抗静电导电纤维的制备三

12一、静电的产生、危害及消除二、抗静电、导电纤维的制备三、抗静电织物的生产四、抗静电纺织品性能测试主要内容34一、静电的产生、危害及消除51.1静电的产生纤维及其制品在生产加工和使用过程中，受到摩擦、牵伸、压缩、剥离、电场感应和热风干燥等作用时，电负性大的材料会吸引电负性小的材料上的价层电子向本身移动或转移，从而导致有的材料带正电荷，有的材料带负电荷，即产生静电。部分纤维材料与金属材料摩擦时所产生的带电序列如图所示：羊毛锦纶粘胶棉丝麻醋纤维纶涤纶腈纶氯纶丙纶乙纶氨纶+-67偶电层理论:当两种材料摩擦接触面间距小于2.5×10-7cm时，界面两侧的分子就会产生较强烈的相互吸引。电负性大的一侧吸引界面电子向内部移动，界面呈阳荷性，电负性小的一侧电子则向界面移动使界面呈阴荷性，从而形成偶电层，偶电层间存在电位差：U=Q/C其中，U-电位差（V），Q-电量（C），C-电容（F）。两种材料的电负性差值越大，电量越大，摩擦接触面间距越小，电容越大，则电位差越大。尽管摩擦产生的绝对电量很小，但仍可以带上万伏的静电压。这也就是纤维材料摩擦起电以至放电、起火花的原因。8静电性能材料组成原子结构环境湿度温度摩擦形式条件部分官能团的带电能力如下所示：＋-NH2﹥-OH﹥-COOH﹥-OCH3﹥-OC2H5﹥-COOCH3﹥-Cl－9影响染整加工过程影响纺纱织造产品的质量影响服装的穿着性能影响人体健康严重时可引发意外事故1.2静电的危害10静电除尘静电植绒静电纺丝静电除尘111.3静电的消除静电的产生主要分为两种方式：1.经接触产生静电；2.受到静电诱导而产生静电。抗静电就是指抗静电织物能够将电荷转移效应减到最小，防止静电的聚集，减少与制品的摩擦或接触，进而达到抗静电的目的。12纺织材料的抗静电原理提高纤维的亲水性电荷中和法静电逸散法13提高纤维的亲水性水是电的良导体，当纤维或织物上含有较多的水份时，电荷可以通过水份快速逸散掉，纤维的吸湿能力愈强，愈不易产生静电。因此把含亲水性基团的助剂加到纤维织物上，以增加纤维或织物的吸湿性是改变纤维或织物抗静电性能的重要方法之一。电荷中和法将处于静电序列两端的两种材料混合应用，使不同极性电荷互相中和。这种中和不是消除电荷，只是抵消表面电荷。静电逸散法逸散法像避雷针以接地方式导去雷击一样，将纺织品上的静电导走。14纺织品抗静电方法提高周围环境湿度的方法增加纤维材料导率纺织品的抗静电方法通常有：(1)用抗静电整理剂整理织物；(2)纤维的亲水接技改性以及和亲水性纤维的混纺和交织；(3)混纺或嵌织导电纤维。15类型类别优点缺点阳离子型季胺盐、聚乙烯多胺、烷基吡啶盐等效果好、耐久毒性强、耐光热性差阴离子型烷基磺酸盐、烷基硫酸酯盐、烷基磷酸酯盐等效果好、耐热性好不耐久两性型甜菜碱型、季铵盐型、咪唑啉型等效果好、耐久热稳定性差、价格高非离子型多元醇、聚氧乙烯醚耐洗、毒性小效果一般其它类型高分子型、无机盐型、复合型——（1）常用的抗静电整理剂16（2）纤维改性与不同纤维混纺17（3）混纺和嵌织导电纤维在织物中用混纺或交织的方式混入少量导电性纤维，防静电效果比较理想。用于纺织品的导电纤维应有适当的细度、长度、强度、和柔曲性，能与其它普通纤维良好抱合，易于混纺或交织，具有良好的耐摩擦、耐屈曲、耐氧化及耐腐蚀能力，能耐受纺织加工和使用中的物理机械作用，不影响织物的手感和外观，导电性能优良，且耐久性良好。18二、抗静电、导电纤维的制备种类抗静电剂型金属系炭黑系纳米级金属氧化物高分子型掺杂法涂层法纤维炭化处理19NobelPrizeinChemistry2000“Forthediscoveryanddevelopmentofconductivepolymers”G.MacDiarmidH.ShirakawaJ.Heeger纤维分类纤维电阻率/Ω·cm导电纤维金属纤维10-3以下金属涂、镀层纤维10-5-100高分子型导电纤维10-10-102金属化合物系导电纤维10-2-105碳系导电纤维10-2-106抗静电纤维抗静电剂共混纤维107-1010抗静电剂表面改性纤维107-1012普通合成纤维1013以上20抗静电、导电纤维的静电性能21各类导电添加物的特性比较填料种类电阻率(Ω·cm)主要优缺点碳黑1×10-1-1×100廉价，稳定；因产品颜色黑而影响外观，要求粒度小；电阻率较高。碳纤维≥1×10-2有优异的抗腐蚀、耐辐射性能，高强度、高模量；电阻率较大，而且加工困难。银1×10-5-1×10-3性质稳定、电阻率低；价格昂贵，存在银的迁移问题。氧化锌晶须1×101用量少，稳定性好，颜色浅；电阻率较高。二氧化钛1×101稳定性好，颜色浅；电阻率较高。纳米二氧化锡(掺锑)1-2稳定性好，颜色浅，粒径小，透明度较高。22（一）抗静电整理1.外部抗静电法(1)暂时性抗静电处理(2)耐久性抗静电处理2.内部抗静电法(1)纺丝前对纤维聚合物进行改性，通常将具有亲水性的化合物与纤维进行共聚后再纺丝。(2)用共混纺丝法在成纤聚合物与内部抗静电剂进行共混或复合纺丝。(3)在纤维表面涂覆可导电的金属或炭黑，或采用复合纺丝法制备含炭黑的抗静电纤维。2.2抗静电、导电纤维的生产23内部用抗静电剂应具备以下条件：(1)高效性：应在较小的添加量下就能显示出明显的抗静电效果。(2)热稳定性：内部抗静电剂要经过或部分经过纺丝、拉伸、变形、定型、染色、整理等加工，要经过高温处理。(3)内部抗静电剂应与纤维聚合物之间有适宜的相容性和较好的流变匹配性，要耐水洗、汽蒸，并且没有毒性。(4)对聚合物的性能没有不利的影响。24共聚法：一种方法是在聚合阶段用共聚方法引入抗静电单体或通过化学方法引入吸湿性抗静电基团，以制得抗静电纤维。另一种是表面接枝法，即利用亲水性单体在纤维表面进行接枝共聚来制得抗静电纤维。此类方法可制得性能优良的抗静电纤维，但由于聚合过程较难控制，制备较复杂，且对设备要求高。（二）纤维的化学改性25共混或复合纺丝法是在纺丝过程中将亲水性抗静电剂与成纤高聚物混合，用共混纺丝或复合纺丝法制得抗静电纤维。目前较多采用的是复合纺丝法，即把纤维制成海岛型或芯鞘型复合纤维，其中岛相和芯部为含静电剂的聚合物组分，作为海相和鞘部的基体聚合物对抗静电组分起保护作用，以保持长期抗静电性能，同时不失去纤维原有的风格。26此种方法可制得性能优良的抗静电纤维，但要求抗静电剂与基体的相容性要好。最早实现工业化的抗静电纤维，是日本东丽公司的尼龙PAREL(1966年)。美国杜邦公司申请了以聚乙二醇及其衍生物作抗静电剂制备抗静电纤维的专利。27镶嵌或混纺导电纤维通常把电阻率小于107Ω·cm的纤维称为导电纤维，是利用纤维内的导电成分使其具有极强的抗静电性能。导电纤维抗静电性能优良。最早问世的导电纤维是表面涂覆碳黑的有机导电纤维，帝人公司、BASF公司相继开发了此类产品；随后是表面镀覆金属的导电纤维。281975年DuPont公司采用复合纺丝技术制成含有碳黑导电芯的复合导电纤维，从此，各大化纤公司纷纷开始以碳黑为导电成分的复合纤维的研究与开发。如孟山都公司制成并列型Utron导电纤维。80年代开始了导电纤维的白色化研究。普遍采用的方法是用铜、银、镍和镉等金属的硫化物、碘化物或氧化物与普通高聚物共混或复合纺丝制成导电纤维。如钟纺公司制成了ZnO导电纤维。29三、抗静电织物的生产抗静电织物的服用性能与设计要求抗静电织物在满足普通服用织物外观等要求的同时，必须满足其抗静电性能要求。因大多作为外衣用产品，所以织物组织设计应以府绸、哔叽、华达呢、卡其等为主。在设计抗静电织物组织结构时，主要考虑经纬向密度、经纬纱所用的纱线规格。在设计混纺比例时，主要以普通合成纤维为主体，混入少量的有机导电短纤维，以摩擦带电电荷面密度作为设计依据。30织物的制造方法纤维织造法将抗静电纤维纺成织物或与普通纤维按一定比例混纺、交织成抗静电织物，可制得耐久性的抗静电纺织品。后整理法通过涂布、喷涂或浸渍等方法使抗静电剂附着在纺织品的表面，再经过室温或热空气干燥而形成抗静电涂层。此种方法操作方便，但难以保持永久的抗静电效果，而且会影响织物的手感和外观。31工艺流程以涤/棉混纺织物为例介绍抗静电织物的工艺流程：漂白布全色布色织布翻布打印→烧毛→退煮→漂白→丝光→前定形→抗静电整理→加白柔软定形→预缩→成品翻布打印→烧毛→退煮→漂白→丝光→前定形→染色→抗静电整理→柔软定形→预缩→成品翻布打印→烧毛→碱氧一浴退煮漂→丝光→前定形→抗静电整理→柔软后定形→预缩→成品32工艺处方吸湿整理工艺流程亲水剂HSD35g／L涤加白剂0～3g／L渗透剂2g／L轧余率70%浸轧工作液20～40℃热风烘干110～150℃烘干水洗焙烘30s180～190℃33四、抗静电纺织品性能测试纺织品的静电性能参数及相关标准静电测试包括危险静电源参数测试、材料和制品静电性能检测、以及易燃易爆物品静电感度的测试。纺织材料静电性能的评价有电阻类指标、静电电压及其半衰期、电荷面密度等指标，以及吸灰试验、吸附金属片试验等简易测试方法得到的低精度指标。我国国家标准和纺织行业标准中与纺织品防静电性能有关的标准与ISO、AATCC、ASTM、BS等同类标准非常相似，主要的测试方法有以下几种。34GB/T12703是我国目前最系统、最完备的纺织品静电测试方法标准，它提出了右图所示六种测试方法。A法半衰期法F法极间等效电阻法E法工作服摩擦带电量法D法衣物带电量法C法电荷面密度法B法摩擦带电电压法GB/T1270335测试方法参考标准适用性A法(半衰期法)FZ/T01042-1996不适于含导电纤维的织物B法(摩擦带电电压法)FZ/T01061-1999不适于含导电纤维的织物C法(电荷面密度法)FZ/T01060-1999适于各类织物D法(脱衣时的衣物带电量法)限于服装，测试可比性差E法(工作服摩擦带电量法)GB/T12014-1989主要适于服装带电量测试F法(极间等效电阻法)FZ/T01044-1996不适于含导电纤维的织物抗静电测试方法比较36纺织品抗静电性能测试方法定性法可观察有无放电火花、电击、放电音及吸引(灰尘附着、沾污、缠绕身体)，可以大致判断抗静电程度。定量法用比较精密的仪器测试，测试结果能用具体的物理量来表示。37定量法织物缠贴性测试将试样用摩擦布摩擦使之带电后粘在金属板上，然后进行反复附着和脱离的操作，测定试样脱离金属板所需要的时间。电阻率测试将试样挂在阳极上，在一定的电压下，测定试样中通过的电流，再换算成电阻率。纤维电阻率的测定则是将一定量纤维填塞在测定箱中，测其电阻，再计算出电阻率。38定量法摩擦带电电压法将试样夹置于转鼓上，转鼓以固定的转速与标准布摩擦，测试一定时间内试样带电电压的最大值(V)。39半衰期法将试样在固定电场中充电后，测试感应电压衰减到一半所需时间，单位为S。吸灰高度法将纤维或织物在特定摩擦布上摩擦一定次数，然后迅速贴近新鲜烟灰等，观察纤维或织物带静电后吸附烟灰的高度和吸灰量。40发展方向1发展耐久型抗静电剂。2发展导电纤维是纺织材料抗静电技术发展的一个重要发展方向。3利用纳米技术，将具有超导性的纳米量级微粒加入化学纤维，合成导电纤维。4开发多功能型生态纺织品，大力开发低毒、无毒环保型抗静电剂新品种和多功能纺织品以满足纺织行业的需求。41导电纺织品的应用半导体特性的应用－太阳能电池导电高分子可制成太阳电池，结构与发光二极管相近，但机制却相反，它是将光能转换成电能。优势在于廉价的制备成本，迅速的制备工艺，具有塑料的拉伸性、弹性和柔韧性。42由导电纤维制成的导电织物，还具有优异的导电、导热、屏蔽、吸收电磁波等功能。广泛应用于电子、电力行业的导电网导电工作服；医疗行业的电热服、电热绷带；航空航天精密电子行业的电磁屏蔽罩等方面。导电纺织品的应用43导电高分子材料的应用电化学掺杂/去掺杂之可逆性的应用－可反复充放电电池导电高分子电极与对应电极及