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智能導(dǎo)電纖維的研究與開發(fā)進(jìn)展
耿文甜 2010/9/24
0 前言
目前,對(duì)高度刺激能產(chǎn)生智能響應(yīng)的纖維及其制品的研究和開發(fā)已引起人們極大的關(guān)注。智能纖維就是能夠感知所處環(huán)境的變化(如機(jī)械、熱、化學(xué)、光、溫度、電磁等),并隨之做出敏銳響應(yīng)(發(fā)生突越性變化)的纖維。合成纖維是高分子材料，一般都具有優(yōu)越的電絕緣性能。但電絕緣性能越高，電阻就越大，越容易產(chǎn)生很高的靜電。而靜電高了一有機(jī)會(huì)就會(huì)放電，靜電放電在特定場(chǎng)合又會(huì)引起爆炸和火災(zāi)，還會(huì)引起電擊災(zāi)難。因此，纖維制品在某些應(yīng)用方面就有必要采用抗靜電纖維來消除靜電電荷。但隨著使用領(lǐng)域的推廣和擴(kuò)大，各種應(yīng)用環(huán)境又對(duì)纖維的抗靜電性能提出了更高的要求，于是又出現(xiàn)了導(dǎo)電纖維。導(dǎo)電纖維不僅可以用來消除靜電、吸收電磁波,而且由于電信號(hào)的探測(cè)和傳輸是探測(cè)技術(shù)中很重要的一個(gè)方面,因此,導(dǎo)電纖維在服裝、醫(yī)用、能源等領(lǐng)域都取得了非常成功和廣泛的應(yīng)用。
1 導(dǎo)電纖維的研究和發(fā)展現(xiàn)狀
自20世紀(jì)70年代開始,人們就在不斷地研發(fā)導(dǎo)電纖維,隨著研究的不斷深入,不同類型的導(dǎo)電纖維被逐步開發(fā),在各領(lǐng)域里起著重要的作用。
1.1 金屬纖維
最早問世的導(dǎo)電纖維是美國Brunswick公司所生產(chǎn)的不銹鋼纖維Brunsmet,它是不銹鋼絲反復(fù)穿過模具精細(xì)拉伸制成的纖維[2]。后來有人將金屬粉末混入成纖聚合物切片中再進(jìn)一步紡成導(dǎo)電纖維,也有人采用將金屬粉末沉積在多孔纖維表面的孔穴中的方法制取導(dǎo)電纖維[3]。但這兩種方法都有明顯的不足之處,如將金屬粉末混入成纖聚合物切片中,紡絲時(shí)常會(huì)發(fā)生噴絲孔堵塞的現(xiàn)象;若采用在多孔纖維表面孔穴中沉積金屬粉末的方法,則需事先紡制特種纖維,這些給工業(yè)生
產(chǎn)帶來了困難且對(duì)纖維的性能有所損傷。
1.2 炭黑纖維及金屬化合物導(dǎo)電纖維
經(jīng)過進(jìn)一步研究人們又提出將含導(dǎo)電成分的高聚物與成纖聚合物一起復(fù)合紡絲來制備復(fù)合型導(dǎo)電纖維,所用的導(dǎo)電成分為炭黑或金屬化合物微粒。1974年,美國Dupont公司開發(fā)了以含炭黑的聚乙烯為芯,尼龍66為鞘的導(dǎo)電復(fù)合纖維———尼龍BCF[4]。1989年,押田正博等又采用含CuI2微粒的聚乙烯為芯,聚酯為鞘,制得導(dǎo)電滌綸[5]。炭黑導(dǎo)電纖維及金屬化合物導(dǎo)電纖維的導(dǎo)電性耐久性較好,且導(dǎo)電性與濕度幾乎無關(guān)。
1.3 導(dǎo)電聚合物纖維
1977年,美國賓夕法尼亞大學(xué)的Mac Diarmid教授等人發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)電聚乙炔,引起了人們極大的關(guān)注,從而開創(chuàng)了結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電聚合物發(fā)展的新局面。近二十年來,研究導(dǎo)電纖維的重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到了導(dǎo)電高分子材料,主要是結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電聚合物。所謂結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電聚合物即指不需要加入其他導(dǎo)電性物質(zhì)而依靠本身結(jié)構(gòu)即具導(dǎo)電性的聚合物。以導(dǎo)電高分子材料為導(dǎo)電劑有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn):導(dǎo)電聚合物與普通線性聚合物一樣,紡絲拉伸過程中會(huì)產(chǎn)生取向,這種導(dǎo)電的各向異性,提高了纖維軸向的導(dǎo)電性能[6]。直接利用結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電聚合物制備導(dǎo)電纖維是制備導(dǎo)電纖維的一種新方法,纖維完全由導(dǎo)電高聚物組成,無需加入其他材料即可導(dǎo)電但是這種完全由導(dǎo)電聚合物制造出來的導(dǎo)電纖維難以適合很多紡織材料應(yīng)用的要求,其使用價(jià)值很有限。且由于導(dǎo)電高分子材料本身剛度
大、難溶、難熔、成型困難,因此制備導(dǎo)電聚合物纖維較困難[7]。
1.4 導(dǎo)電聚合物涂層纖維
人們利用摻雜導(dǎo)電聚合物電阻率大為降低的特點(diǎn),將導(dǎo)電聚合物作為導(dǎo)電層覆蓋在高聚物纖維的表面,從而使其具有導(dǎo)電性。例如,White等人[8]采用電化學(xué)的方法在某種高聚物纖維的表面形成導(dǎo)電有機(jī)聚合物———聚苯胺的涂層,從而改善纖維的導(dǎo)電性。這種方法簡(jiǎn)便易行,但遺憾的是:這種表面涂層只是覆蓋在基質(zhì)纖維表面,并不能均勻分布在整根纖維的截面上。1989年,美國R.V.Gregory[9]以錦綸或滌綸為基質(zhì),采用“現(xiàn)場(chǎng)”吸附聚合法,使苯胺在基質(zhì)纖維表面發(fā)生氧化聚合反應(yīng),聚苯胺均勻地沉積在基質(zhì)纖維表面,并能有效滲入纖維內(nèi)部,使纖維導(dǎo)電性能持久良好。“現(xiàn)場(chǎng)”聚合法制備導(dǎo)電纖維既可賦予纖維耐久的導(dǎo)電性,又可較好地保持基體纖維的物理機(jī)械性能,是目前制備導(dǎo)電纖維常用的一種方法。
1.5 導(dǎo)電玻璃纖維
導(dǎo)電玻璃纖維是玻璃鍍金屬技術(shù)和玻璃纖維表面處理技術(shù)相結(jié)合而開發(fā)出來的產(chǎn)品。它在纖維表面鍍上鎳合金,其上面包敷導(dǎo)電性能良好的金屬,在最外層有耐腐蝕性能好的金屬材料保護(hù)膜。它主要有導(dǎo)電性能好、比重小等特點(diǎn),在集成電路和電磁設(shè)備上有廣泛的應(yīng)用。日本將導(dǎo)電玻璃纖維用于隱身材料的研究已經(jīng)取得成功[9]。研究人員研究出一種高頻高效吸波涂料,它具有由電阻抗變換層和低阻抗諧振
層組成的兩層結(jié)構(gòu),其中諧振層是由鐵氧體、導(dǎo)電短纖維與樹脂組成的復(fù)合材料。該纖維可吸收1GHz~20 GHz的雷達(dá)波,吸收帶（未完，下一頁）
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