一、導電纖維技術介紹
1.介紹:從材料學的角度講,材料依導靜電能力可分為:靜電導體、靜電非導體和靜電亞導體。靜電亞導體的電阻率(電導率)介于靜電導體和靜電非導體之間。這里所講的導電紗線屬于靜電亞導體的范疇。
2.主導產品:久效型導電紗線,組建導電紗線及相關防靜電紡織品“靜電功能檢測實驗中心"。依托該中心,公司為導電紗線相關聯的上、下游客戶提供產品靜電功能測試與分析,推薦應用方案與改進建議等技術咨詢。
3.檢測:中心配備了較為完備的測試手段與儀器,如:A102型點對點電電阻測試儀、表面電阻測試儀、低電阻測試儀、高電阻測試儀、Fy342E-ll型織物感應式靜電儀、CFy-402型織物摩擦式靜電測試儀、Fy800-ll型織物防電磁輻射性能測試儀、yG909-ll型紡織品防紫外線測試儀等。
該中心亦與有關科研與院校實驗室建立共享關系。目前開展的檢測項目主要有:導電紗線的單位電阻;防靜電紡織品的:點對點電阻、表面電阻、摩擦電壓、感應電壓、靜電半衰期;織物防電磁輻射性能;織物防紫外線性能等項目。尤其在防靜電防織品方面能就檢測數據情況提出分析及改進建議供客戶參考。
4.分類:根據導電紗線所使用導電纖維的種類,導電紗線大致分為:
1.有機復合炭黑系導電紗線(黑或灰色)
2.有機復合金屬化合物系導電紗線(白色)
3.金屬纖維系導電紗線
4.阻燃系導電紗線
5.應用:目前導電紗線已在行業制服(如:公安、交通、鐵路、工商、稅務等)得到廣泛應用,民用的西裝、茄克衫里料、休閑運動服飾、牛仔服飾、鞋帽、手套、內衣、襪品等,汽車內飾、家俱面料、床上用品、包裝材料、鋪地材料(如:地毯、人造草坪)等等領域得到了廣泛的應用。
6.導電纖維全球防靜電紡織品相關檢測標準號。
二、有機復合導電纖維及應用
1.有機復合導電纖維
是由常規的合成纖維聚合物與導電組分復合而成的具有一定導電性能的纖維。有機復合導電纖維中的導電組分是在常規合纖的聚合物中加入了大量導電物質經混煉制成的類似色母粒類的材料。
有機復合導電纖維的主要品種有錦綸(尼龍)基、滌綸基、腈綸基、丙綸基等有機復合導電纖維,以錦綸基有機導電纖維應用最為廣泛。近期報道的新型有機復合導電纖維──芳綸基復合導電纖維,由山東泰和集團首創并生產,商品名稱(Tamtar)導電纖維。
有機復合導電纖維的結構有:皮型(即皮層為導電層,芯層為普通聚合物)、三葉型、并列型、一字型、芯型(即芯層為導電層,皮層為普通聚合物)、海島型等等多種結構形式:


幾種不同結構導電纖維綜合對比:
①、皮 型:導電性能優良,強力一般,耐久性略差;
②、一字型:導電性能略差,強力較好,耐久性優良;
③、三葉型:導電性能較好,強力較好,耐久性優良;
④、芯 型:導電性能較差,強力較好,耐久性優良;
注:因為炭黑在織物中顯示黑色,因此,除特殊情況外,只有芯型導電纖維能使用在淺色織物中。
2.導電組分的組成與作用:
基料──即基體材料或稱基本聚合物。作用:將導電顆粒牢固的粘結在一起,使導電組分既有穩定的導電性,又賦予材料可加工性。
填料──即導電物質。作用:導電顆粒在導電組分中起提供載流子的作用。
3.基本聚合物與導電顆粒的相容性:
兩者性質相差較大,復合時不易緊密結合,且難于均勻分散,影響材料的導電性能,故通常還需對導電顆粒進行表面處理。如:采用表面活性劑、偶聯劑、氧化還原劑等對導電顆粒進行處理,以提高其分散性和緊密結合性──即材料的相容性。
4.有機復合導電纖維的導電機理
有機復合型導電高分子的研究表明:
1、導電填料顆粒,在材料中并不需要完全接觸就能形成導電通道。
當導電顆粒間不相互接觸時,顆粒間存在聚合物隔離層,使導電顆粒中自由電子的定向運動受到阻礙,這種阻礙可看做是有一定勢能的勢壘。根據量子力學的觀點,對于微觀粒子來說,即使其勢能小于勢壘的能量時,它既有被反彈的可能性也有穿過勢壘的可能性,微觀粒子穿過勢壘的現象稱為貫穿效應,也稱隧道效應。
根據上述分析,導電高分子內部的結構有三種情況:
a:一部分導電顆粒完全連續的相互接觸,形成電流通路,相當于電流經過一只電阻。
b:一部分導電顆粒不完全連續接觸,其中不相互接觸的導電顆粒之間由于隧道效應形成電流通路,相當于一個電阻與一個電容并聯后再與一個電阻串聯的情況。
c:一部分導電顆粒完全不連續,導電顆粒間的聚合物隔離層較厚,是電的絕緣層,相當于電容器的效應。
復合型導電高分子導電機理模型示意圖:

圖中: 1.導電顆粒。 2.導電顆粒間的隔離層。
2、含炭黑聚合物導電性的特性。
a.對電場強度的依賴性:含炭黑聚合物的導電性對電場強度有強烈的依賴性。在低電場強度下(E<104V/cm),電導率符合歐姆定律;在高電場強度下(E>104V/cm),導電率符合冪定律。
研究發現,導電聚合物的導電性對電場強度的這種依賴性規律,是由它們在不同外電場作用下不同的導電機理所決定的。
※在低電場強度下,導電聚合物的導電是由炭黑顆粒與聚合物之間的界面極化引起的離子導電,這種極化的載流子數目較少,故導電率較低。
在高電場強度下,炭黑中的載流子(自由電子)獲得了足夠的能量,能夠穿過炭黑顆粒間的聚合物隔離層使材料導電,隧道效應起了主要作用。因此,含炭黑高聚物在高電場強度下的導電本質是電子導電,故電導率較高。
b.對溫度的依賴性:在低電場強度時,電導率隨溫度的降低而降低;在高電場強度下時,電導率隨溫度的降低而增大。這種規律同樣由于其不同的導電機理決定的。
※導電機理:低電場強度下的導電是由界面極化導致的離子導電引起的,溫度低使載流子動能降低,導致電導率下降;反之,高電場強度下的導電是自由電子的躍遷,相當于金屬導電,溫度降低有利于自由電子的定向運動,故電導率增大。同理,金屬化合物系的導電纖維,也可以認為其導電機理應遵循這些規律。
5.有機復合導電紗
有機復合導電纖維與合纖長絲網絡復合、與常規紗線復合、與常規纖維混紡等結構的紗線叫有機復合導電紗線。
6.有機復合導電紗的應用
主要有常規織入法(即織物正面顯現)和嵌織法(即嵌織在織物反面)。
在有機復合導電紗線的使用方法中,嵌織法是較為簡便、使用范圍較廣、抗靜電效果和耐久性又較好的一種工藝方法。
7.導電紗線配置方法:
在織物中、等間距地均勻織入一根導電紗線。導電紗線在織物中的配置方法共有3種,如下圖所示。

早期的嵌織式抗靜電織物設計,從抗靜電功能方面考慮較多,而忽略了織物的外觀效應和風格特征,其導電紗線均為0. 5 ~2. 5cm間距直接織入1根,呈明條狀地顯現于織物表面。由于導電纖維與普通纖維的染色性能有差異,在織物表面就形成了很不協調的明條狀異纖,使織物的外觀效應和風格特征受到了影響。
8.導電紗線嵌織組織的選擇
為使嵌入的導電紗線不致于影響織物的外觀效應和風格特征,應采用經二重組織的原理生產嵌織式抗靜電織物。經二重組織由兩個系統經紗:即表經與緯紗交織構成織物正面、里經與同一系統的緯紗交織構成織物的背面,經二重組織的織物正反面均顯現經面效應。利用經二重組織這一特性,將抗靜電織物的經紗分為兩個系統,即將普通紗線作表經,使其顯現于織物正面;而將嵌織入的導電紗線作里經,使其顯現于織物的反面。用顯現于織物正面的表經蓋住導電紗線,以構成良好的織物外觀效應和風格特征。
為使織物表面具有良好的斜紋效應,必須合理地配置表經組織點和里經組織點,即構成織物正面的、表經的經組織點必須將里經組織點遮蓋住,這就要求將里經的短浮線配在相鄰表經兩浮長線之間,以利于里經的隱藏。常用組織嵌入導電紗線如下圖所示:
9.有機復合導電紗配置與成本圖:(未考慮織縮率)
三、有機導電復合紗線簡介
有機導電復合紗線,是經特殊復合工藝將有機復合導電纖維與常規紗線復合而成的,一種具有導電性能的功能性纖紗線。
1、抗靜電性能穩定而可靠
有機導電復合紗線中的導電纖維,是通過電子傳導和電暈放電機理來消除靜電的功能性纖維 。因此,消除靜電之功能無濕度依賴性,在任何環境條件下,都能穩定而可靠的發揮抗靜電性能.
2、抗靜電性能耐久優良性
有機導電復合纖維,由導電組分與成纖物質經獨特復合紡絲技術制成。它即具有導電功能,又保持了纖維的力學性質。因此,該纖維具有卓越的耐曲性、耐氧化、耐腐蝕、耐摩擦性能。經常規的染整加工及防水、防油、防污和阻燃等特種整理加工后,而不影響其防靜電功能的發揮。用神盾有機導電復合紗線制成的防靜電面料,經100次洗滌后,仍能滿足:GB12014、GB/T23316、SY57433、EN1149-1、EN1149-3等國內外各種評價標準對防靜電性能的要求。
3、優越的力學性能,滿足織造加工的需要。
該有機導電復合紗線,選用優質常規紗線為載體,賦予了其優越的力學性能,克服了導電絲強力過低,易斷絲的缺點,能夠滿足織造加工過程對強力的需求。
4、良好的柔軟性和親膚性
該有機導電復合紗線的復合工藝,在賦予紗線導電性能的同時,保持了紗線原有力學性質不變。因此,在常規紗線織制的織物中,等間距的置入該功能性紗線,即可使面料具有防靜電防爆燃的功能,又不影響織物原有的柔軟性、懸垂性、親膚性等特性。
5、有機導電復合紗線的選用原則
a.載體紗原料的選擇,應選用與面料主體紗線成分相一致的載體紗成分。
b.當導電紗織在織物正面時,導電紗支數應與面料主體紗支相同。
c.當導電紗織在織物反面時,導電紗支數應較面料主體紗支為細。