控,通过电流的加热可以调节导电布的温度,用于一些特殊场合。
此外,导电布还被用于可穿戴设备、智能家居等领域,为人们的生活提供更多的便利。
总结一下,导电布作为一种具有导电性能的织物,在电子产品、医疗设备、防静电措施等领域中发挥着重要的作用。
它能够传导电荷、生物电信号,防止静电积累,屏蔽外部电磁干扰,调控温度等。
导电布的应用使得相关设备和产品更加稳定和可靠,给人们的生活带来了更多的便利。
随着科技的不断进步,导电布在更多领域中的应用潜力将不断被挖掘和发展。
新型聚氨酯基导电纤维与织物研制及其应用探讨
数量 级 , 电导率 可达 1 t - 研究证实其导 最高 0 Q—m1 o o
电性能稳 定性 良好 , 并且 拉伸 后恢 复性 好 , 经磨 耐
洗。 i
17 9 4年 美 国杜邦 公 司采用 复合纺 丝技 术成 功制备 出含有炭黑 导 电芯 的复合导 电纤 维 , 才使得 导 电纤
检测的响应 曲线
2 . 3应力传感器与 气体传感 器
聚氨酯 基导 电纤 维与织物所 具有 的高 电导 、 高
弹性 的优 异特性 , 以及碳 纳米管与 聚氨酯 间特 殊 的 相互作用 , 使得导 电纤维对 外部刺激 具有灵 敏的响
0 引 言
了 目前聚氨酯 基导 电纤 维的导 电率 大小 , 明这种 表 新 型纤维 的电导率 比常见 的抗静 电纤 维高 4~ 7个
导 电纤维 是在 2 0世 纪 6 0年 代 出现 的一 种新
的纤维 品种 , 通常把 电导率 大于 1 一 t 2 ℃ 、 0 Q—m (0 s o 6 %R 5 H条 件下 )的纤维定 义为导 电纤维 ,但直 到
呈 黑色 外 , 织物 的手 感没 有 明显影 响 ; 电性 能 对 导
优 良, 且耐久性 好 。值得 一提 的是 这种后处 理方法 还可 以直接应 用到织物 上来形成 导 电层 , 导 电区 且
域仍然保持 良好的柔顺性 。 2 聚 氨酯基 导电纤维与织物的应用
21 静 电 与静 电屏 蔽 .抗
收 稿 日期 :0 1 0 — 5 2 1- 7 1
作者 简介 : , 省级 工程技 术研发 中心主任 , 高级经济师。
5 1
山东 纺 织 经 济
2 1 年第 8 ( 01 期 总第 14期 ) 7
这 种新 型导 电纤 维满 足用 于纺 织 品 的导 电纤
含有机导电纤维织物的染整加工技术
含有机导电纤维织物的染整加工技术纺织品特别是化纤制品的静电问题已经越来越多的被人们重视。
为了解决织物静电问题,主要采用了抗静电后整理法、吸湿性纤维混纺法、导电纤维混纺或交织法等,其中前两种方法由于耐久或受环境条件的限制,应用受到了限制;而导电纤维混纺法越来越多的得到广泛应用。
在导电纤维类中,有机复合导电纤维由于与其他纤维性质类似,易于混纺或交织,易于染色等优点,应用更广泛。
有机复合导电纤维几乎可与各种纤维混纺或交织,但在纺织加工时应根据混纺纤维种类、加工过程、最终用途等选择适当的导电纤维。
同时,在染整加工时应选择适当的工艺,以使导电纤维发挥更佳的效果。
含有机导电纤维织物的前处理各种有机导电纤维由于基体(PA6、PA66、PET等)的不同、导电物质(炭黑、金属化合物等)的不同、截面形状(皮芯型、偏心小圆、中心小圆、薄片夹心等)的不同,对于染整加工前处理的表现也不同。
前处理根据混纺织物的不同而有不同的加工工艺。
对于毛织物或毛涤织物,主要受到湿热、酸、还原剂等作用,以除杂、洗呢、缩呢、漂白等;对于涤棉或棉织物,主要受到湿热、碱、氧化剂等作用,以退浆、去杂、煮练、漂白等;对于涤纶长丝仿毛或仿丝绸等织物,主要受到湿热、碱等作用,以退浆、去除油剂、减量等;对于涤锦复合织物,主要受到湿热、碱等作用,以退浆、去除油剂、开纤等。
所以,有机导电纤维在这些织物中,会承受不同的化学作用。
所幸运的是,大多有机导电纤维对于湿热、酸、碱、氧化和还原等化学处理都具有一定的耐受能力。
但是,有些剧烈条件如强酸或强碱会影响到导电纤维基体的性能,从而影响其使用。
表1是尼龙6织物在不同减量处理时的强力变化,处理温度为:130℃、30min。
表2和图1是涤纶长丝军港呢和涤锦(PA6)长丝织物在不同减量情况下的强力变化。
从中可以看出,尼龙6在对碱是较敏感的,在热碱中由于降解,造成的强力下降较大,但随着碱浓度的增大,在一定时间内强力变化不大。
导电纤维的主要成分
1.导电纤维是指在聚合物中混入导电介质所纺制成的化学纤维或金属纤维、碳纤维等。
具有远高于抗静电纤维的优异的消除和防止静电的性能,且比电阻值持久不变并基本上不受湿度影响。
按导电成分分布状态,分为均匀型、被覆型和复合型三类。
一般采用混溶、蒸镀、电镀和复合纺丝等方法,在纤维中添加炭黑、石墨、金属粉或金属化合物等导电介质制得。
其制品可用于静电感应屏蔽,混有少量导电纤维的织物还可用作特种工作服、防尘刷等。
2.按导电成分划分导电纤维主要有4种:金属纤维、炭黑系纤维、导电型金属化合物纤维和导电高分子型纤维。
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,成品色泽受限制,多用于地毯和工作服面料,制成高细度纤维时价格昂贵。
碳黑系纤维是将碳黑与成纤物质混合后采用皮芯纺丝法制成的导电纤维,在保持纤维原有的力学性质以外,又获得了一定的导电性能,但是颜色单一,通常为黑色或灰黑色,在使用上受到了一定的限制。
以粘胶、腈纶、沥青作为原丝,经碳化处理后的碳纤维,导电性能好,耐热,耐化学药品,但模量高,缺乏韧性,不耐弯折,无热收缩能力,适用范围有限。
以普通纤维为基底,用涂层法在纤维表面涂上碳黑的纤维,碳黑易脱落,手感不好,且碳黑在纤维表面不易均匀分布。
导电型金属化合物纤维,以铜、银、镍和镉的硫化物、碘化物或氧化物为导电材料,以混合纺丝法、吸附法或化学反应法制成,牢度较好,其中铜、银化合物还具有一定的附加功能,如抗菌、除臭,但是银的成本偏高,而铜、镍和镉的硫化物和碘化物的导电纤维较碳黑系纤维差,电磁屏蔽性能一般,主要用于抗静电。
导电高分子型纤维中,由聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等高分子导电材料直接纺丝制成的有机导电纤维,纺丝困难,价格更高,也难在纺织品中广泛使用。
2.1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102-104Ω/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。
纺织品的导电性能研究
纺织品的导电性能研究
第1部分:导论
纺织品的导电性是近年来在材料科学领域中备受关注的课题之一。
传
统的纺织品一般具有较差的导电性能,然而,随着电子技术的快速发展,人们对于能够实现导电功能的纺织品的需求越来越大。
具有良好
导电性能的纺织品可以应用于许多领域,例如智能服装、健康监测、
电子设备集成等。
因此,对纺织品导电性能的研究具有重要的科学意
义和应用价值。
第2部分:纺织品导电机制
纺织品的导电性是由于其中存在导电纤维或导电添加剂的存在。
导电
纤维是指具有较好导电性能的纤维,如金属纤维和导电聚合物纤维。
导电添加剂则是指添加到纺织品中的导电性材料,如碳纳米管和导电
聚合物颗粒等。
导电纤维和导电添加剂会形成导电网络,提高纺织品
的导电性能。
第3部分:导电纤维的应用
导电纤维是纺织品导电性能的重要组成部分。
金属纤维由于其良好的
导电性能和可编织性,在智能纺织品领域有着广泛的应用前景。
例如,金属纤维可以用于制作智能传感器,实现对人体生理参数的监测。
此外,金属纤维还可以用于制造柔性电子器件,如智能手套、可穿戴设
备等。
导电聚合物纤维是另一种常见的导电纤维材料,它具有较好的
柔软性和导电性能,并且可以与其他纤维材料混纺。
导电聚合物纤维
可以应用于制作柔性电路和传感器。
针织间隔导电织物的压力电阻传感性能
针织间隔导电织物的压力电阻传感性能针织间隔导电织物是一种具有导电性能的织物,通过在织物中添加导电纤维或导电物质,使其在受到外力压力时,能够产生相应的电阻变化。
这种电阻传感技术可以在智能纺织品、健康监测、压力控制等领域中得到广泛应用。
本文将对针织间隔导电织物的压力电阻传感性能进行详细分析和阐述。
针织间隔导电织物的压力电阻传感性能与其导电纤维的性能密切相关。
导电纤维通常是利用导电聚合物或导电纤维素纤维进行制备的,具有一定的电导率。
当导电纤维处于正常状态时,其表面的电阻相对较低,导电性能较好。
当织物受到外力压力时,导电纤维之间的接触面积减小,电阻也随之增加。
针织间隔导电织物的压力电阻传感性能可以通过测量导电纤维的电阻值来评估。
针织间隔导电织物的结构和织法也会影响其压力电阻传感性能。
一般来说,织物的结构密度越大,导电纤维之间的接触面积越大,电阻也会相应地降低。
织物的厚度和弹性也会对压力传感性能产生影响。
较厚的织物由于具有较大的变形空间,可以承受更大的压力,因此其电阻变化范围更大。
而具有较好弹性的织物在受到压力时可以迅速恢复原状,电阻值也会相应地恢复到正常状态,具有较好的稳定性。
针织间隔导电织物的测试方法也会对压力电阻传感性能的评估产生影响。
常用的测试方法包括静态测试和动态测试。
静态测试是通过施加不同大小的压力,在不同时间段内测量电阻值,从而得到压力电阻曲线。
而动态测试则是模拟实际使用中的压力变化情况,通过测量电阻值的变化来评估织物的传感性能。
通过对不同测试方法的比较和分析,可以选择最适合织物特性评估的测试方法,从而更准确地评估织物的压力电阻传感性能。
应注意到针织间隔导电织物的压力电阻传感性能可能受到环境因素的影响。
温度和湿度的变化可能会导致织物导电纤维的电导率发生变化,从而影响电阻值的测量结果。
织物的使用寿命和耐久性也会对压力电阻传感性能产生影响。
细长的导电纤维在长时间的使用过程中可能会出现断裂或磨损,导致织物的电阻变化不再准确,降低了传感性能。
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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。
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。
金属化合物型导电纤维:①混合纺丝法:这种方法与碳黑方法一样,将导电性物质与成纤高聚物混合,再纺丝成皮芯结构,这种方法适合的纤维为各类合成纤维, 如可将CuI、表面涂有TiO2 的SnO2 等导电性物质与改性PET混合作为芯层纺丝。
②吸附法:吸附法有两种机理:常规吸附和通过金属离子与纤维络合吸附。
常规吸附与碳黑吸附类似,可以通过粘合剂将导电性化合物与纤维表面粘合,强极性、弱极性和致密结构的纤维均可。
通过金属离子与纤维络合吸附尤其适用与含氮的纤维,将纤维高温蒸汽处理后,再与金属离子的化合物涂到纤维表面得到导电纤维。
或者将纤维和金属化合物溶液高温高压共煮,再加入纤维的溶胀剂、掺杂剂,也可以得到导电性能较好的导电纤维。
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。
这类导电纤维主要用于电磁波屏蔽场合。