什么是有机复合导电纤维/纱？导电纤维能导电吗

什么是有机复合导电纤维？



有机复合导电纤维是由常规的合成纤维聚合物与导电组分复合而成的具有一定导电性能的纤维。有机复合导电纤维中的导电组分是在常规合纤的聚合物中加入了大量导电物质经混炼制成的类似色母粒类的材料。



有机复合导电纤维的主要品种有锦纶（尼龙）基、涤纶基、腈纶基、丙纶基等有机复合导电纤维，以锦纶基有机导电纤维应用最为广泛。近期报道的新型有机复合导电纤维──芳纶基复合导电纤维，由山东泰和集团首创并生产，商品名称（Tamtar）导电纤维。



有机复合导电纤维的结构有：皮型（即皮层为导电层，芯层为普通聚合物）、三叶型、并列型、一字型、芯型（即芯层为导电层，皮层为普通聚合物）、海岛型等等多种结构形式：



几种不同结构导电纤维综合对比：



①、皮型：导电性能优良，强力一般，耐久性略差；



②、一字型：导电性能略差，强力较好，耐久性优良；



③、三叶型：导电性能较好，强力较好，耐久性优良；



④、芯型：导电性能较差，强力较好，耐久性优良；



注：因为炭黑在织物中显示黑色，因此，除特殊情况外，只有芯型导电纤维能使用在浅色织物中。



导电组分的组成与作用：



基料──即基体材料或称基本聚合物。作用：将导电颗粒牢固的粘结在一起，使导电组分既有稳定的导电性，又赋予材料可加工性。



填料──即导电物质。作用：导电颗粒在导电组分中起提供载流子的作用。



基本聚合物与导电颗粒的相容性：



两者性质相差较大，复合时不易紧密结合，且难于均匀分散，影响材料的导电性能，故通常还需对导电颗粒进行表面处理。如：采用表面活性剂、偶联剂、氧化还原剂等对导电颗粒进行处理，以提高其分散性和紧密结合性──即材料的相容性。



导电纤维能导电吗？导电机理



有机复合型导电高分子的研究表明：



1、导电填料颗粒，在材料中并不需要完全接触就能形成导电通道。



当导电颗粒间不相互接触时，颗粒间存在聚合物隔离层，使导电颗粒中自由电子的定向运动受到阻碍，这种阻碍可看做是有一定势能的势垒。根据量子力学的观点，对于微观粒子来说，即使其势能小于势垒的能量时，它既有被反弹的可能性也有穿过势垒的可能性，微观粒子穿过势垒的现象称为贯穿效应，也称隧道效应。



根据上述分析，导电高分子内部的结构有三种情况：



a：一部分导电颗粒完全连续的相互接触，形成电流通路，相当于电流经过一只电阻。



b：一部分导电颗粒不完全连续接触，其中不相互接触的导电颗粒之间由于隧道效应形成电流通路，相当于一个电阻与一个电容并联后再与一个电阻串联的情况。



c：一部分导电颗粒完全不连续，导电颗粒间的聚合物隔离层较厚，是电的绝缘层，相当于电容器的效应。



复合型导电高分子导电机理模型示意图：



图中：1.导电颗粒。2.导电颗粒间的隔离层。



2、含炭黑聚合物导电性的特性。



a.对电场强度的依赖性：含炭黑聚合物的导电性对电场强度有强烈的依赖性。在低电场强度下（E＜104V/cm），电导率符合欧姆定律；在高电场强度下（E＞104V/cm），导电率符合幂定律。



研究发现，导电聚合物的导电性对电场强度的这种依赖性规律，是由它们在不同外电场作用下不同的导电机理所决定的。



※在低电场强度下，导电聚合物的导电是由炭黑颗粒与聚合物之间的界面极化引起的离子导电，这种极化的载流子数目较少，故导电率较低。



在高电场强度下，炭黑中的载流子（自由电子）获得了足够的能量，能够穿过炭黑颗粒间的聚合物隔离层使材料导电，隧道效应起了主要作用。因此，含炭黑高聚物在高电场强度下的导电本质是电子导电，故电导率较高。



b.对温度的依赖性：在低电场强度时，电导率随温度的降低而降低；在高电场强度下时，电导率随温度的降低而增大。这种规律同样由于其不同的导电机理决定的。



※导电机理：低电场强度下的导电是由界面极化导致的离子导电引起的，温度低使载流子动能降低，导致电导率下降；反之，高电场强度下的导电是自由电子的跃迁，相当于金属导电，温度降低有利于自由电子的定向运动，故电导率增大。同理，金属化合物系的导电纤维，也可以认为其导电机理应遵循这些规律。



什么是有机复合导电纱



有机复合导电纤维与合纤长丝网络复合、与常规纱线复合、与常规纤维混纺等结构的纱线叫有机复合导电纱线。



有机复合导电纱的应用



主要有常规织入法（即织物正面显现）和嵌织法（即嵌织在织物反面）。



在有机复合导电纱线的使用方法中，嵌织法是较为简便、使用范围较广、抗静电效果和耐久性又较好的一种工艺方法。



导电纱线配置方法：



在织物中、等间距地均匀织入一根导纱线。导电纱线在织物中的配置方法共有3种，如下图所示。



早期的嵌织式抗静电织物设计，从抗静电功能方面考虑较多，而忽略了织物的外观效应和风格特征，其导电纱线均为0.5~2.5cm间距直接织入1根，呈明条状地显现于织物表面。由于导电纤维与普通纤维的染色性能有差异，在织物表面就形成了很不协调的明条状异纤，使织物的外观效应和风格特征受到了影响。



导电纱线嵌织组织的选择



为使嵌入的导电纱线不致于影响织物的外观效应和风格特征，应采用经二重组织的原理生产嵌织式抗静电织物。经二重组织由两个系统经纱：即表经与纬纱交织构成织物正面、里经与同一系统的纬纱交织构成织物的背面，经二重组织的织物正反面均显现经面效应。利用经二重组织这一特性，将抗静电织物的经纱分为两个系统，即将普通纱线作表经，使其显现于织物正面;而将嵌织入的导电纱线作里经，使其显现于织物的反面。用显现于织物正面的表经盖住导电纱线，以构成良好的织物外观效应和风格特征。



为使织物表面具有良好的斜纹效应，必须合理地配置表经组织点和里经组织点，即构成织物正面的、表经的经组织点必须将里经组织点遮盖住，这就要求将里经的短浮线配在相邻表经两浮长线之间，以利于里经的隐藏。常用组织嵌入导电纱线如下图所示：