导电纤维的加工方法及其应用_张世国

新型聚氨酯基导电纤维与织物研制及其应用探讨

２０１１年第８期（总第１７４期）　山东纺织经济　

新型聚氨酯基导电纤维与织物研制及其应用探讨　

张贤国，王树略　

（江苏顺远纺织科技有限公司　江苏如皋　２２６５７８）　

摘要：如何制备出既具有较高电导率、叉保持有机纤维良好力学性能的导电纤维，并实现其规模　化生产，一直是业内研究人员努力解决的课题。我们采用一种简便的后处理方法制备出聚氨酯基导电纤　维，具有导电率高、导电成分不易脱落、导电性能持久、弹性性能高和手感柔软等优点。这种新型聚氨酯　导电纤维与织物除了具备传统的抗静电与电磁屏蔽功能特性外，还在多重响应传感器、能量存储、金属　离子吸附和催化去污以及军事伪装等领域显示出巨大的应用潜力。　关键词：聚氨酯；碳纳米管；导电纤维；后处理　中图分类号：ＴＱ３４２￣．８３：ＴＳ１５６　文献标识码：Ａ　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３—０９６８．２０１１．０８．０２０　

０引言　导电纤维是在２０世纪６０年代出现的一种新　

的纤维品种，通常把电导率大于１０一ｓＱ—ｔｏｍ　（２０℃、　

６５％ＲＨ条件下）的纤维定义为导电纤维，但直到　

１９７４年美国杜邦公司采用复合纺丝技术成功制备　

出含有炭黑导电芯的复合导电纤维，才使得导电纤　

维在使用性能上迈出了历史性的一步。导电纤维用　

途广泛，除通常用于抗静电纺织品外，导电纤维高　

含量的纺织品还具有防爆和屏蔽微波的特性。有机　

导电纤维最常用的制造方法主要是采用复合，包括　

聚合物与导电粒子共混物纺丝，或在有机纤维表面　

涂覆导电成分来制备导电纤维。如何制备出既具有　

较高电导率、又保持有机纤维良好力学性能的导电　

纤维，并实现其规模化生产，一直是业内研究人员　

努力解决的课题。　

１聚氨酯基导电纤维的制备　

将常规的聚氨酯纤维通过带有超声振动的导　

电介质浴，利用聚合物纤维表层在导电介质浴溶胀　

后形成的疏松结构，通过多壁碳纳米管（或导电石　

墨）与聚氨酯间较强的相互作用力将超声分散均匀　

的导电粒子嵌入或吸附到聚氨酯纤维表层，形成碳　

多色彩PEDOT-PSS-PVA复合导电纤维的湿法纺丝研究

近年来，随着人们对功能纤维的需求逐渐增加，研究人员开始探索制备具有多色彩和导电性能的纤维材料。其中，PEDOT/PSS-PVA复合导电纤维成为了研究的热点之一。

PEDOT/PSS-PVA复合导电纤维是一种由聚乙二醇（PVA）和聚（3,4-乙烯二氧噻吩）/聚（苯乙烯磺酸）（PEDOT/PSS）复合材料组成的纤维。PEDOT/PSS是一种具有优异导电性能的有机导电材料，而PVA则具有良好的纺丝性能和成膜性能。两者的复合可以兼具导电性和纤维形态稳定性。

在湿法纺丝过程中，研究人员首先将PEDOT/PSS和PVA分别溶解在适量的溶剂中。然后，将两种溶液混合，形成PEDOT/PSS-PVA复合溶液。接着，通过旋转或者拉伸等方法，将溶液纺丝成纤维。最后，将纤维进行烘干和固化处理，得到多色彩PEDOT/PSS-PVA复合导电纤维。

研究发现，PEDOT/PSS-PVA复合导电纤维具有多色彩的特点。这是因为PEDOT/PSS可以通过控制不同的化学反应条件来调控其电导率和颜色。通过改变PEDOT/PSS的化学反应条件，可以制备出不同颜色的PEDOT/PSS-PVA复合导电纤维，如红色、绿色和蓝色等。

此外，PEDOT/PSS-PVA复合导电纤维还具有良好的导电性能。研究表明，PEDOT/PSS-PVA复合导电纤维的电导率可达到10^-3 S/cm量级。这使得该材料在柔性电子器件、传感器和生物医学领域等方面具有广阔的应用前景。

总之，多色彩PEDOT/PSS-PVA复合导电纤维的湿法纺丝研究为功能纤维的制备提供了新思路。该材料不仅具有多样的颜色选择，还具备良好的导电性能。未来，研究人员可以进一步探索其在柔性电子器件和生物医学应用中的潜在价值，为纤维材料的发展带来新的突破。

导电导热纤维

导电导热纤维是一种具有导电和导热性能的新型纤维材料。它主要通过在纤维中加入导电或导热材料，如金属纤维、碳纤维、金属纳米颗粒等，以提高纤维的导电和导热性能。导电导热纤维在许多领域具有广泛的应用，如纺织、电子、能源、环保等。 

导电纤维的应用：

1. 抗静电纺织品：导电纤维可以用于生产抗静电纺织品，如工作服、地毯等，以减少静电的产生和积累。

2. 电磁屏蔽材料：导电纤维可用于制作电磁屏蔽材料，如手机壳、电脑壳等，以减少电磁辐射对人体的影响。

3. 智能纺织品：导电纤维可以用于制作智能纺织品，如可穿戴设备、传感器等，以实现对人体生理信号的监测和控制。

4. 能源存储和转换：导电纤维可用于制作超级电容器、锂离子电池等能源存储和转换设备，提高其性能。

5. 热管理：导电导热纤维可用于制作热管理材料，如散热器、热传导路径等，以提高设备的热传导效率和散热性能。

6. 环保领域：导电纤维可用于处理有害废物、检测环境污染等，实现环境的监测和治理。

 总之，导电导热纤维作为一种新型材料，具有广泛的应用前景。随着科技的不断进步，导电导热纤维在各个领域的应用将越来越多样化，为人们的生活带来更多便利。

导电纤维的发展现状及应用前景_丁长坤

[收稿日期]2006-08-28;[修订日期]2006-09-

06功能性纺织品及纳米技术应用

导电纤维的发展现状及应用前景

丁长坤,程博闻,任元林,康卫民,张金树

(天津工业大学,天津300160)

[摘要]　综述了导电纤维的分类和制造方法,介绍了导电纤维的国内外研究进展和

用途,预测了导电纤维的市场前景。[关键词]　导电纤维;制造方法;研究进展;应用

[中图分类号]TS102.52+8　[文献标识码]A　[文章编号]1003-1308(2006)03-0032-09

1　引　言

人类对静电现象自古就有所观察和研究,但直至20世纪中期,随着工业生产的发展,因静电造

成的事故日益增多,静电的作用和危害才引起各国研究机构和学术组织的重视。近年来,随着计算机、电信、微波炉等的迅速发展和普及,人类生活、工作环境中的电磁辐射日

渐严重,因而产生的电磁波干扰对电子仪器设备的正常工作及人类的生理健康带来了很多负面影

响。为了防止静电干扰和电磁波干扰,从20世纪中期至今,人们已开发出各种抗静电产品和电磁

屏蔽材料。近几十年,研究的重点又更多地转向了导电纤维。由于导电纤维的抗静电效果显著而

持久,且不受环境湿度的影响,当导电层达到一定厚度或导电成份达到一定比例后,就具有优良的电磁屏蔽功能,因此导电纤维的研制和应用越来越受到重视。

导电纤维是通过电子传导和电晕放电而消除静电的功能性纤维。通常是指在标准状态下(20℃、65%相对湿度)、比电阻在107Ψ·cm以下的纤维。导电性能优良的纤维,其比电阻在102～

105Ψ·cm,甚至小于10Ψ·cm,而此时涤纶的比电阻大约为1014Ψ·cm,腈纶为1013Ψ·cm,丙纶为6.5×

1015Ψ·cm。由于导电纤维的比电阻值远低于普通纤维,同时电荷半衰期很短,因此导电纤维在任何

情况下都可以在极短的时间内消除静电。另外,用导电纤维制成的导电织物,还具有优异的导电、

导热、屏蔽、吸收电磁波等功能,广泛应用于电子、电力行业的导电网、导电工作服;医疗行业的电

弹性导电纤维材料

简介

弹性纤维主要包括橡胶弹性纤维和聚氨酯弹性纤维，弹性导电纤维是在弹性纤维的基础上赋予纤维优异的导电性，是可穿戴电子设备的重要组成部分，它在柔性传感、能源转换和医疗保健等领域展现出巨大的潜力。

制备工艺

纺丝工艺

1

湿法纺丝

同轴湿法纺丝，具有节省制作时间和优化结构的优点。喷丝头是由同轴双孔的针头组成，纤维具有明显的同轴结构，可制备高度可拉伸的纤维基应变传感器，传感器不仅具有很高的灵敏度、高拉伸性和高线性度，还具有可重复性和耐用性。弹性导电纤维的应变范围与导电填料构建的导电网络能承受的工作极限相关，因此湿法纺丝的关键在于如何均匀分散导电填料，导电填料在纺丝液中的分散程度决定纤维最终的性能。

2

静电纺丝静电纺丝利用超高电压，纺丝液在电场力的作用下可以直接制备出纳米级的纤维，纤维在收集装置上形成薄膜状结构，内部存在大小不一的孔隙。WANG X等采用静电纺丝法制备MW-CNTs/TPU纳米纤维薄膜，用于人体运动和压力检测。该纳米纤维薄膜具有灵敏度高、监测范围宽、响应速度快、稳定性好等特点。

3

熔融纺丝

熔融纺丝是利用高温将纤维颗粒熔化进行挤出成形的方法，工艺简单且纺丝速度快，在实际生产中是最常用的生产工艺，但是制备的纤维电阻率较低。PROBST H等将TPU与CNTs混合后熔融纺丝，在CNTs质量分数为5%时纤维的导电性和弹性较为理想，电阻率达到110Ω/cm，断裂伸长率达到400%。熔融纺丝过程中，导电填料与纤维颗粒的混和仅仅是通过螺杆搅拌进行分散，还需要考虑到熔融温度、搅拌时间、搅拌速度等因素，以确保纤维的质量和性能。

改性整理

1

纤维改性

为了形成完整的导电网络，纺丝方法更多地考虑纺丝液与导电填料的混合问题，而后整理则是为了保证导电层在纤维表面稳定不脱落。纤维制成织物之前具有高度的柔韧性和灵活性，因此可以根据不同的使用场景，编织出各种形式的结构。

LI J等制备了聚丙烯酸-聚环氧乙烷-聚多巴胺-碳纳米管纤维，CNTs在膨胀状态下被吸附，然后通过纤维收缩而被固定,提高导电层的稳定性。但是制备过程中需要额外添加聚多巴胺作为纤维的保护层，以防在碱性溶液中吸附CNTs时破坏内层纤维，最后还需要多次水洗。

导电布介绍

在现代社会中电子，通讯产业快速发展，随之而来的负面影响，各种有害电磁波也日益增多，我们正致力于有效地阻挡有害电磁波。本公司利用能够阻断电磁波的导电纤维布解决这些问题。因材质具金属镀层特点而命名为导电纤维布。

导电布的制作工程是以纤维布（一般常用聚醋纤维布）经过前置处理后施以电镀金属镀层使其具有金属特性而成为导电纤维布。

导电布性能参数

●表面阻抗值：

0.05ohm/□mo Test machine(0.5kgf)

●摩擦阻抗值：

>1，000，000 Wear cycle

反导电/氧化阻抗

●屏蔽效果:

Gasket at 6mmx10mm Average 115dB from

20MHz to 10 Ghz

●公差尺寸：H±0.02

●压缩比：≤10%

●荷重量：2kg

●三层导电层

导电布特征

●具有良好的导电性及电磁波屏蔽效果，富有柔韧性，易加工冲型，包覆等。

●优良的弯曲耐久性。

●富含不易燃物。（UL94 VTM-O）

●表面涂胶及粘着等二次加工性佳。

导电布用途

●广泛应用于导电胶带、导电泡绵、电器，电器设备、电线绝缘体、建筑物、家具材料等。

导电布结构图

导电泡棉介绍

—、说明：

导电性和防腐蚀的导电纤维布，内衬低压缩力的PU泡棉，具有良好的屏蔽效果，导电纤维布是由PoIyester纤维表面覆上铜和镍金属表层所够成的金属纤维所编织而成。纤维底层是高导电性的铜，表层是防氧化抗腐蚀的镍金属。铜和镍的结合提供极佳的导电性和屏蔽效果，导电泡棉在100KHz到10GHz的频率范围可得到良好的屏蔽效果。

二、技术参数

表面电阻（surface reistive）：≤0.05Ω/inch（100g荷重）

屏蔽效果（EMI effectiveness）：60 dB~ 80dB/30MHz~1GHz（ASTM4935）

耐热温度：-10℃-110℃

抗张强度（Adhesion strength）：≧1.3（kg/25mm）

利用静电纺丝制备导电纳米纤维的研究进展

严涛海;时雅菁;郑焰英;王建刚

【摘要】静电纺丝是制备超细长丝的有效、便捷技术,制备的导电纳米纤维具有纳米至微米结构形态特征、高比表面积、良好的导电性能,为新型导电材料的设计研究提供了广阔的应用空间,受到基础科学和应用领域专家的兴趣和重视.利用静电纺技术制备导电纳米纤维的原料成分主要有导电高分子聚合物、纳米碳基材料、金属化合物及复合型材料,较多的应用于传感器、超级电容器和光伏电源等领域,是静电纺研究的热点.文中概述了静电纺导电纳米纤维的分类、制备方法和结构性能,并展望了静电纺导电纳米纤维的研究前景.%Electrospinning is an effective and

convenient preparation technology to prepare the ultrafine filament.The

prepared conductive nanofiber has many advantages such as nano-to-micro structure morphology,high specific surface area and good electrical

conductivity,which provides a broad application space for design and

research of new type of conductive materials and attracts interests and

attention from experts of basic science and application fields.The main raw

material components of such fiber include conductive

polymer,nanocarbon-based materials,metallic compounds and

导电高分子材料制备及应用研究进展

摘要：在介绍导电高分子材料导电机理的基础上，对目前最常见的两种导电高分子材料的制备方法进行综述；重点讨论了含大型离域π键导电高分子材料、化学掺杂型共轭结构导电高分子材料和新型本征导电高分子材料等本征型导电高分子材料的制备方法，并研究了金属及其氧化物、碳系纳米材料、有机组分以及新型导电填料等对填充型导电高分子材料导电性能的影响；同时对其在电子电器材料、生物医学以及环境保护等方面的应用进行了总结，展望了新型导电高分子材料未来的应用研究方向。

关键词：导电高分子材料；导电机理；电子电器；纳米粒子

随着电子信息技术的不断发展，新型电子电器材料的开发成为目前材料研究领域中的一个热点。传统的金属类材料成本较高、耐化学腐蚀性不足且加工过程复杂，在使用时有一定的局限性[1–2]。高分子材料具有质量轻、化学结构灵活、耐湿热性能优异等特点[3]，尤其在其改性之后能够具备良好的导电性能，因此导电高分子材料正在初步取代传统的电子材料[4]。目前常见的导电高分子材料主要分为两种，一是本征型导电高分子材料，即通过分子设计的方法，使其材料结构内的π共轭结构能够提供一定数量导电载流子，由原来的绝缘材料转化为导电材料[5]，二是填充型导电高分子材料，即在高分子基体中加入一定的导电填料，使其在分子内部形成能够传递电子的粒子链[6]。笔者在对不同导电高分子材料制备方法进行总结的基础上，讨论了其在电子电器、生物医学以及环境保护领域的相关应用，并展望了导电高分子材料未来的研究发展方向。

1 导电高分子材料的制备二十世纪七十年代， C. K. Chiang等[7]首次制备出了具有导电性能的聚乙炔，导电高分子材料的概念开始兴起，经过四十年的深入研究和发展，各种新型导电高分子材料不断被开发出来，并在电子设备、航天航空以及工业材料领域中展现出广阔的应用潜力。本征型导电高分子材料和填充型导电高分子材料虽然都具有良好的导电性能，但是合成方法及综合性能有一定的区别，在实际生产中，应当根据高分子材料的使用范围即技术要求选择适当的制备方法。