導(dǎo)電纖維的開發(fā)與應(yīng)用課件

導(dǎo)電纖維的開發(fā)與應(yīng)用導(dǎo)電纖維的開發(fā)與應(yīng)用導(dǎo)電纖維的概況導(dǎo)電原理導(dǎo)電性的表征導(dǎo)電纖維的生產(chǎn)和用途導(dǎo)電纖維的概況概述高分子材料由于其價格低廉、種類多、加工容易而廣泛使用。但高分子材料一般為電的絕緣體，由于摩擦與感應(yīng)很容易在材料表面積聚大量的靜電荷其電壓可高達(dá)幾千伏。為了使高分子材料具有一定的抗靜電性能，一般可以使用抗靜電劑或填充導(dǎo)電材料來獲得。后者由于具有長效、普適、抗靜電性可控等優(yōu)點(diǎn)而獲得廣泛地應(yīng)用。常用的導(dǎo)電性填料一般有：金屬粉末、碳黑、石墨、碳纖維、金屬氧化物以及近年來發(fā)展起來的新型碳材料，如：碳納米管(CNT)、氣相生長碳纖維(VGCF)等。當(dāng)導(dǎo)電材料在填充體系中的含量達(dá)到臨界點(diǎn)時，導(dǎo)電粒子在基體中形成導(dǎo)電通道，發(fā)生從絕緣體到半導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變，從而使材料的電阻急劇下降。導(dǎo)電纖維的概況抗靜電技術(shù)的發(fā)展過程第二階段：金屬纖維和導(dǎo)電物質(zhì)表面涂敷。金屬導(dǎo)電纖維：首先由美國的Bekaert公司在上世紀(jì)60年代生產(chǎn)的。金屬纖維具有導(dǎo)電性好、耐熱、耐化學(xué)的優(yōu)點(diǎn)，但彈性差、伸長小、粗硬挺直、表面粗糙，在制成細(xì)旦纖維時，成本較高，與普通合成纖維混紡時抱合性差。導(dǎo)電物質(zhì)表面涂敷纖維：這種纖維的代表是上個世紀(jì)60年代末由德國BASF公司率先開發(fā)出的碳黑型表面涂敷導(dǎo)電纖維?？梢酝ㄟ^物理、化學(xué)等途徑，在纖維表面涂敷和固著金屬、碳、導(dǎo)電高分子等導(dǎo)電物質(zhì)。這種纖維的導(dǎo)電成分都分布在纖維表面，抗靜電效果較好，但在使用過程中，導(dǎo)電物質(zhì)容易脫落，使導(dǎo)電性喪失。導(dǎo)電纖維的概況抗靜電技術(shù)的發(fā)展過程第三階段：復(fù)合導(dǎo)電纖維。復(fù)合導(dǎo)電纖維是1974年由美國杜邦公司率先開發(fā)出的以含導(dǎo)電碳黑的PE為芯、PA-66為皮的復(fù)合型導(dǎo)電纖維Antron3。此后，世界各大化纖公司紛紛開始含碳或其它導(dǎo)電物質(zhì)的復(fù)合型導(dǎo)電纖維的研究開發(fā)。如：美國首諾，日本的鐘紡、東麗、可樂麗、帝人等公司，分別使用不同的導(dǎo)電物質(zhì)、采用不同的工藝技術(shù)路線，研制開發(fā)出各種不同截面形式的復(fù)合導(dǎo)電長絲和短纖維。導(dǎo)電纖維的概況國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀目前，國外的研究開發(fā)主要集中在各種導(dǎo)電物質(zhì)與各種成纖高聚物通過復(fù)合紡絲技術(shù)制備復(fù)合導(dǎo)電纖維這一領(lǐng)域。在導(dǎo)電物質(zhì)中，碳黑由于其卓越的性價比、纖維的導(dǎo)電性在一定范圍內(nèi)可調(diào)而尤其受到青睞。國內(nèi)在上世紀(jì)九十年代開始導(dǎo)電纖維的研究開發(fā)工作。目前，江蘇、山東、廣東、北京等地的科研和生產(chǎn)機(jī)構(gòu)均有少量產(chǎn)品進(jìn)入市場?，F(xiàn)階段，國內(nèi)復(fù)合導(dǎo)電纖維與國外同類產(chǎn)品相比，主要存在表面電阻相對較高、導(dǎo)電性能和纖維力學(xué)性能還不是很穩(wěn)定的缺陷。導(dǎo)電纖維的導(dǎo)電原理導(dǎo)電原理導(dǎo)電填料濃度與聚合物表面電阻間的關(guān)系導(dǎo)電纖維的導(dǎo)電原理導(dǎo)電原理不同結(jié)構(gòu)度導(dǎo)電碳黑的聚集結(jié)構(gòu)示意圖導(dǎo)電纖維的導(dǎo)電原理CB-g-X的形貌特征碳黑在溶液體系中，在不同的條件下，仍能保持其獨(dú)特的鏈狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)導(dǎo)電纖維導(dǎo)電性的表征導(dǎo)電纖維的定義導(dǎo)電纖維一般是指在恒溫、恒濕的條件下，纖維的體積電阻小于108Ωcm的纖維。導(dǎo)電纖維導(dǎo)電性的表征導(dǎo)電性的表征高分子材料的電阻與幾何形狀有關(guān)，其固有電阻特性可用體積電阻來表示：

式中：A—纖維材料的橫截面積，L—纖維材料上兩個測定電極間的距離

R—纖維材料上兩個測定電極間的電阻體積電阻的單位是cm

，表示單位面積材料的單位長度上的電阻。導(dǎo)電纖維導(dǎo)電性的表征導(dǎo)電性的表征

在某些情況下，纖維材料的導(dǎo)電是在其表面進(jìn)行的，而不是通過其體積來實(shí)現(xiàn)的，這時其固有電阻特性應(yīng)為表面電阻：式中：W—式樣的寬度或圓柱體的周長，L—纖維材料上兩個測定電極間的距離R—纖維材料上兩個測定電極間的電阻表面電阻的單位為m/m，簡化寫成。表面電阻等于單位寬度材料的單位長度上的電阻。為避免和普通電阻單位混淆，國際上ρS經(jīng)常用單位正方形面積的歐姆值來表示，即Ω/sq。導(dǎo)電纖維的生產(chǎn)和用途導(dǎo)電纖維的生產(chǎn)導(dǎo)電纖維的生產(chǎn)可分為表面涂覆法，紡絲法。表面涂覆法：在作為基體的纖維表面涂覆上碳、銀等導(dǎo)電材料。由于導(dǎo)電物質(zhì)直接涂覆在纖維表面，其抗靜電效果較好，但在使用過程中，導(dǎo)電物質(zhì)容易脫落，使導(dǎo)電性喪失。紡絲法：紡絲法為共混紡絲、直接紡絲和復(fù)合紡絲，目前生產(chǎn)品種最多、用途最廣的導(dǎo)電纖維就是通過復(fù)合紡絲法生產(chǎn)的。導(dǎo)電纖維的生產(chǎn)和用途復(fù)合導(dǎo)電纖維紡絲工藝流程碳黑預(yù)處理造粒干燥螺桿擠壓機(jī)紡絲箱計(jì)量泵成纖高聚物干燥螺桿擠壓機(jī)紡絲箱計(jì)量泵紡絲組件側(cè)吹風(fēng)冷卻上油牽伸定型卷繞檢驗(yàn)分級包裝成品纖維導(dǎo)電纖維的生產(chǎn)和用途復(fù)合導(dǎo)電纖維截面