导电纤维的开发与应用

1、导电纤维的开发与应用第1页，共25页，2022年，5月20日，19点10分，星期三导 电 纤 维 的 开 发 与 应 用导电纤维的概况导电原理导电性的表征导电纤维的生产和用途第2页，共25页，2022年，5月20日，19点10分，星期三导 电 纤 维 的 概 况概述高分子材料由于其价格低廉、种类多、加工容易而广泛使用。但高分子材料一般为电的绝缘体，由于摩擦与感应很容易在材料表面积聚大量的静电荷其电压可高达几千伏。为了使高分子材料具有一定的抗静电性能，一般可以使用抗静电剂或填充导电材料来获得。后者由于具有长效、普适、抗静电性可控等优点而获得广泛地应用。常用的导电性填料一般有：金属粉末、碳黑、石墨

2、、碳纤维、金属氧化物以及近年来发展起来的新型碳材料，如：碳纳米管(CNT)、气相生长碳纤维(VGCF)等。当导电材料在填充体系中的含量达到临界点时，导电粒子在基体中形成导电通道，发生从绝缘体到半导体的转变，从而使材料的电阻急剧下降。第3页，共25页，2022年，5月20日，19点10分，星期三导 电 纤 维 的 概 况抗静电技术的发展过程第一阶段：采用吸湿性抗静电剂对纤维或织物进行表面处理，或通过本征型静电逸散聚合物(IDP)与普通聚合物共混或共聚而得到抗静电纤维。这两种抗静电纤维都是基于吸湿放电原理来降低纺织品的比电阻，加快电荷逸散，其制成品的表面电阻s一般在109 1012。缺点：对环境相

3、对湿度依赖性较大，当环境相对湿度40% 时，抗静电性急剧下降。耐久性差：纤维中抗静电组分有向纤维表面的富集趋势，使其耐久性和手感较差。第4页，共25页，2022年，5月20日，19点10分，星期三导 电 纤 维 的 概 况抗静电技术的发展过程第二阶段：金属纤维和导电物质表面涂敷。金属导电纤维：首先由美国的Bekaert公司在上世纪60年代生产的。金属纤维具有导电性好、耐热、耐化学的优点，但弹性差、伸长小、粗硬挺直、表面粗糙，在制成细旦纤维时，成本较高，与普通合成纤维混纺时抱合性差。导电物质表面涂敷纤维：这种纤维的代表是上个世纪60年代末由德国BASF公司率先开发出的碳黑型表面涂敷导电纤维。可以

4、通过物理、化学等途径，在纤维表面涂敷和固着金属、碳、导电高分子等导电物质。这种纤维的导电成分都分布在纤维表面，抗静电效果较好，但在使用过程中，导电物质容易脱落，使导电性丧失。第5页，共25页，2022年，5月20日，19点10分，星期三导 电 纤 维 的 概 况抗静电技术的发展过程第三阶段：复合导电纤维。复合导电纤维是1974年由美国杜邦公司率先开发出的以含导电碳黑的PE为芯、PA-66为皮的复合型导电纤维Antron3。此后，世界各大化纤公司纷纷开始含碳或其它导电物质的复合型导电纤维的研究开发。如：美国首诺，日本的钟纺、东丽、可乐丽、帝人等公司，分别使用不同的导电物质、采用不同的工艺技术路线

5、，研制开发出各种不同截面形式的复合导电长丝和短纤维。第6页，共25页，2022年，5月20日，19点10分，星期三导 电 纤 维 的 概 况国内外发展现状目前，国外的研究开发主要集中在各种导电物质与各种成纤高聚物通过复合纺丝技术制备复合导电纤维这一领域。在导电物质中，碳黑由于其卓越的性价比、纤维的导电性在一定范围内可调而尤其受到青睐。国内在上世纪九十年代开始导电纤维的研究开发工作。目前，江苏、山东、广东、北京等地的科研和生产机构均有少量产品进入市场。现阶段，国内复合导电纤维与国外同类产品相比，主要存在表面电阻相对较高、导电性能和纤维力学性能还不是很稳定的缺陷。第7页，共25页，2022年，5月

6、20日，19点10分，星期三导 电 纤 维 的 导 电 原 理导电填料导电填料体积电阻( cm )优 点缺 点金属盐10-2浅色填充量大碳 黑10-2高性价比，用途广泛，重量轻，耐腐蚀，导电性可调颜色深，不适于洁净场所石 墨10-4对体系流变性能影响小颜色深碳纤维10-3强度高弯曲模量低碳纳米管10-6增强、导热价格昂贵金属粉末10-6导电性能好易氧化，不耐腐蚀，比重大IDP10-4导电性好加工困难，化学性质不稳定，环保和健康第8页，共25页，2022年，5月20日，19点10分，星期三导 电 纤 维 的 导 电 原 理导电原理导电填料浓度与聚合物表面电阻间的关系第9页，共25页，2022年，

7、5月20日，19点10分，星期三导 电 纤 维 的 导 电 原 理导电原理不同结构度导电碳黑的聚集结构示意图第10页，共25页，2022年，5月20日，19点10分，星期三导 电 纤 维 的 导 电 原 理CB-g-X的形貌特征碳黑在溶液体系中，在不同的条件下，仍能保持其独特的链状导电结构第11页，共25页，2022年，5月20日，19点10分，星期三导 电 纤 维 的 导 电 原 理导电原理不同结构度的碳黑对聚合物体积电阻的影响第12页，共25页，2022年，5月20日，19点10分，星期三导 电 纤 维 导 电 性 的 表 征导电纤维的定义 导电纤维一般是指在恒温、恒湿的条件下， 纤维的体

8、积电阻小于108cm的纤维。第13页，共25页，2022年，5月20日，19点10分，星期三导 电 纤 维 导 电 性 的 表 征导电性的表征 高分子材料的电阻与几何形状有关，其固有电阻特性可用体积电阻来表示： 式中：A纤维材料的横截面积，L纤维材料上两个测定电极间的距离 R纤维材料上两个测定电极间的电阻 体积电阻的单位是 cm ，表示单位面积材料的单位长度上的电阻。第14页，共25页，2022年，5月20日，19点10分，星期三导 电 纤 维 导 电 性 的 表 征导电性的表征 在某些情况下，纤维材料的导电是在其表面进行的，而不是通过其体积来实现的，这时其固有电阻特性应为表面电阻：式中：W式

9、样的宽度或圆柱体的周长，L纤维材料上两个测定电极间的距离 R纤维材料上两个测定电极间的电阻表面电阻的单位为 m/m ，简化写成。表面电阻等于单位宽度材料的单位长度上的电阻。为避免和普通电阻单位混淆，国际上S经常用单位正方形面积的欧姆值来表示，即/sq。第15页，共25页，2022年，5月20日，19点10分，星期三导 电 纤 维 导 电 性 的 表 征导电性的表征在商业上，常用单位长度上纤维的电阻来表示纤维的导电性：式中：L为纤维材料上两个测定电极间的距离 R为纤维材料上两个测定电极间的电阻也可将其称为抗电性能，其单位为 /cm 。第16页，共25页，2022年，5月20日，19点10分，星期

10、三导 电 纤 维 的 生 产 和 用 途导电纤维的生产导电纤维的生产可分为表面涂覆法，纺丝法。表面涂覆法：在作为基体的纤维表面涂覆上碳、银等导电材料。由于导电物质直接涂覆在纤维表面，其抗静电效果较好，但在使用过程中，导电物质容易脱落，使导电性丧失。纺丝法：纺丝法为共混纺丝、直接纺丝和复合纺丝，目前生产品种最多、用途最广的导电纤维就是通过复合纺丝法生产的。第17页，共25页，2022年，5月20日，19点10分，星期三导 电 纤 维 的 生 产 和 用 途复合导电纤维纺丝工艺流程碳黑 预处理 造粒 干燥 螺杆挤压机 纺丝箱 计量泵 成纤高聚物 干燥 螺杆挤压机 纺丝箱 计量泵纺丝组件 侧吹风冷却

11、 上油 牵伸 定型 卷绕检验 分级包装 成品纤维 第18页，共25页，2022年，5月20日，19点10分，星期三导 电 纤 维 的 生 产 和 用 途复合导电纤维截面第19页，共25页，2022年，5月20日，19点10分，星期三导 电 纤 维 的 生 产 和 用 途复合导电纤维截面第20页，共25页，2022年，5月20日，19点10分，星期三导 电 纤 维 的 生 产 和 用 途复合导电纤维截面第21页，共25页，2022年，5月20日，19点10分，星期三导 电 纤 维 的 生 产 和 用 途复合导电纤维截面碳黑/聚合物聚合物第22页，共25页，2022年，5月20日，19点10分，星期三导 电 纤 维 的 生 产 和 用 途复合导电纤维截面碳黑/聚合物聚合物第23页，共25页，2022年，5月20日，19点10分，星期三导 电 纤 维 的 生 产 和 用 途复合导电纤维的用途 随着高科技的发展，静电危害所造成的后果已不仅仅限于安全问题。静电放电造成的频谱干扰，是在电子、通信、航空、航天以及一切应用现代电子设备、仪器的场合导致设备运转故障、信号丢失、误码等的直接原因之一。在石油、化工、精密机械、煤矿