导电纤维的开发与应用PPT讲稿.ppt

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1、导电纤维的开发与应用导电纤维的开发与应用第1页，共25页，编辑于2022年，星期日导导 电电 纤纤 维维 的的 开开 发发 与与 应应 用用n n导电纤维的概况导电纤维的概况n导电原理导电原理n n导电性的表征导电性的表征n n导电纤维的生产和用途导电纤维的生产和用途第2页，共25页，编辑于2022年，星期日导导 电电 纤纤 维维 的的 概概 况况n n概述1.1.高分子材料由于其价格低廉、种类多、加工容易而广泛使用。但高分子材高分子材料由于其价格低廉、种类多、加工容易而广泛使用。但高分子材料一般为电的绝缘体，由于摩擦与感应很容易在材料表面积聚大量的静电料一般为电的绝缘体，由于摩擦与感应很容易

2、在材料表面积聚大量的静电荷其电压可高达几千伏。荷其电压可高达几千伏。2.2.为了使高分子材料具有一定的抗静电性能，一般可以使用抗静电剂或填充导电材料为了使高分子材料具有一定的抗静电性能，一般可以使用抗静电剂或填充导电材料来获得。后者由于具有长效、普适、抗静电性可控等优点而获得广泛地应用。来获得。后者由于具有长效、普适、抗静电性可控等优点而获得广泛地应用。3.3.常用的导电性填料一般有：金属粉末、碳黑、石墨、碳纤维、金属氧化物以及常用的导电性填料一般有：金属粉末、碳黑、石墨、碳纤维、金属氧化物以及近年来发展起来的新型碳材料，如：碳纳米管近年来发展起来的新型碳材料，如：碳纳米管(CNT)(CNT)

3、、气相生长碳纤维、气相生长碳纤维(VGCF)(VGCF)等。等。当导电材料在填充体系中的含量达到临界点时，导电粒子在基体中形成导电通道，发生当导电材料在填充体系中的含量达到临界点时，导电粒子在基体中形成导电通道，发生从绝缘体到半导体的转变，从而使材料的电阻急剧下降。从绝缘体到半导体的转变，从而使材料的电阻急剧下降。第3页，共25页，编辑于2022年，星期日导导 电电 纤纤 维维 的的 概概 况况n n抗静电技术的发展过程n n第一阶段：采用吸湿性抗静电剂对纤维或织物进行表面处理，第一阶段：采用吸湿性抗静电剂对纤维或织物进行表面处理，或通过本征型静电逸散聚合物或通过本征型静电逸散聚合物(IDP)

4、IDP)与普通聚合物共混或共聚与普通聚合物共混或共聚而得到抗静电纤维。这两种抗静电纤维都是基于吸湿放电原而得到抗静电纤维。这两种抗静电纤维都是基于吸湿放电原理来降低纺织品的比电阻，加快电荷逸散，其制成品的表面理来降低纺织品的比电阻，加快电荷逸散，其制成品的表面电阻电阻 s s一般在一般在10109 9 10 101212。缺点：缺点：1.1.对环对环境相境相对对湿度依湿度依赖赖性性较较大，当大，当环环境相境相对对湿度湿度 40%40%时时，抗静，抗静电电性急性急剧剧下降。下降。2.2.耐久性差：耐久性差：纤维纤维中抗静中抗静电组电组分有向分有向纤维纤维表面的富集表面的富集趋势趋势，使其，使其耐

5、久性和手感耐久性和手感较较差。差。第4页，共25页，编辑于2022年，星期日导导导导 电电电电 纤纤纤纤 维维维维 的的的的 概概概概 况况况况n抗静电技术的发展过程n n第二阶段：金属纤维和导电物质表面涂敷。第二阶段：金属纤维和导电物质表面涂敷。1.1.金属导电纤维：首先由美国的金属导电纤维：首先由美国的BekaertBekaert公司在上世纪公司在上世纪6060年代生产的。金属纤维年代生产的。金属纤维具有导电性好、耐热、耐化学的优点，但弹性差、伸长小、粗硬挺直、表面粗具有导电性好、耐热、耐化学的优点，但弹性差、伸长小、粗硬挺直、表面粗糙，在制成细旦纤维时，成本较高，与普通合成纤维混纺时抱合

6、性差。糙，在制成细旦纤维时，成本较高，与普通合成纤维混纺时抱合性差。2.2.导电物质表面涂敷纤维：这种纤维的代表是上个世纪导电物质表面涂敷纤维：这种纤维的代表是上个世纪6060年代末由德国年代末由德国BASFBASF公司公司率先开发出的碳黑型表面涂敷导电纤维。可以通过物理、化学等途径，在纤维表面率先开发出的碳黑型表面涂敷导电纤维。可以通过物理、化学等途径，在纤维表面涂敷和固着金属、碳、导电高分子等导电物质。这种纤维的导电成分都分布在纤维涂敷和固着金属、碳、导电高分子等导电物质。这种纤维的导电成分都分布在纤维表面，抗静电效果较好，但在使用过程中，导电物质容易脱落，使导电性丧失。表面，抗静电效果较

7、好，但在使用过程中，导电物质容易脱落，使导电性丧失。第5页，共25页，编辑于2022年，星期日导导 电电 纤纤 维维 的的 概概 况况n n抗静电技术的发展过程第三阶段：复合导电纤维。第三阶段：复合导电纤维。n n复合导电纤维是复合导电纤维是19741974年由美国杜邦公司率先开发出的以含导电碳年由美国杜邦公司率先开发出的以含导电碳黑的黑的PEPE为芯、为芯、PA-66PA-66为皮的复合型导电纤维为皮的复合型导电纤维Antron3Antron3。此后，世界各。此后，世界各大化纤公司纷纷开始含碳或其它导电物质的复合型导电纤维的研究开发。大化纤公司纷纷开始含碳或其它导电物质的复合型导电纤维的研究

8、开发。如：美国首诺，日本的钟纺、东丽、可乐丽、帝人等公司，分别使用不如：美国首诺，日本的钟纺、东丽、可乐丽、帝人等公司，分别使用不同的导电物质、采用不同的工艺技术路线，研制开发出各种不同截面形同的导电物质、采用不同的工艺技术路线，研制开发出各种不同截面形式的复合导电长丝和短纤维。式的复合导电长丝和短纤维。第6页，共25页，编辑于2022年，星期日导导 电电 纤纤 维维 的的 概概 况况n n国内外发展现状1.1.目前，国外的研究开发主要集中在各种导电物质与各种成纤目前，国外的研究开发主要集中在各种导电物质与各种成纤高聚物通过复合纺丝技术制备复合导电纤维这一领域。在导高聚物通过复合纺丝技术制备复

9、合导电纤维这一领域。在导电物质中，碳黑由于其卓越的性价比、纤维的导电性在一定电物质中，碳黑由于其卓越的性价比、纤维的导电性在一定范围内可调而尤其受到青睐。范围内可调而尤其受到青睐。2.2.国内在上世纪九十年代开始导电纤维的研究开发工作。目前，国内在上世纪九十年代开始导电纤维的研究开发工作。目前，江苏、山东、广东、北京等地的科研和生产机构均有少量产品江苏、山东、广东、北京等地的科研和生产机构均有少量产品进入市场。进入市场。3.3.现阶段，国内复合导电纤维与国外同类产品相比，主要存在现阶段，国内复合导电纤维与国外同类产品相比，主要存在表面电阻相对较高、导电性能和纤维力学性能还不是很稳定表面电阻相对

10、较高、导电性能和纤维力学性能还不是很稳定的缺陷。的缺陷。第7页，共25页，编辑于2022年，星期日导导 电电 纤纤 维维 的的 导导 电电 原原 理理n n导电填料导电填料导电填料体积电阻体积电阻(cm cm)优优 点点缺缺 点点金属盐金属盐1010-2-2浅色浅色填充量大填充量大碳碳 黑黑1010-2-2高性价比，用途广泛，重量高性价比，用途广泛，重量轻，耐腐蚀，导电性可调轻，耐腐蚀，导电性可调颜色深，不适于洁净颜色深，不适于洁净场所场所石石 墨墨1010-4-4对体系流变性能影响小对体系流变性能影响小颜色深颜色深碳纤维碳纤维1010-3-3强度高强度高弯曲模量低弯曲模量低碳纳米管碳纳米管1

11、010-6-6增强、导热增强、导热价格昂贵价格昂贵金属粉末金属粉末1010-6-6导电性能好导电性能好易氧化，不耐腐蚀，易氧化，不耐腐蚀，比重大比重大IDPIDP1010-4-4导电性好导电性好加工困难，化学性质加工困难，化学性质不稳定，环保和健康不稳定，环保和健康第8页，共25页，编辑于2022年，星期日导导 电电 纤纤 维维 的的 导导 电电 原原 理理n n导电原理导电填料浓度与聚合物表面电阻间的关系导电填料浓度与聚合物表面电阻间的关系第9页，共25页，编辑于2022年，星期日导导 电电 纤纤 维维 的的 导导 电电 原原 理理n n导电原理不同结构度导电碳黑的聚集结构示意图不同结构度导

12、电碳黑的聚集结构示意图第10页，共25页，编辑于2022年，星期日导导 电电 纤纤 维维 的的 导导 电电 原原 理理n nCB-g-X的形貌特征碳黑在溶液体系中，在不同的条件下，仍能保持其独特的链状导电结构第11页，共25页，编辑于2022年，星期日导导 电电 纤纤 维维 的的 导导 电电 原原 理理n n导电原理不同结构度的碳黑对聚合物体积电阻的影响不同结构度的碳黑对聚合物体积电阻的影响第12页，共25页，编辑于2022年，星期日导导 电电 纤纤 维维 导导 电电 性性 的的 表表 征征n导电纤维的定义 导电纤维一般是指在恒温、恒湿的条件下，纤维的体积电阻小于108 cm的纤维。第13页，

13、共25页，编辑于2022年，星期日导导 电电 纤纤 维维 导导 电电 性性 的的 表表 征征n n导电性的表征 高分子材料的电阻与几何形状有关，其固有电阻特性可用体积高分子材料的电阻与几何形状有关，其固有电阻特性可用体积电阻来表示：电阻来表示：式中：式中：AA纤维材料的横截面积，纤维材料的横截面积，L L纤维材料上两个测定电极间的距离纤维材料上两个测定电极间的距离 R R纤维材料上两个测定电极间的电阻纤维材料上两个测定电极间的电阻 体积电阻的单位是体积电阻的单位是 cmcm ，表示单位面积材料的单位长度上的电阻。，表示单位面积材料的单位长度上的电阻。第14页，共25页，编辑于2022年，星期日

14、导导 电电 纤纤 维维 导导 电电 性性 的的 表表 征征n n导电性的表征 在某些情况下，纤维材料的导电是在其表面进行的，而不是通过其体积来在某些情况下，纤维材料的导电是在其表面进行的，而不是通过其体积来实现的，这时其固有电阻特性应为表面电阻：实现的，这时其固有电阻特性应为表面电阻：式中：式中：WW式样的宽度或圆柱体的周长，式样的宽度或圆柱体的周长，LL纤维材料上两个测定电极间的距离纤维材料上两个测定电极间的距离 RR纤维材料上两个测定电极间的电阻纤维材料上两个测定电极间的电阻表面电阻的单位为表面电阻的单位为 m/m m/m，简化写成，简化写成。表面电阻等于单位宽度材。表面电阻等于单位宽度材

15、料的单位长度上的电阻。为避免和普通电阻单位混淆，国际上料的单位长度上的电阻。为避免和普通电阻单位混淆，国际上S S经常用单位正方形面积的欧姆值来表示，即经常用单位正方形面积的欧姆值来表示，即/sq/sq。第15页，共25页，编辑于2022年，星期日导导 电电 纤纤 维维 导导 电电 性性 的的 表表 征征n n导电性的表征在商业上，常用单位长度上纤维的电阻来表示纤维的导电性：在商业上，常用单位长度上纤维的电阻来表示纤维的导电性：式中：式中：LL为纤维材料上两个测定电极间的距离为纤维材料上两个测定电极间的距离 RR为纤维材料上两个测定电极间的电阻为纤维材料上两个测定电极间的电阻也可将其称为抗电性

16、能，其单位为也可将其称为抗电性能，其单位为 /cm/cm。第16页，共25页，编辑于2022年，星期日导导 电电 纤纤 维维 的的 生生 产产 和和 用用 途途n导电纤维的生产导电纤维的生产可分为表面涂覆法，纺丝法。1.1.表面涂覆法：在作为基体的纤维表面涂覆上碳、银表面涂覆法：在作为基体的纤维表面涂覆上碳、银等导电材料。由于导电物质直接涂覆在纤维表面，等导电材料。由于导电物质直接涂覆在纤维表面，其抗静电效果较好，但在使用过程中，导电物质容其抗静电效果较好，但在使用过程中，导电物质容易脱落，使导电性丧失。易脱落，使导电性丧失。2.2.纺丝法：纺丝法为共混纺丝、直接纺丝和复合纺丝，目前纺丝法：纺

17、丝法为共混纺丝、直接纺丝和复合纺丝，目前生产品种最多、用途最广的导电纤维就是通过复合纺丝法生产品种最多、用途最广的导电纤维就是通过复合纺丝法生产的。生产的。第17页，共25页，编辑于2022年，星期日导导 电电 纤纤 维维 的的 生生 产产 和和 用用 途途n n复合导电纤维纺丝工艺流程碳黑碳黑 预处理预处理 造粒造粒 干燥干燥 螺杆挤压机螺杆挤压机 纺丝箱纺丝箱 计量泵计量泵 成纤高聚物成纤高聚物 干燥干燥 螺杆挤压机螺杆挤压机 纺丝箱纺丝箱 计量泵计量泵纺丝组件纺丝组件 侧吹风冷却侧吹风冷却 上油上油 牵伸牵伸 定型定型 卷绕卷绕检验检验 分级包装分级包装 成品纤维成品纤维 第18页，共2

18、5页，编辑于2022年，星期日导导 电电 纤纤 维维 的的 生生 产产 和和 用用 途途n n复合导电纤维截面第19页，共25页，编辑于2022年，星期日导导 电电 纤纤 维维 的的 生生 产产 和和 用用 途途n n复合导电纤维截面复合导电纤维截面第20页，共25页，编辑于2022年，星期日导导 电电 纤纤 维维 的的 生生 产产 和和 用用 途途n n复合导电纤维截面第21页，共25页，编辑于2022年，星期日导导 电电 纤纤 维维 的的 生生 产产 和和 用用 途途n n复合导电纤维截面复合导电纤维截面碳黑碳黑碳黑碳黑/聚合物聚合物聚合物聚合物聚合物聚合物聚合物聚合物第22页，共25页，

19、编辑于2022年，星期日导导 电电 纤纤 维维 的的 生生 产产 和和 用用 途途n n复合导电纤维截面复合导电纤维截面碳黑碳黑碳黑碳黑/聚合物聚合物聚合物聚合物聚合物聚合物聚合物聚合物第23页，共25页，编辑于2022年，星期日导导 电电 纤纤 维维 的的 生生 产产 和和 用用 途途n n复合导电纤维的用途 随着高科技的发展，静电危害所造成的后果已不仅仅限于安全问随着高科技的发展，静电危害所造成的后果已不仅仅限于安全问题。静电放电造成的频谱干扰，是在电子、通信、航空、航天以题。静电放电造成的频谱干扰，是在电子、通信、航空、航天以及一切应用现代电子设备、仪器的场合导致设备运转故障、信号及一切

20、应用现代电子设备、仪器的场合导致设备运转故障、信号丢失、误码等的直接原因之一。在石油、化工、精密机械、煤矿、丢失、误码等的直接原因之一。在石油、化工、精密机械、煤矿、食品、医药等行业均对静电的防护有特殊的要求。食品、医药等行业均对静电的防护有特殊的要求。由于复合导电纤维具有导电性能优越、耐洗涤、耐摩擦、使用时间长由于复合导电纤维具有导电性能优越、耐洗涤、耐摩擦、使用时间长久等特点，因此非常适用于纺织品、通信工程、电子、信息、汽车久等特点，因此非常适用于纺织品、通信工程、电子、信息、汽车制造、运动器材、医疗器械、航空航天、制药、化工、石油等各个制造、运动器材、医疗器械、航空航天、制药、化工、石油等各个领域。领域。第24页，共25页，编辑于2022年，星期日谢谢 谢谢 ！第25页，共25页，编辑于2022年，星期日