有机导电短纤维混纺纱的导电和抗静电性能.pdf

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1、第3 0 卷第6 期 2 0 0 9 年6 月 纺织学报 J o u m a lo fT b x t i l eR e s e a r c h V 0 1 3 0N o 6 J u n 2 0 0 9 文章编号：0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 9 ) 0 6 0 0 3 4 0 5 有机导电短纤维混纺纱的导电和抗静电性能 伏广伟1 ”，王瑞1 ，倪玉婷1 ( 1 天津工业大学纺织学院，天津3 0 0 1 6 0 ；2 中国纺织信息中心，北京1 0 0 7 4 2 ) 摘要为研究有机导电短纤维对面料抗静电性能的影响，用不同纺纱方法将不同比例的有机导电短纤维分别与 涤纶和棉混纺，并

2、对其面料的导电性能进行研究和评价。结果发现：在导电纤维含量相同的情况下，环锭纱的导电 性能好于转杯纱；有机导电纤维的含量为4 左右时，面料的比表面积电阻降低到l 一1 0 9 掰e m 2 之间，可以满足抗 静电的要求，进一步提高含量不仅增加成本，而且对面料的服用性能会有影响，对抗静电性能没有实际意义；小比 例有机导电纤维对混纺纱线的强力和断裂伸长等物理指标无明显影响。 关键词有机导电短纤维；混纺纱线；导电性能；抗静电性能 中图分类号：巧1 0 1 9 2文献标志码：A C o n d u c t i V ea n da n t i s t a t i cp r o p e r t yo fy

3、 a r I l s b l e n d e d 、) l r i t hO r g a n i cc O n d u c t i V es t a p l ef m e r s F UG u a I l g w e i l ，2 ，W A N GR u i l ，N IY u t i n 9 1 ( 1 s c b D Z 矿砌溉，咖P o 慨 砒，n 矗椰毋，m 咖 3 0 0 1 6 0 ，c 抛； 2 m i 船z 砌如坳丌船砌n 眦r ，眈彬增1 0 0 r 7 4 2 ，饥i M ) A b s t 髓c t T h i s8 t u d yi n t e n d st oe V

4、a l u a t et h ei f l u e n c eo ft l l eo r g a n i cc o n d u c t i V es t a p l ef i b e ro nt h ea n t i s t a t i c p r o p e r t yo ft h ef a b r i c C o t t o na I I dp o l y e s t e rr e 8 p e c t i V e l ya r eb l e n d e dw i t hd 讧f e r e n tp I D p o r t i o n s o fo r g 锄i c c o n d u c

5、 t i V es t a p l ef i b e r sb yv 耐o u ss p 洫n i n gm e t h o d 8 T h ec o n d u c t i v ep r o p e r t yo ft h ef a b r i c sw o V e n 诵t ht h e 8 e b l e n d e dy a m sw 船t e 8 t e d J 1 1 l er e s u l t ss h o wt h a t 埘t ht h es a m ec o n t e n to fo r g a n i cc o n d u c 6 y es t a p l e6 b

6、e r s ，t h e r i n gs p u ny a mi sb e t t e rt h a nt h er o t o rs p u ny 锄w i t hr e s p e c to ft 王l ec o n d u c t i V ep m p e n y S m a l lp e r c e n t a g e “ t h ec o n d u c t i v e6 b e r ，a r o u n d4 ，i se n o u g hf o rt h ea n t i s t a t i cp r o p e r t yr e q u i r e m e n t ，t h

7、es p e c i f i ca r e ar e s i s t a I l c e o ft h ef 如d ci sr e d u e e dt oi nt h er a n 辨0 f1 07 一l r V c m z H i g h e rc o n t e n to fc o n d u c t i v e 肋e r sj sm e a n i n d e s s ， n o to n l y i n c r e a s i n gt h e c o s tb u ta l s o 缸f e c t i n gt h es e r v i c e b i l i t yo ft h

8、 ef a b r i c S m a l lp e r c e n t a g e “s t 印e c o n d u c t i v ef i b e r sh 勰l i t t l ei n f l u e n c eo ny 锄ss t r e n 鲈ha n db r e a k i n ge l o n g a t i o n K e y 啪r d so r g a n i cc o n d u c t i v es t 印l e 胁e r ；b l e n d e dy a m ；c o n d u c t i V ep r o p e n y ；a n t i s t a t

9、i cp r o p e n y 在现代工业生产中，面料及服装的静电放电常 常会引起电击，由于能量较小，虽然不直接造成人体 伤害，但有可能间接引发严重灾害。例如在有易燃 物质的工作环境中，穿着化纤工作服由于静电摩擦 产生火花，易引起爆炸事故u 。2 0 ；在电子行业中，静 电击穿电子元器件时有发生。因此，在易燃易爆环 境及电子行业，穿着防静电工作服是保证环境安全 和产品质量的重要手段。在国外，静电已作为污染 源被加以控制。防静电服装不仅在特种行业使用， 在民用产品上也有广泛应用。目前市场上抗静电纺 织品多数是采用导电长丝或导电复合纱嵌入织物制 得，这种产品虽然抗静电效果好，但网格状导电丝影 响

10、到服装的美观和使用范围，所以一直难以大规模 民用。用导电短纤维开发抗静电织物的研究近年来 刚刚兴起，主要是采用不锈钢纤维生产混纺产品，国 内也有很多同类产品。不锈钢纤维上色的问题无法 解决，因此，在深色面料上可以看到不锈钢纤维的痕 迹，所以常见的产品以浅色为主。而有机导电纤维 收稿日期：2 0 0 8 一0 9 一1 9修回日期：2 0 0 9 0 2 0 2 作者简介：伏广伟( 1 9 6 7 一) ，男，高级工程师，博士生。研究方向为抗静电、防辐射纺织品及其测试。B m a i l ：盼 嵇耐c 8 c h i m 咖c n 。 万方数据 PDF Watermark Remover DEM

11、O : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第6 期 伏广伟等：有机导电短纤维混纺纱的导电和抗静电性能 。3 5 的诞生为抗静电面料带来新的开发空间。国内外常 见的导电纤维一般是涤纶基的产品，染色性能基本 接近涤纶，因此，与涤纶等化纤或与天然纤维混纺都 不会在染色上出现太大问题，应用前景广阔。 本文对试纺的不同含量有机导电短纤维混纺纱 的性能进行了测试，比较了其抗静电性能。 1 混纺纱导电性能的影响因素 含有导电纤维的织物接地时，在电晕放电的同 时，诱导电荷聚集在导电纤维周围，进而泄漏人大 地；当织物不接地时主要靠电晕

12、放电的方式来消除 静电n 3 “】。而纱线中存在的导电纤维是织物具有 抗静电性能的主要因素，因此，导电纤维的存在方式 最终决定着织物的抗静电效果。导电短纤维与其他 纤维混纺使导电纤维随机分布在纱线中，当混入量 较少时，主要是靠导电纤维电晕放电起作用；当导电 纤维混入量较多时，纤维在纱体中首尾相接，纱线加 捻的作用使之衔接在一起，同样能起到类似长丝的 导通作用。纺纱方式、加捻、湿度都会影响纱线和最 终织物的电阻，因此，研究导电纤维在纱线中的存在 方式是优化抗静电产品的关键所在。 1 1 纺纱方式 环锭纺纱中，纤维发生由外向内或由内向外转 移，形成圆锥形螺旋线。当混纺纱中导电纤维含量 较多时，在加

13、捻作用下也会发生内外转移，形成首尾 相接的螺旋线，类似于1 根长丝的作用。另外，也有 少量纤维头端或弯曲折叠端露出纱体，以毛羽的形 式存在，这部分导电纤维也会以电晕放电的形式消 除静电。 转杯纺纱中，由于纺纱张力小，加之混入的导电 短纤维通常刚性略大，所以导电短纤维基本位于纱 的表层，以包缠纤维、弯钩纤维、折叠纤维的形式存 在，纤维之间的衔接性不好，主要靠电晕放电来达到 抗静电效果。 由于环锭纺纱与转杯纺纱的成纱方式有较大不 同，导电短纤维在纱线中呈现的状态不同。环锭纱 中的短纤更容易形成首尾连接形成导电连接线，而 转杯纺则呈现较多毛羽，不易形成导电连线。所以 由导电短纤维混纺环锭纱织成的面料

14、的导电效果要 好于相同含量转杯纱的导电效果。理论上可以得出 环锭纱优于转杯纱的结论，但是由于转杯纱中的导 电纤维具有尖端放电的效果，从最终的抗静电效果 上看，转杯纺纱也具有一定的优势。 1 2 纱线捻度 理论上，纱线的捻度越大，纱中纤维的转蓝越 大，纤维之间的抱合越紧密，导电短纤维也容易在纱 线中形成导通的连续结构，在接地情况下将静电荷 导走，但是，实际生产中纱线的捻度不能无限度地增 大，而且不同产品要求对应不同的捻度，所以通过调 整捻度来改变纱线导电性能的方法在实际生产中是 不容易实现的。 2 实验与结果分析 2 1 原料 采用英国进口的涤纶基有机导电纤维，纤维颜 色为深灰色，其导电成分为碳

15、。纤维横截面为圆形， 表面比较光滑，其电镜照片如图1 所示。导电纤维 长度为3 8 髓，表l 列出了所选用导电纤维的物理 机械性能。 纱线混纺的主体纤维选用涤纶短纤和棉纤维， ( a ，横截面( b ) 纵向 图1 导电纤维的电镜照片( 25 0 0 ) F i g 1 S E Mi m g e so fc 仰d u c t i v es 忸p l ef i b e r s ( 25 0 0 ) ( a ) C m 8 8B e c 6 0 ；( b ) L o n 画t u d i n a l 眈c t i o n 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purc

16、hase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 3 6 纺织学报第3 0 卷 以期得到具有抗静电效果的涤棉产品。为使成纱中 导电纤维尽量处于纱的外侧，选用的导电纤维较涤、 棉纤维略粗一些，使其在纺纱过程中呈现向外转移 的趋势，这样会有利于面料的抗静电效果。 2 2 仪器与设备 纺纱设备：x F H 小型和毛机，A s l 8 l A 型梳棉实 验机，A S 2 7 1 型并条实验机，A s 5 1 1 A 型细纱实验机。 测试仪器：Y G 0 6 1 F 型电子单纱强力仪；万用电 表，将点式电极改为2 个平行金属片用于测量多根 平行排列纱

17、线的电阻。 2 3 纺纱工艺 2 。3 1 工艺流程 混纺纱实验工艺流程如下： 涤、棉纤维 卜定量混合一梳理一并条( 3 道) 一细纱 导电短纤维_ J 为保证导电短纤维在纱线中尽可能连续均匀分 布，在原料经手工充分混合的基础上进行了3 道混 并加工，最大程度地使纤维均匀混合。实验采用超 大牵伸的细纱机，以增加导电纤维在纱线中的平行 伸直度。 2 3 2 主要工艺参数 先将定量的导电纤维及涤、棉纤维通过手工撕 松及小型和毛机进行充分混合，混合比例分别为导 电纤维1 一1 0 ，间隔1 递增，涤纶纤维6 4 。 5 4 ，间隔1 递减，棉纤维3 5 不变，以保证涤棉 混纺产品的基本性能与风格。然

18、后将混合好的纤维 喂入小型梳棉机上进行梳理成网、成条，混合棉网的 定量为5 4 3 9 5m 。混合棉网经过1 道小型并条机 加工后的生条定量为9 5 4g 5m ，再经2 道混并后的 熟条定量为6 6 9g ，5m 。通过上述小型实验设备制得 了混合均匀的棉条，然后由小型细纱机制得线密度 为1 8t e x ，捻度为8 1 捻1 0c m 的涤棉，导电纤维混 纺纱。 2 4 纱线结构与性能 按照上述生产工艺制得各种混纺比例的导电纤 维抗静电纱，选取其中1 种纱( 导电纤维含量为 4 ) ，通过切片在显微镜下( 放大1 倍) 观察其横 截面的纤维分布特征，切片制作时采用羊毛包覆纱 线，横截面显

19、微镜照片如图2 所示。 图2 混纺纱横截面中导电纤维分布图 F i g 2 C u tv i e wo fc o n d u c t i v e 矗b e r d i s 试b u t i o ni ny 哪 混纺纱中纤维径向分布的一般规律为：长而细 的纤维优先向纱内部转移，粗而短的纤维倾向于向 纱的外层转移3 1 。由图2 可以观察到，导电纤维( 即 黑色点处) 存在于纱线的外侧，这是由于导电纤维线 密度比主体纤维的2 种成分涤纶纤维和棉纤维要略 大，因此，导电纤维分布在纱线外侧甚至部分伸出纱 表面，这有利于静电荷的消除。 2 4 1 纱线的拉伸性能 按照以上工艺纺制抗静电混纺纱，采用Y G

20、 0 6 1 F 型电子单纱强力仪测试其拉伸性能，测试结果如 表2 所示。可以看出，导电纤维含量对纱线的断裂 强度及伸长率均无明显影响。 表2 有机导电纤维混纺纱的拉伸性能 T a b 2T e 璐n es t l 陀n g t ho fo r g a n i cc o n d u c t i V e 矗b e rb l e n d e dy a m 注：测试条件为温度( 2 0 2 ) ，相对湿度( 3 0 5 ) ；所有纤维 质量及条重均折算为标准大气条件下的质量。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWaterma

21、rkR to remove the watermark 第6 期伏广伟等：有机导电短纤维混纺纱的导电和抗静电性能 3 7 2 4 2 纱线的电阻 纱线的导电性能可用体积比电阻J D 。和质量比 电阻l D 。表示，比电阻越小，纱线的抗静电性能越 好瞪1 。由于测试条件所限，只测试了单位长度内一 定根数纱线的电阻值作为评价抗静电效果的参考。 借鉴A A T C C 标准哺中测试纱线电阻的方法，使 用万用电表测试1 股纱线的电阻值来评价单根纱线 的抗静电性能。具体测试方法：取一定根数( 根) 的纱线，将其平行排列在1 块绝缘板上，两端用胶带 粘贴牢固使之固定，同时给纱线施加一定张力使之 不发生卷曲

22、和重叠。将万用电表的2 个电极改为2 个平行的金属片电极，金属片间的距离表示测试纱 线的长度，金属片与纱线的接触长度代表测试纱线 根数的多少。电阻计算公式如下： 尺：鲁 式中：尺为单根纱线1c m 长度的电阻值，Q ；R 。为电 阻读数，Q ；L 为金属片问距离( 1c m ) ；为纱线 根数。 测试结果如表3 所示。 表3 抗静电混纺纱的电阻指标测试结果 T 曲3 T e s t i 嚷r 豁I l l to fa n t i s t a t i cp m p e r t yo f 0 r g a n i c n d l J c t i v e 矗b e rb I e n d e dy a

23、m 注：1 ) 测试条件为温厦( 加2 ) ，相对湿度( 3 5 5 ) ；环锭纱。 2 ) 织物表面积电阻是将导电纱织成针织面料后用表面积电阻测试仪 进行测试的结果测试条件同上。由于电阻率重要的是考察数量级， 将1 0 次测试结果的平均值取整数。 2 4 3 测试结果与分析 由表3 所示的测试结果可以得出，含导电纤维 纱线的抗静电性能与不含导电纤维的涤棉纱相比 均有明显的提高，而且随着导电纤维混入量的增加， 电阻值明显降低，纱线的导电性能提高。不含导电 纤维时，由于电阻很大，测试电阻值大于量程 2 0M Q ，表盘无法读数。在表3 的电阻测试结果范 围内分别取1 个中间值可以做出纱线电阻随导

24、电纤 维含量的变化曲线，如图3 所示。图中同时给出了 纱线原料成本随导电纤维含量的变化情况。 图3 有机导电混纺纱线电阻及纱线成本 随导电纤维含量的变化 F i g 3 E l e c t r i c 陀s i s t 明c e b l e r l d e dy 姗髓d c o n t e n to fc o n d u c t i v ef i b e rb a s e do nc o s t 由于导电纤维目前以深色为主，且价格较高，在 实际生产中依靠增加导电纤维含量来提高纱线的抗 静电效果有局限性，不仅提高了面料的成本，还对面 料的服用性能和色谱有不利影响，因此，在保证一定 抗静电效果的前

25、提下，有机导电纤维用量越少越好。 由图3 可以看出，电阻随导电纤维含量的变化是先 急后缓，其变化曲线与成本变化曲线的交点在导电 纤维含量为4 左右，研究认为导电纤维含量达到 4 左右时纱线的比电阻介于绝缘体和导体之间，混 纺纱既能保证抗静电效果又可以兼顾降低成本的 目的。 3结论 1 ) 有机导电纤维可以显著降低纱线的比电阻， 随着导电纤维混入量的增加，纱线的电阻值逐渐降 低，导电性能明显提高。在环锭纱中混入4 的有 机导电纤维，纱线导电性可以达到抗静电性能要求。 进一步增加含量，纱线的抗静电性能增强，但意义 不大。 2 ) 在导电纤维含量相同的情况下，环锭纱的导 电性能优于转杯纱。环锭纱主要

26、以导电方式消除静 电，转杯纱以电弧放电为主消除堆积静电。 3 ) 采用有机导电短纤维开发抗静电混纺纱的方 法简单易行，不仅可用于开发抗静电织物，而且还为 消除纺纱织造过程中的静电提供了思路。将原纤维 中混入少许有机导电纤维可以改善缠皮辊和织造开 口不清等由于静电产生的不利影响，在实际生产中 有推广和应用价值。 参考文献： 1 高绪珊，童俨导电纤维及抗静电纤维 M 北京：纺 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 3 8 纺织学报 第3 0 卷 2 3 4

27、织工业出版社，1 9 9 1 G A 0X u s h 明T o N GY a n C o n d u c t i v eF i b e ra n dA n t i s t a t i c F i b e r M B e i j i n g ：T e x m eI n d u s t r yP r e 8 8 ，1 9 9 1 施楣梧，刘俊卿，南燕有机导电纤维的应用方法研 究 J 毛纺科技，2 0 0 l ( 2 ) ：9 一1 2 S H IM e i w u ， U UJ u n q i n g ，N A NY a n s t u d yo nt I l e a p p l i c a t

28、 i o no fo r g 卸i cc o n d u c t i v e 胁州J w 0 0 1T e x t i l e J o u m a J ，2 0 0 l ( 2 ) ：9 一1 2 郝新敏织物静电测试标准及其存在的几个问题 J 山东纺织科技，1 9 9 2 ( 4 ) ：2 3 2 6 H A O ： 【i n l n i n S o m eq u e s t i o n so nt e 8 t i n gm e t l l o do nf a b r i c 咖t i cp m p e 啊 J s h a n d o n gT e x m e S c i e n c ea n

29、 d T e e h n o l o g y ，1 9 9 2 ( 4 ) ：2 3 2 6 C H E N GKB ，U E N GTH ，D I X O NG E l e c t r o s t a t i cd i s c h 舡g e p r o p e r t i e so fs t a i l l l e s ss t e e l ，p o l y e s t e r w o V e nf 如r i c 8 【JJ T b x m eR e 眈a r c hJ o u m a l ，2 0 0 l ，7 l ( 8 ) ：2 3 2 6 5 6 7 8 姚穆，周锦芳，黄淑珍，等纺织

30、材料学 M 2 版北 京：中国纺织出版社，2 0 0 1 Y A OM u ，Z H O UJ i n f a n g ， H U A N GS h u z h e n I k m e M a t e r i a l M 2 n dE d i t i o n B e i j i n g ： C h i m7 l e x t i l e A p p a r e lP r e s s ，2 0 0 1 A A T C CT e 8 tM e d l o d8 4 2 0 0 0 ，E l e c m c a lR e s i 8 t a l l c e o f Y a m s s 伏广伟导电纤维与

31、纺织品及其抗静电性能测试 J 纺织导报，2 0 0 7 ( 6 ) ：1 1 2 1 1 4 F UG u a n 髯w e i C o n d u c t i v ef i b e ra n di 协a n t i s t a t i cp m p e 啊 t e s t i n g J c h i n aT e x t i l eL e a d e r ，2 0 0 r 7 ( 6 ) ：1 1 2 1 1 4 孙润军，来侃，张建春复合导电纤维导电理论模型的 研究 J 纺织学报，2 0 0 l ，2 2 ( 4 ) ：1 4 一1 5 S U NR u n i u n ，L A lK 叭，

32、Z H A N CJ i a n c h u n 7 1 1 I es t u d yo n e l e c t r i c a lc o n d u c t i v 畸 m o d e l0 f c o m p o s i t ec d u c t i I l g f i b r e J J o u m a Jo fT e x t i l eR e a r c h ，2 0 0 1 ，2 2 ( 4 ) ：1 4 一1 5 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark