抗静电纤维和导电纤维一直是工业生产和民用急需的纺织原料。纳米抗静电剂的研制和应用使抗静电纤维的应用水平和范围大为提高。
合成纤维由于其疏水性,干燥时易于因摩擦而积静电荷,其电压可达10kV以上。因此合成纤维织物的服装往往给人不愉快的感觉,像行走中裙子缠身,脱衣时产生电火花,衣服易于吸附灰尘等问题。在散布有危险品的环境中,纤维静电还可能引起火灾爆炸等事故。所以,研究抗静电纤维和导电纤维已成为关系到国计民生的问题。
1、抗静电纤维合成纤维在摩擦时自然会带电,但是如何使产生的静电荷迅泄漏,避免静电危害却是可以做到的。纺织材料泄漏静电荷的能力与纤维的比电阻有关,为了使静电电压处于不致使人产生不愉快的水平,纤维的比电阻应小于1010Ω·cm。通常把在标准条件下(相对湿度65%,20℃)达到这一比电阻水平的纤维称为抗静电纤维。
一般合成纤维比电阻多在1013Ω·cm以上,通过吸湿改性方法,可以使纤维达到抗静电的水平。例如用亲水性的聚乙二醇、烷基磺酸钠等,与聚合物共混或共聚改性等方法可以改善纤维的抗静电性。但是,这样处理往往会降低纤维的物理性能和耐热性性能。而且用这种方法制得的抗静电纤维织物在碱减量处理时,亲水组分易被碱液溶掉,并使纤维原纤化,在纤维热定型以及织物精练、染色、洗涤中,抗静电性能都会受到损失。为了解决上述问题,目前较多采用的是复合纺丝法,即把纤维制成海岛型或芯鞘型复合纤维,基中岛相或芯部为含抗静电剂的聚合物组分,作为海相或鞘部的基体聚合物对抗静电组分起保护作用,以保持长期抗静电性能,同时不失去纤维原有的风格。
一般抗静电纤维的电阻为108~1012Ω·cm,为了使织物具有抗静电性,抗静电纤维在织物中的混用量要达到50%以上。纤维抗静电性能也会受气候条件的影响,在低温、干燥的条件下,抗静电效果明显降低。纳米抗静电剂的出现改变了抗静电剂加入量多的现状,目前研制的纳米抗静电剂的加入量在5%~10%左右就可以达到理想的效果。
2、导电纤维
具有金属或半导体的导电水平(比电阻小于107Ω·cm)的纤维称为导电纤维。将导电纤维与基体纤维以混纤、混纺、交捻、交编、交织等方式混用,混用量0.1~5%,即可在纺织品中起到电极作用,产生电晕放电(空气电离),使静电消除,而且抗静电效力持久,不受气候条件的影响,因而被称为织物抗静电的第三代方法。
导电纤维的制造方法是用添加有导电性微粉的聚合物与基体聚合物复合纺丝,以制得各种截面模式的导电复合纤维,如三层并列型、芯鞘型、多芯型、海岛型等。
早期使用较多的导电微粉是炭黑。炭黑导电纤维的比电阻为10-1~105Ω·cm,虽导电性较好,但纤维呈黑色或灰色,影响纤维的进一步染色和加工。因此,近年来选用浅色无机导电微粉。目前,研制和开发的浅色或白色微粉添加的导电纤维已有多种商品问世。
通常导电无机微粉比电阻应低于104Ω·cm。浅色微粉有硫化铜、浅色微粉有硫化铜、碘化亚铜等金属硫化物及卤化物,白色的有氧化锡、氧化锌、氧化银等金属氧化物。这些金属氧化物的导电性可以通过加入另一组分加以强化,例如氧化锡加三氧化二碳,氧化锌加三氧化二铝等。一些导电性差的氧化物,如二氧化钛、二氧化硅可以通过蒸、镀、浸金属盐后再煅烧,使其表面形成导电氧化膜,这样可以获得白度高的导电微粉。导电微粉的粒度一般在1μm以下,纳米粉体的效果更好。这些微粉可以加入到聚酯、聚酰胺和聚烯经等聚合物中。微粉与纤维的共混比例与所用聚合物性质,特别是结晶性有关,一般低结晶性聚合物共混比例更高。导电微粉的添加量通常在5%~8%的范围,如此高比例无机粒子的共混往往要添加分散剂和改善聚合物熔体流动性的助剂。现在使用纳米粉体的生产线不用加入这么多,其添加量在5%~20%,加工条件也远远低于以前。导电、导电纤维截面形状不同,对其导电效果影响也很大。导电纤维的截面大致可分为导电组分外露型、部分外露型及非外露型三大类。外露型纤维放电迅速,抗静电效果好,但纤维颜色深(炭黑),导电组分易损耗,不耐洗涤,纺丝时导电微粉对喷丝头有磨损,拉伸时易产生毛丝。部分外露型如双层并列及三层并列复合纤维,如果导电组分外露面积低于纤维表面积的30%,可以达到色浅和较耐洗涤的效果,但仍然存在纺丝问题,非外露型如海岛及芯鞘复合纤维,虽然色相及纺丝问题得以解决,但放电性能差。近来看针对这一矛盾有许多新的研究结果。有专利提出:导电组分在复合纤维表面以小于1.5μm的幅度间断外露,既可获得良好的放电特性,又不会产生纺比问题。