導(dǎo)電纖維的制備方法及應(yīng)用

湯雅淇 桂寧遙 馬 巖

（遼東學(xué)院化工與機(jī)械學(xué)院，遼寧丹東118000）

20 世紀(jì)中期，由于靜電而造成的事故屢屢發(fā)生，引起了各國研究機(jī)構(gòu)的重視。同時，由于信息革命的迅猛發(fā)展，在人們的工作以及生活環(huán)境中電磁輻射也日漸嚴(yán)重。但是導(dǎo)電纖維就具有非常良好的抗靜電效果并且持續(xù)的時間較長，環(huán)境的濕度對其也不具影響，在一定條件下，具有電磁屏蔽功效，于是導(dǎo)電纖維的研制越來越受到重視，使用的領(lǐng)域也愈來愈廣泛[1]。

一、導(dǎo)電纖維生產(chǎn)的工藝流程

1.導(dǎo)電聚合物的制備

由PET 和聚乙二醇合成共聚酯，再聯(lián)合碳黑進(jìn)行雙螺桿混煉，再通過切片、真空干燥機(jī)干燥、固相聚合、冷卻這幾步驟，最終形成導(dǎo)電聚合物切片。

2.導(dǎo)電纖維的制作流程

導(dǎo)電聚合物和PET 切片經(jīng)過雙螺桿、紡絲箱體、復(fù)合紡組件、冷卻區(qū)、上油、卷繞、拉伸、定型、檢驗(yàn)等步驟到最后裝箱[2]，這就是導(dǎo)電纖維的制作流程。

二、導(dǎo)電纖維的具體分類以及制造方法

根據(jù)導(dǎo)電纖維的特點(diǎn)，可以將其分為四大系列，分別是金屬系導(dǎo)電纖維、碳黑系導(dǎo)電纖維、導(dǎo)電高分子纖維和金屬化合物型導(dǎo)電纖維[3]。下面針對這四種導(dǎo)電纖維介紹其具體的制造方法：

1.金屬系導(dǎo)電纖維

金屬系纖維顧名思義是由金屬類材料制成的纖維，所以它可以很好地進(jìn)行導(dǎo)電，能夠耐熱、耐化學(xué)腐蝕，這些都是它的一些特性，但對于紡織品而言，金屬纖維紡紗性能差，制成產(chǎn)品后受到諸多限制，多用于防靜電工作服和抗靜電裝飾類布料的制作，但是將金屬系纖維制成高細(xì)度纖維時的價格比較高。

金屬系導(dǎo)電纖維的制作主要依據(jù)于金屬的一些利用價值比較高的性質(zhì)，最主要方法是直接拉絲法，簡而言之就是將金屬通過拉伸、拉長等各種“拉”的方法拉制成纖維。主要金屬有不銹鋼、銅和鋁。其他的方法還有紡絲法，將金屬通過熔融的方法擠出或噴射成纖維。金屬纖維通常不單獨(dú)使用，而是與普通纖維混合制成可以導(dǎo)電或防靜電的織物。再一種方法是玻璃纖維包覆熔融紡織法。它是利用玻璃絲的包覆性，將金屬類的纖維熔融后包覆于其他纖維上。還有噴涂法，它是將普通纖維先進(jìn)行表面處理，再用真空噴涂或化學(xué)電涂法將金屬沉降在纖維表面，使纖維具有金屬一樣的導(dǎo)電性[4]。

2.碳黑系導(dǎo)電纖維

碳黑系纖維是將碳黑與成纖物質(zhì)混合后制成的導(dǎo)電纖維，其特點(diǎn)是在保持纖維具有的原性質(zhì)之外，增加了一定的導(dǎo)電性能。其缺點(diǎn)是由于原材料的特殊性，顏色比較單一，通常為黑色或灰黑色，在使用上受到了一定的限制。而經(jīng)碳化處理后的碳纖維導(dǎo)電性能、耐熱性以及耐化學(xué)藥品的性能也得到提高，但是缺乏韌性，因此適用范圍有限。碳黑系導(dǎo)電纖維的制造方法通常有以下三種：

（1）摻雜法：即將碳黑與纖維混合后紡絲，使得加紡后的纖維具有導(dǎo)電性能。這種方法一般采用皮芯復(fù)合紡絲法，既不影響纖維原有的物理性能，又使纖維具有了導(dǎo)電性。

（2）涂層法：涂層法是在普通纖維表面涂上碳黑。通常采用粘合劑將碳黑粘合在纖維表面，或者直接將纖維表面快速軟化，并與碳黑粘合。但是這種方法的缺點(diǎn)是碳黑容易脫落，纖維手感不好，并且碳黑在纖維表面的分布不易均勻。

（3）纖維炭化處理法：有些纖維，如聚丙烯腈纖維、纖維素纖維、瀝青系纖維等，經(jīng)炭化處理后，其纖維的主鏈主要為碳原子，進(jìn)而使纖維具有導(dǎo)電能力。

3.金屬化合物型導(dǎo)電纖維

在1960 年代，由美國 Bekaert 公司推出商品化不銹鋼纖維“Beki12 OX”，是最早出現(xiàn)的金屬纖維。將其制成短纖維，并與普通紡織纖維混紡織造，用于防靜電地毯和工作服面料中。金屬化合物型纖維的特點(diǎn)是導(dǎo)電性能好，但是可紡性能差，成品色澤受限制，制作時價格比較昂貴[5]。

導(dǎo)電型金屬化合物纖維以混合紡絲法、吸附法或化學(xué)反應(yīng)法制成。堅(jiān)固程度較好，其中與之混合的化合物還具有其本身的特性以形成附加性能，但是某些化合物的成本偏高，而且部分化合物雖然可與金屬結(jié)合形成金屬化合物型纖維，但導(dǎo)電性能不如碳黑系纖維，屏蔽電磁的性能也比較一般，只能簡單地用于抗靜電織物的制造。

4.導(dǎo)電高分子纖維

導(dǎo)電高分子型纖維是由聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等高分子導(dǎo)電材料通過直接紡絲制成的有機(jī)導(dǎo)電纖維，紡絲過程困難，價格相比于其他三種導(dǎo)電纖維更昂貴，很少在紡織品中應(yīng)用。通常高分子導(dǎo)電纖維分為復(fù)合型和結(jié)構(gòu)型兩大類：

（1）復(fù)合型高分子導(dǎo)電材料：主要由高分子材料與各種導(dǎo)電性物質(zhì)復(fù)合制得。主要產(chǎn)品有導(dǎo)電塑料、導(dǎo)電橡膠、導(dǎo)電纖維織物、導(dǎo)電涂料、導(dǎo)電膠粘劑以及透明導(dǎo)電薄膜等。常用的導(dǎo)電填料有炭黑、金屬粉、金屬箔片、金屬纖維、碳纖維等。

（2）結(jié)構(gòu)型高分子導(dǎo)電材料：是高分子結(jié)構(gòu)本身或經(jīng)過摻雜之后具有導(dǎo)電功能的高分子材料。根據(jù)電導(dǎo)率的大小將其分為高分子半導(dǎo)體、高分子金屬和高分子超導(dǎo)體三類。按照導(dǎo)電機(jī)理可分為電子導(dǎo)電高分子材料和離子導(dǎo)電高分子材料兩種。目前這類材料存在穩(wěn)定性差等問題，尚未進(jìn)入實(shí)用階段。

三、導(dǎo)電纖維的性能

導(dǎo)電纖維最主要的性能就是防靜電的作用。它之所以能夠防靜電，一方面是由于導(dǎo)電纖維可以在較短的時間里快速地將靜電進(jìn)行分散處理，另一方面導(dǎo)電纖維還可以有效地阻止靜電在某一處的累積。在此基礎(chǔ)上，導(dǎo)電纖維還能向大氣進(jìn)行靜電的外放。在導(dǎo)電纖維不接地的時候，通常是利用電暈的方法進(jìn)行靜電的外放。這種方法對于減弱靜電帶來的危險有很顯著的作用。而當(dāng)導(dǎo)電纖維接地時，不止有電暈進(jìn)行放電，還有一部分的靜電通過導(dǎo)電纖維進(jìn)入大地，從而更大程度上減小了帶電量。

四、導(dǎo)電纖維的應(yīng)用

1.防電磁輻射紡織品

在21 世紀(jì)，手機(jī)、電腦已經(jīng)成為我們生活中的必需品，無論是成年人還是青少年都紛紛陷入網(wǎng)絡(luò)之中。然而，我們的工作、生活又都離不開電子產(chǎn)品，所以我們應(yīng)更加關(guān)注電磁輻射的危害。漸漸地，電磁輻射防護(hù)服裝就出現(xiàn)在了市場中，得到了大多數(shù)人的認(rèn)可[6]。

想要防止靜電的產(chǎn)生，就要減弱原電磁場的輻射。電磁屏蔽就是防電磁輻射的主要方式。電磁屏蔽的原理是運(yùn)用低電阻率的導(dǎo)電材料對電磁流具有的反射和引導(dǎo)作用，在導(dǎo)體的材料內(nèi)部產(chǎn)生與原磁場有差異的電流和磁極化，從而打造出了現(xiàn)在的防電磁輻射紡織品。

2.抗靜電紡織品

靜電一直困惑著我們，而紡織材料產(chǎn)生靜電的原因不僅僅是我們皮膚干燥，最主要的原因就是紡織原料之間發(fā)生的摩擦。為解決這個問題我們研發(fā)出來了抗靜電面料。現(xiàn)階段抗靜電紡織品的種類有PAN-PANI 有機(jī)抗靜電纖維、Ascend[10]、PMMA 基抗靜電納米纖維。該類織品大多是用導(dǎo)電纖維制成的具有抗靜電效果的工作服，適用于多種場合，也適合用制作無塵無菌服。

3.傳感器紡織品

智能紡織品達(dá)到智能化的中樞部分就是傳感器，柔性傳感器具有柔軟、可彎曲拉伸等特質(zhì)，并在可穿戴方面的智能紡織品中施展著不可磨滅的作用。傳感器紡織品是利用靈活的導(dǎo)電纖維通過電子傳感器的原理制成的，并且具備輕便易攜帶的優(yōu)點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域。在日本太陽產(chǎn)業(yè)公司的產(chǎn)品中就有所體現(xiàn)，他們用碳纖維建設(shè)了檢測最大應(yīng)變的傳感器，可用于建筑物、道路、工廠、飛機(jī)、索道等布局的安全檢測。

五、導(dǎo)電纖維的發(fā)展前景

從當(dāng)前的近況來看，我們應(yīng)該首先研發(fā)兩種類別的品種：第一類，適用于民用紡織品所需的金屬化合物復(fù)合白色高電導(dǎo)有機(jī)導(dǎo)電纖維；第二類，適用于特別功效的紡織品（如無塵無菌防爆工作服、電磁屏障織物等），需要炭黑涂敷或炭黑復(fù)合的高電導(dǎo)有機(jī)導(dǎo)電纖維。

盡管導(dǎo)電纖維的制造成本有些高，但在織物中它的混用比例少，成效顯著，在民用與工業(yè)用上都有極其廣闊的發(fā)展前景。