摘要:介绍导电纤维的分类,金属纤维、碳纤维和有机导电纤维的性能与主要特点以及导电纤维在几类纺织品中的应用,分析了各类导电纤维适宜的应用条件,并展望了纺织用导电纤维的发展前景。
如今,纺织品在工业生产中已扮演着越来越重要的角色。采用新型纤维和新纺织工艺制成的导电纤维纺织品用途不断拓展,具有良好柔韧性的导电纤维受到了广泛的关注。
20世纪60年代人们开始研发导电纤维,随着研究的不断深入,不同类型的导电纤维被逐渐开发,纺织用导电纤维的生产和应用技术已逐渐趋于成熟,其产品在抗静电纺织品、屏蔽电磁波纺织品、智能纺织品和防侦察伪装材料等领域都有着广泛的应用。
1 导电纤维的分类与性能
导电纤维通常是指在标准状态下(200C,65%RH)电阻率小于10 7Q·cm的纤维…。目前纺织用导电纤维可分为三类,即金属导电纤维、碳纤维和有机导电纤维。
1.1金属导电纤维
金属导电纤维是指由某些金属材料通过特定的方法加工成的适宜用于纺织生产的纤维金
属纤维的性能主要取决于所采用的材料的性质与其加工方法和工艺。
最早问世的金属导电纤维是美国Brunswick公司所生产的不锈钢纤维Brunsmet,它是不锈钢丝反复穿过模具精细拉伸制成的纤维[3]。目前纺织用金属纤维主要有不锈钢纤维、铜纤维、铅纤维等,金属材料的纤维化方法包括拉伸法(单丝拉伸法、集束拉伸法)、熔融纺丝法、切削法、结晶析出法等,通常制成短纤维,与普通纺织纤维混纺织造。金属纤维属导电成分均一型的导电纤维,具有优良的导电性、耐热性、耐化学腐蚀性、柔软性,但比重大、抱合力小、可纺性相对较差,制成的高线密度纤维价格昂贵,成品色泽也受到一定的限制,另外,金属纤维使用时需要在纤维外面包覆专门的电磁屏蔽层,以减少各纤维间的干扰。
1.1.1 铜纤维
铜纤维具有十分优良的导电性能和导热性能,1电阻率非常小,但线密度相对较高,目前所使用的铜丝线密度大概在4 000 dtex左右。铜纤维织制抗静电织物可用于工作服等,有一定的开发价值。
1.1.2铅纤维
铅纤维质地柔软、体积质量大,有较广的用途。铅纤维非织造材料在蓄电池上使用取得了成功。经过非织造工艺黏合而成的铅板可以取代传统蓄电池中的填满海绵状铅的铅板,作为电极使用。用该铅纤维非织造材料制成的板栅组装的样品电池储备容量达118min,远高于GB 5008--1991国家标准规定的指标,这种材料应用于铅酸蓄电池,在车辆动力电池领域内有广阔的应用前景。
1.1.3不锈钢纤维.
不锈钢纤维拉拔丝是长丝束,每束含数千根至数万根不锈钢纤维。在金属纤维中不锈钢纤维是应用最广泛的一种,其柔韧性好,直径8“m的不锈钢纤维的柔韧性与直径13¨m的麻纤维相当;并有良好的机械性能和耐腐蚀性,完全耐硝酸、磷酸、碱和有机化学溶剂的腐蚀;耐热性好,在氧化气氛中,600。C高温下可连续使用,是性能良好的耐高温材料。由不锈钢纤维织成的织物电阻随温度的提高而降低,具有很好的纺织应用性能。
1.2碳纤维
碳纤维主要指含碳量高于90%质量分数的无机高分子纤维,其中含碳量高于99%质量分数的称为石墨纤维。碳纤维属于导电成分均一型导电纤维,其轴向强度和模鼍高,无蠕变,比热及导电性介于非金属和金属之间,热膨胀系数小,耐药品性好,纤维的密度小,x射线透过性好;缺点是耐冲击性较差,容易损伤,在热强酸作用下发生氧化,缺乏韧性,不耐弯折。
碳纤维及其织物是电阻的负温度系数导体,相对湿度对其导电性能的影响也不大,碳纤维的电阻传感灵敏度高于不锈钢纤维,但碳纤维织物的电阻传感灵敏性反而不及不锈钢纤维织物,因而其纺织应用领域相对狭窄,一般只限于复合材料中使用。
1.3有机导电纤维
有机导电纤维的基本物理机械性能类似于普通的纺织纤维,纺织加工性能优良,且染色性能和耐化学试剂性能良好,导电性能持久、不易受环境温湿度的影响。有机导电纤维按制成方法可分为:由导电物质直接聚合制成纤维,普通合成纤维涂覆导电物质制成纤维以及导电物质与高聚物复合或共混纺丝法制成纤维。其中复合型有机导电纤维综合性能最为优良,应用也最为广泛∞J。
1.3.1导电聚合物纤维
导电聚合物纤维是由聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等导电高聚物直接纺丝而成【6J。但导电聚合物纤维目前尚难应用于纺织品,原因在于:其高聚物主链中的共扼结构使分子链僵直,难溶解和熔融,对纺丝加工造成困难;另外,某砦高聚物中的氧原子遇水极不稳定,某些高聚物的单体有毒且怀疑是致癌物质;而且导电聚合物纤维复杂的合成工艺使其制造成本较为昂贵,因而较难应用。
1.3.2普通合成纤维涂覆导电纤维
普通合成纤维涂覆导电纤维是以普通合成纤维为基体,将金属、碳、导电高分子等导电物质通过物理、机械、化学等手段涂覆在纤维表面o¨而制成。由于这类导电纤维的导电成分只覆盖在基质纤维表面,因而其导电性能与导电聚合物纤维相比有所下降,经摩擦和洗涤后导电物质也较易剥落,耐磨性和耐洗涤性差,影响了纤维的使用性能。
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