抗靜電、導(dǎo)電聚酯纖維的初步探索

1、抗靜電、導(dǎo)電聚酯纖維的初步探索2012級(jí)高分子材料與工程田陳峰 1209404023摘要：導(dǎo)電纖維作為功能性纖維的主力軍已經(jīng)漸漸打入人們的生產(chǎn)生活中，以其 良好的導(dǎo)電性、眾多的種類(lèi)以適應(yīng)不同應(yīng)用等特點(diǎn)而被廣泛用于防靜電紡織品、 電磁屏蔽紡織品、傳感型材料以及偽裝偵察材料。尤其是在日漸成熟的防靜電紡 織品領(lǐng)域里，抗靜電、導(dǎo)電聚酯纖維具有其十分重要的價(jià)值。此文章就此做一些 初步的簡(jiǎn)單探索。關(guān)鍵詞：導(dǎo)電纖維，抗靜電，性能特點(diǎn)，應(yīng)用。日經(jīng)新聞稿最近報(bào)道，日本東麗公司這次采用獨(dú)家的高分子設(shè)計(jì)技術(shù)，開(kāi) 發(fā)了將高變形持續(xù)性和高導(dǎo)電性并存的導(dǎo)電性聚酯聚合物,成功地創(chuàng)造出了以合 成纖維達(dá)到具有世界最高水平電阻率

2、104Qcm優(yōu)異導(dǎo)電性能的新型導(dǎo)電聚酯纖 維。對(duì)此，東麗公司采用以下2個(gè)研究成果。以納米級(jí)控制基礎(chǔ)聚合物和導(dǎo)電劑親和性的技術(shù)，開(kāi)發(fā)了即使高濃度添加導(dǎo) 電劑，也能夠以細(xì)纖度絲保持所要求的聚合物大變形、可以穩(wěn)定熔融紡絲的導(dǎo)電 性聚酯聚合物。（2）以上述的聚合物為基礎(chǔ),采用本公司獨(dú)創(chuàng)固有的精密復(fù)合紡絲技術(shù)，在纖維表 面均勻形成導(dǎo)電層，使在纖維長(zhǎng)方向的電阻率“不勻”的變動(dòng)系數(shù)（CV值）改善到 傳統(tǒng)產(chǎn)品的十分之一水平，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的導(dǎo)電均勻性。因此,本開(kāi)發(fā)產(chǎn)品仍保持聚酯纖維本來(lái)特有的柔軟性和彎曲恢復(fù)性等優(yōu)良特 性，能夠在過(guò)去難以應(yīng)用的防靜電帶包括高級(jí)無(wú)塵室用防塵衣、工程用材等產(chǎn)業(yè) 用途廣范應(yīng)用。下面從幾方

3、面介紹抗靜電、導(dǎo)電聚酯纖維的相關(guān)研究。靜電產(chǎn)生原因及消除原理在一定的外因作用下（例如摩擦、外界電場(chǎng)或電磁場(chǎng)感應(yīng)等），電子會(huì)離開(kāi) 一種材料的表面而積累在另一種材料表面，致使電子總數(shù)與質(zhì)子總數(shù)不再相等， 失去電子的材料帶正電，得到電子的材料帶負(fù)電，當(dāng)材料的電阻較高時(shí)就會(huì)產(chǎn)生 靜電積累。在接觸、分離和摩擦過(guò)程中，電荷是不斷地產(chǎn)生又不斷地泄露，因此， 實(shí)際觀察到的靜電荷量是2個(gè)過(guò)程的動(dòng)態(tài)平衡值。未經(jīng)抗靜電處理的聚酯材料由 于靜電的積累，在使用過(guò)程中產(chǎn)生各種危害，如吸附微塵、靜電放電引起火災(zāi)和擊 穿微電子元件等。大量實(shí)驗(yàn)證明:接觸或摩擦?xí)r產(chǎn)生的電荷量與許多因素有關(guān)， 其中最重要的是材料對(duì)正負(fù)電荷相對(duì)親和

4、力、材料的電阻率和兩表面的真正接觸 面積等2。產(chǎn)生的靜電電荷的泄露若用kc表示放電速率常數(shù),則放電周期可 以用下式來(lái)表示3 : d u /d t = kc （U0 - U ）。式中：U0為七二0時(shí)的起 始電壓；U為經(jīng)過(guò)t時(shí)間后樣品上的電壓。將上式積分，則可以寫(xiě)成:U0 - U = U0 exp （ - kc t），或ln （U0 - U） = lnA U = ln U0 - kc t。電荷的失散可以通 過(guò)測(cè)量夾具向大地傳導(dǎo)和通過(guò)空氣輻射2種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，并分別以kd，1和kd，2 來(lái)表示它們的泄露速率常數(shù)，則放電周期可以用下式表示： -d U /d t = （ kd， 1 + kd，2 ） Um

5、ax o 式中：Umax為t = 0時(shí)的起始電壓。將上式積分即可 得：U 二Umax exp - （ kd， 1 + kd，2 ） t ，或In U = In Umax - （ kd， 1 + kd， 2 ） t。從上式可見(jiàn)，lnU與（kd, 1 + kd, 2 ）與七成線性關(guān)系，即若要迅速降低和 消除靜電產(chǎn)生電壓,可以通過(guò)增大（kd, 1 + kd, 2 ）的值,即增強(qiáng)材料電荷泄露 速率常數(shù)來(lái)處理。電荷泄露速率常數(shù)的增強(qiáng)可通過(guò)增強(qiáng)材料本體電導(dǎo)的內(nèi)部改性 和增強(qiáng)表面電導(dǎo)的外部處理2種方法實(shí)現(xiàn)。高分子導(dǎo)電纖維高分子導(dǎo)電纖維是以導(dǎo)電高分子為原料加工的纖維，如聚毗咯、聚噻吩、聚 苯胺纖維，具有較高的

6、電導(dǎo)率，可達(dá)到10-3-102s/cm。對(duì)這類(lèi)材料的研究已經(jīng)取 得一些令人鼓舞的重大進(jìn)展：如在空氣中穩(wěn)定性極好，且加工性好的，導(dǎo)電性能 高達(dá) 107S / cm。其加工方法是【7,8,9】：（1）導(dǎo)電高分子材料的直接紡絲法。直接紡絲法一般采 用濕法，如將聚苯胺配成濃溶液在一定的凝固浴中拉伸紡絲。這里聚苯胺的制備 是苯胺在酸性介質(zhì)下，用氧化劑氧化聚合。（2）后處理法。后處理法主要是在普 通纖維表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，使導(dǎo)電性高分子吸附在纖維表面，使普通纖維具有導(dǎo) 電性能。高分子導(dǎo)電纖維主要應(yīng)用于抗靜電工作服、無(wú)菌服、無(wú)塵服、地毯、人造草 坪，靜電消除刷。并可用于電磁屏蔽、微波吸收和發(fā)熱元件等。但從實(shí)際

7、來(lái)看， 由于這類(lèi)材料本身剛度大、難溶、難熔，成型、成纖較為困難（某些在高腐蝕介 質(zhì)中溶解），而且摻雜劑多數(shù)為毒性大、腐蝕性強(qiáng)的物質(zhì)，且導(dǎo)電穩(wěn)定性、重復(fù) 性差、成本較高，因而目前用作防靜電材料實(shí)用性有限。防靜電紡織品靜電在我們生活中無(wú)處不在，它的危害不容小覷。在工業(yè)生產(chǎn)中，織物或者 衣物產(chǎn)生的靜電可引起電擊，雖然能量比較小，但也會(huì)產(chǎn)生干擾，如吸附灰塵， 甚至導(dǎo)致嚴(yán)重的后果，例如在像石油化工這樣易燃易爆場(chǎng)合，靜電火花可能引起 爆炸事故；在電子行業(yè)，靜電導(dǎo)致電子元件受損，質(zhì)量下降，甚至報(bào)廢；而人們 的健康也深受其害，據(jù)分析，靜電輕則使人感覺(jué)不適、刺痛，重則可導(dǎo)致人們的 色素沉著，引發(fā)心血管疾病。因此

8、防靜電顯得尤為重要，防靜電服等防靜電紡織 品的研究對(duì)于解決生產(chǎn)生活中的靜電問(wèn)題具有重大意義。3.1防靜電超凈面料防靜電超潔凈面料一般采用滌綸為主體,滌綸長(zhǎng)絲與高性能永久性導(dǎo)電纖維 通過(guò)經(jīng)向嵌織或經(jīng)、緯向嵌織等特殊工藝織造而成，。這類(lèi)面料制成的服裝本身 不發(fā)塵，具有高效、永久防靜電、防塵性能和輕薄、絲滑柔順、織紋清晰的特點(diǎn) 并具有耐高溫、耐洗滌等特性。適用范圍包括醫(yī)藥、工廠、食品、精密儀器、航 空航天等對(duì)靜電比較敏感和對(duì)潔凈度要求較高的行業(yè)。3.2防靜電針織面料一般采用導(dǎo)電纖維與滌綸長(zhǎng)絲經(jīng)針織加工而成。防靜電針織面料不僅能消除 靜電而且不發(fā)塵,還兼有普通針織面料透氣、保暖、手感舒適的特性，是符合

9、人體 健康要求的新興防靜電面料。常用于加工防靜電手套、內(nèi)衣。3.3防靜非織造布防靜電非織造布也是重要的防靜電面料之一，主要采用針刺法制造。防靜電 非織造布不但可以有效防止靜電，而且也可濾塵，同時(shí)具又輕柔、質(zhì)軟、透氣的性 能。主要應(yīng)用于針刺地毯、過(guò)濾氈、工業(yè)用非織造布、醫(yī)療用品等。參考文獻(xiàn)：1 趙和英.抗靜電PET樹(shù)脂的合成及性能研究J .合成樹(shù)脂及塑料，2003, 20 （2） : 125.2 陳宏軍，謝新光,張弢.新型抗靜電滌綸的研制W新型PET抗靜電纖維的性能研究J .合成纖維研究，1997, 12: 12215.:3 郭振福，高緒珊,童儼.碳納米管/聚酯抗靜電纖維的制備和性能J .合成纖維，2007, （7） : 15217.:4 魏文良.抗靜電聚酯的研制及性能分析J .聚酯工業(yè)，1999,12 （4） : 16220.:5 紡織品用抗靜電纖維、導(dǎo)電纖維的回顧和展望期刊理工B（化學(xué)化工冶金環(huán)境礦業(yè)）輕工業(yè)手工業(yè)文獻(xiàn)來(lái)源：毛紡科技2000.06:6 抗靜電纖維的種類(lèi)及其應(yīng)用期刊