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有機復合導電纖維及應用

有機復合導電纖維及應用
                                                          
有機復合導電纖維
     是由常規的合成纖維聚合物與導電組分復合而成的具有一定導電性能的纖維。有機復合導電纖維中的導電組分是在常規合纖的聚合物中加入了大量導電物質經混煉制成的類似色母粒類的材料。
    有機復合導電纖維的主要品種有錦綸(尼龍)基、滌綸基、腈綸基、丙綸基等有機復合導電纖維,以錦綸基有機導電纖維應用最為廣泛。近期報道的新型有機復合導電纖維──芳綸基復合導電纖維,由山東泰和集團首創并生產,商品名稱(Tamtar)導電纖維。
    有機復合導電纖維的結構有:皮型(即皮層為導電層,芯層為普通聚合物)、三葉型、并列型、一字型、芯型(即芯層為導電層,皮層為普通聚合物)、海島型等等多種結構形式:


幾種不同結構導電纖維綜合對比:
①、皮型:    導電性能優良,強力一般,耐久性略差;
②、一字型:  導電性能略差,強力較好,耐久性優良;
③、三葉型:  導電性能較好,強力較好,耐久性優良;
④、芯型:   導電性能較差,強力較好,耐久性優良;
注:因為炭黑在織物中顯示黑色,因此,除特殊情況外,只有芯型導電纖維能使用在淺色織物中。
導電組分的組成與作用:
    基料──即基體材料或稱基本聚合物。作用:將導電顆粒牢固的粘結在一起,使導電組分既有穩定的導電性,又賦予材料可加工性。
    填料──即導電物質。作用:導電顆粒在導電組分中起提供載流子的作用。
基本聚合物與導電顆粒的相容性:
    兩者性質相差較大,復合時不易緊密結合,且難于均勻分散,影響材料的導電性能,故通常還需對導電顆粒進行表面處理。如:采用表面活性劑、偶聯劑、氧化還原劑等對導電顆粒進行處理,以提高其分散性和緊密結合性──即材料的相容性。

有機復合導電纖維的導電機理
有機復合型導電高分子的研究表明:
1、導電填料顆粒,在材料中并不需要完全接觸就能形成導電通道。
    當導電顆粒間不相互接觸時,顆粒間存在聚合物隔離層,使導電顆粒中自由電子的定向運動受到阻礙,這種阻礙可看做是有一定勢能的勢壘。根據量子力學的觀點,對于微觀粒子來說,即使其勢能小于勢壘的能量時,它既有被反彈的可能性也有穿過勢壘的可能性,微觀粒子穿過勢壘的現象稱為貫穿效應,也稱隧道效應。
    根據上述分析,導電高分子內部的結構有三種情況:
    a:一部分導電顆粒完全連續的相互接觸,形成電流通路,相當于電流經過一只電阻。
    b:一部分導電顆粒不完全連續接觸,其中不相互接觸的導電顆粒之間由于隧道效應形成電流通路,相當于一個電阻與一個電容并聯后再與一個電阻串聯的情況。
    c:一部分導電顆粒完全不連續,導電顆粒間的聚合物隔離層較厚,是電的絕緣層,相當于電容器的效應。
   
2、含炭黑聚合物導電性的特性。
    a.對電場強度的依賴性:含炭黑聚合物的導電性對電場強度有強烈的依賴性。在低電場強度下(E<104V/cm),電導率符合歐姆定律;在高電場強度下(E>104V/cm),導電率符合冪定律。
    研究發現,導電聚合物的導電性對電場強度的這種依賴性規律,是由它們在不同外電場作用下不同的導電機理所決定的。
※在低電場強度下,導電聚合物的導電是由炭黑顆粒與聚合物之間的界面極化引起的離子導電,這種極化的載流子數目較少,故導電率較低。
  在高電場強度下,炭黑中的載流子(自由電子)獲得了足夠的能量,能夠穿過炭黑顆粒間的聚合物隔離層使材料導電,隧道效應起了主要作用。因此,含炭黑高聚物在高電場強度下的導電本質是電子導電,故電導率較高。
    b.對溫度的依賴性:在低電場強度時,電導率隨溫度的降低而降低;在高電場強度下時,電導率隨溫度的降低而增大。這種規律同樣由于其不同的導電機理決定的。
※導電機理:低電場強度下的導電是由界面極化導致的離子導電引起的,溫度低使載流子動能降低,導致電導率下降;反之,高電場強度下的導電是自由電子的躍遷,相當于金屬導電,溫度降低有利于自由電子的定向運動,故電導率增大。同理,金屬化合物系的導電纖維,也可以認為其導電機理應遵循這些規律。
 
有機復合導電紗
    有機復合導電纖維與合纖長絲網絡復合、與常規紗線復合、與常規纖維混紡等結構的紗線叫有機復合導電紗線。
 
有機復合導電紗的應用
    主要有常規織入法(即織物正面顯現)和嵌織法(即嵌織在織物反面)。  
    在有機復合導電紗線的使用方法中,嵌織法是較為簡便、使用范圍較廣、抗靜電效果和耐久性又較好的一種工藝方法。
導電紗線配置方法:
    在織物中、等間距地均勻織入一根導紗線。

    早期的嵌織式抗靜電織物設計,從抗靜電功能方面考慮較多,而忽略了織物的外觀效應和風格特征,其導電紗線均為0. 5 ~2. 5cm間距直接織入1根,呈明條狀地顯現于織物表面。由于導電纖維與普通纖維的染色性能有差異,在織物表面就形成了很不協調的明條狀異纖,使織物的外觀效應和風格特征受到了影響。

導電紗線嵌織組織的選擇
    為使嵌入的導電紗線不致于影響織物的外觀效應和風格特征,應采用經二重組織的原理生產嵌織式抗靜電織物。經二重組織由兩個系統經紗:即表經與緯紗交織構成織物正面、里經與同一系統的緯紗交織構成織物的背面,經二重組織的織物正反面均顯現經面效應。利用經二重組織這一特性,將抗靜電織物的經紗分為兩個系統,即將普通紗線作表經,使其顯現于織物正面;而將嵌織入的導電紗線作里經,使其顯現于織物的反面。用顯現于織物正面的表經蓋住導電紗線,以構成良好的織物外觀效應和風格特征。

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