导电纤维及其在防静电方面的应用

导电纤维及其在防静电方面的应用

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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108Ω/㎝（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 Ⅲ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102-104Ω/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。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4~16µm的纤维，再把金属纤维制成短纤维，用少量的金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”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，TiO

2、SnO

2

、ZnO、CuI等导电微粒添加到聚合

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。