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導電纖維及其織物的抗靜電性能介紹

集萃印花網 2011-01-25 00:00:00

【集萃網觀察】1 引言

　　高分子材料多為電阻率極高的材料，由其制成的紡織品容易產生靜電現象。隨著工業的高速發展及合成纖維在各個領域中的廣泛應用，這種靜電影響變得日益普遍。，因摩擦產生靜電而造成的故障和災害也時有發生，因此，提高紡織品的抗靜電性能及抗靜電性能的耐久性已引起人們的普遍重視。抗靜電織物的應用就是靜電防護的有效手段之一。

　　抗靜電織物從加工工藝來看有后整理型、纖維化學改性型、導電纖維混紡型、導電纖維嵌入型等4種類型。其中后整理型工藝簡單、成本低廉，但不耐洗滌，受空氣相對濕度影響較大；纖維化學改性型抗靜電纖維本身的黑色在淺色織物中無法掩蓋，影響外觀；而導電纖維混紡型和導電纖維嵌入型織物以其導電性能好、耐洗滌的優良性能被較為廣泛應用于抗靜電織物當中。

　　2導電纖維織物的抗靜電機理

　　一般將電阻率在108 Ω/cm以下的纖維（20℃、65%R.H）統稱為導電纖維。導電纖維是以電子導電為機理的纖維，因此無濕度依賴性，具有遠高于抗靜電纖維的消除和防止靜電作用的性能。在織物中混入0.5%～5%的導電纖維即可解決織物帶靜電問題。

　　含導電纖維的織物是利用電體的靜電誘導、電暈放電、泄露等綜合作用而實現抗靜電性能的。其過程為：織物因摩擦帶上靜電→織物中產生的電荷向導電纖維匯集→導電纖維中誘發了與織物上電荷符號相反的電荷→導電纖維附近誘發產生靜電場，周圍的空氣受此電場的作用而電離→電暈放電產生的正負離子中與織物所帶電荷性質相反的離子向織物移動與織物所帶電荷中和→消除靜電。

　　3導電纖維的分類

　　導電纖維可分金屬纖維、碳纖維、有機導電纖維、復合型導電纖維4大類。

　　3.1金屬纖維

　　通過不銹鋼、銅、鋁絲拉伸，熔融紡絲，切割制成4～16 μm的纖維，混入常規的紡織材料中制成抗靜電織物。其導電性能好、耐熱、耐化學腐蝕，但抱合力小、可紡性能差、制成高細度纖維時價格昂貴，成品色澤受限制。

　　3.2 碳纖維

　　模量高、缺乏韌性、不耐彎折、無熱收縮能力，不適合于紡織品使用。

　　3.3有機導電纖維

　　包括長絲和短纖維兩大類，兩者各有不同的使用方法、使用范圍和優缺點。長絲常采用嵌織法在織物上形成條子或格子；而短纖維則多采用混紡的方法添加于織物。從含有機導電纖維紡織品的抗靜電機理考慮，有機導電纖維一方面提供電荷集結作用、另一方面提供電荷逸散通路，故長絲易于形成電荷逸散通路。實驗證明，為達到相同的抗靜電性能，短纖維的添加量約為長絲的10～20倍。同理，當有機導電長絲應用于針織物時，因導電通路呈曲線狀，為達到相同的抗靜電性能要求，其添加量要高于機織物。

　　3.4復合型導電纖維

　　將碳黑、TiO2 SnO2、ZnO、CuI等導電微粒與常規纖維材料復合而得到。它較之其他類型的導電纖維具有較好的成纖性能和持久的導電性。

　　復合紡絲所產生的導電纖維一般有導電成分露出型、三層同心圓、并列型、芯鞘型和海島型等5種主要結構。它們的截面形狀如圖1所示。

　　1–導電成分；2–非導電成分

　　圖1 復合型導電纖維的截面形狀

　　5種類型的導電纖維性能如下：

　　1）導電成分露出型：導電成分分布并露出纖維表面，放電非常快，抗靜電效果好。這種形態的纖維雖然抗靜電效果好，但因為導電層裸露在外，會因洗滌及摩擦使導電粒子流失而降低導電性能。導電成分容易損耗。

　　2）三層同心圓：這是一種將導電成分夾在中間層的復合纖維。非導電成分和導電成分在80:20～60:40之間。非導電成分過大，導電性下降；過小，紡絲性變差。這種夾層結構使導電成分既接近表面附近又包覆在中間，所以白度增加且耐洗滌和摩擦，導電效果好又兼具耐久性。

　　3）并列型：這是將纖維分成兩層、三層或更多層并列，使導電成分貫穿纖維橫截面并在兩端露出，所以電荷能導通到纖維的另一面，使垂直于纖維軸向的導電效果增加。此種纖維的導電部分不易超過30%，以免使纖維的導電耐久性、耐摩擦性和耐洗滌性下降，可以通過增加并列的層數提高導電性。

　　4）芯鞘型：這類纖維分為兩類：一是以導電成分為芯，非導電聚合物為鞘，一般的比例為50:50，這種纖維白度好，耐洗滌，耐摩擦、耐久性好，但導電效果較差。二是以導電成分為鞘，非導電聚合物為芯，這種纖維導電效果佳，但導電成分裸露在外，使纖維的顏色、洗滌性、摩擦性受到影響。

　　5）海島型：纖維的“海”為非導電聚合體，“島”為導電成分，“島”的直徑小于0.5μm，“島”的直徑越小，開始電暈放電的電壓越低，殘留的帶電荷的量越少，可以避免因靜電引起的爆炸及火災。在此成分中“島”的成分要與“海”的成分互容，一般成分比在30:70或70:30之間。

　　4抗靜電性能的比較

　　本文以后整理型、纖維化學改性型、導電纖維混紡型、導電纖維嵌入型4種抗靜電織物為樣本，按GB/T12703.2–2009《紡織品靜電性能的評定第2部分：電荷面密度》的試驗方法測定其未經洗滌、洗滌10次、洗滌20次的電荷面密度（電荷面密度即樣品每單位面積上所帶的電量）。洗滌試驗選擇GB/T8629–2001中的7A程序洗滌，平鋪晾干，將洗滌后的樣品在50℃下預烘4 h，在溫度（20±2）℃,相對濕度（35±5）%條件下達到調濕平衡，不得沾污樣品。測試數據見表1。