防静电服、防静电鞋中抗静电纤维的制备和应用

 人类终究能将生命形成的各种高级功能赋予材料,从而开发出具有多种功能的智能纺织品。而导电纤维作为制造防静电服的主要品种之一,必将在材料领域取得越来越重要的地位。
    这里指的导电材料主要是炭黑、金属微粒或粉末及cus、cu,s、cuI、]ri0:、snO:、Zn()等金属化合物粉末的无机导电材料。生产方法可以用共混法(只要导电粉末粒子小,不堵塞喷丝孔,此法工艺简单,成本低),即将炭黑、金属粉末、金属化合物微粒作为导电组分,再与非导电组分(各类合成纤维)以一定比例混合均匀进行混合纺丝制成导电纤维。虽然混入炭黑的产品仅限于黑色,但与混入金属粉末的白色产品相比,不但成纤容易,而且具有增强效果。炭黑的添加量决定了最终纤维的导电率。混入的炭黑必须在高聚物内形成交联键或尽量地接近分子链。这样一旦加上电场,炭黑粒子内的电子就会在交联键内移动而形成电流。但实际上,由于炭黑、金属粉末和金属化合物粉末的粒径分布较宽,在混合纺丝时往往会堵塞喷丝孔,这时只能用复合喷丝组件进行复合纺丝法来生产防静电服中的纤维。
    在进行复合纺丝时,设备为具有复合喷丝板的纺丝机,导电成分和非导电成分分别从两个螺杆(熔法纺丝)或两台加压泵(湿法纺丝)送入喷丝头组件,从图9—42的复合喷丝组件为例,组件由A、B、c三块板组成,A板可由两组孔(0,6)或三组孔(0,6,c)组成,在A板下方的B、c板上进行复合纺丝,导电成分复合型纤维,由于含有导电粒子,其拉伸性能会有所下降,因此其初生纤维一般采用热拉伸工艺,根据纤维品种不同来确定不同的热辊、热板温度,纺丝速度也不宜过快,一般应低于10。m/min。
    例如以聚酯为芯层和皮层,以含有炭黑的聚酰胺为中间层,制成防静电鞋的抗静纤维;以P.A6、炭黑、硬脂酸镁的混合物为芯,以PA6为皮;或以含有导电性金属氧化物(例如氧化锡等)的聚乙烯为芯层,以PET为皮层等皮芯形纤维均可作为防静电服中的抗静电纤维。如埃米娜u(工夕于一u)、KE一9等属偏心型复合纤维。而塞尔哥德(七,L/疗一F)和梅格Ⅲ(、/万一Ⅲ)等与KE一9、埃米娜u均属暴露型,即无机导电材料一个方向或三个方向暴露在表面上,暴露越多,纤维的导电性越好,但纤维的强度也下降愈多。若以炭黑作导电材料,则这种纤维是灰黑色的,若以金属粉末或金属氧化物作导电材料,通常纤维为白色或浅色。阿匹耶鲁d(丁芭工一,L/d)、sA一7等则属成纤材料与导电无机材料共混型。以sA一7导电腈纶短纤维为例;导电成分(A)的调配:导电性炭黑(油炉气炭黑)以35%的比率混入聚醚酯接枝丙烯腈共聚物的二甲基亚砜溶液中,在高速混合装置“均匀流动混合器”中混合并达到均匀分散。与非导电成分丙烯腈系聚合物(B)的调配:丙烯腈195.5份,丙烯酸甲酯19.5份,丙烯磺酸钠2.2份,水10.0份,二甲基亚砜。760份,偶氮二异丁腈3.3份,以上体系进行聚合得聚合产物(B)。然后共混纺丝:在(A)聚合物溶液中混合并分散入(B)聚合物系中,进行湿法纺丝,并进行约5倍的拉伸。因为含炭黑的导电性基体聚合物(A)与主体聚合物(B)之间具有一定的亲和性,但仍属于非相容体系,所以此腈纶中(A)、(B)组分问不会发生相剥离现象,同时聚合物体系(A)独立地具有导电性,呈小岛状存在于主体聚合物系中,其导电性很好,只是颜色呈灰黑色,因而使用上仍有一定限制。随着精细化工及冶金技术发展,一部分浅色导电化合物超细粉体应运而生,如CuI、Sn(),、Sn(),/Sb、Sn(),/In、Zn()/Al、Zn()/sn等,这些材料由于颜色浅、粒度细、导电性能良好而在导电纤维中广泛使用。这些材料一般是先制成高浓度的导电聚合物母粒,再与常规聚合物复合纺丝而成浅色或白色导电纤维,这类防静电鞋中的纤维具有较好的成纤性能和持久的导电性,综合了金属型导电纤维和涂层法导电纤维的优点。复合法制备导电纤维是目前研究比较多但还没有取得突破性进展的一种方法。
    导电粒子与聚合物是不相容的两个体系,并且导电粒子的粒径都很小,通常只有0.5¨m。由于表面效应,添加的导电粒子很容易发生团聚,影响了它在高聚中的分散性。为了降低粒子的表面能,改善其分散性,需要用表面活性剂——偶联剂来处理导电粒子。一般的处理方法为:先将偶联剂溶解在醚类的溶剂中,然后加入导电粒子搅拌均匀,适当升高温度以保证偶联剂与导电粒子的相互作用,然后将溶剂挥发掉,再自然干燥24h。偶联剂的用量对导电粒子的导电性能的发挥也有很大影响,被偶联剂完全包覆的导电粒子虽然分散性很好,但自由电子的移动受到阻碍,不利于导电粒子导电性能的发挥。最佳的偶联剂用量以不完全包覆导电粒子的表面为宜。偶联剂的临界用量可通过导电粒子的比表面积和偶联剂分子的界面来计算。
    用复合纺丝法制得导电纤维的导电性能主要基于导电材料中的自由电子的移动,而不依靠吸湿和离子的迁移,所以防静电鞋中的导电纤维不依赖于环境的相对湿度,它在相对湿度30%(RH)或更低湿度下仍能显示优良的导电或抗静电性能。
    导电纤维和织物除用作屏蔽电磁波的公害外,主要用作防静电服防静电鞋、袋等。随着科学技术的现代化,各行各业都需要降低静电的障碍和无菌、无尘等,特别电子产品设计的小型化和高集成化,使相应加工技术日趋微、细、精、薄,静电的危害不容忽视,从而使导电和抗静电织物的应用面更为宽广。至今,国产有机导电纤维的生产仍处于起步阶段,现在生产经销含炭黑导电纤维(包括棉、粘胶纤维、涤纶短纤和长丝)只有几家单位,几个单位年生产约为10吨。据有关专家分析,我国目前对导电纤维年需求量约为50吨,故每年尚需讲口30~40吨。进口的导电纤维有:炭黑涂敷型导电锦纶、炭黑复合型导电锦纶66、金属化合物复合型白色导电涤纶或导电锦纶等。导电.纤维虽然制造成本较高,但在抗静电织物中它的混用比例少、效果明显,在产业和民用上都有极为广阔的发展前景口”。