石墨烯涂層導電纖維

最初的導電纖維是采用直徑約為8μm的不銹鋼制成。70年代各種導電性的有機合成纖維蓬勃興起，各種牌號、各種類型的導電纖維大量被研制開發(fā)出來。已開發(fā)的導電纖維主要有金屬纖維、碳素復合纖維和腈綸銅絡合纖維等，國內(nèi)使用的抗靜電織物大多是用金屬纖維或腈綸銅絡合纖維和其他纖維混紡、交織而制成的。

按導電成分劃分導電纖維主要有4種:金屬纖維、炭黑系纖維、導電型金屬化合物纖維和導電高分子型纖維。金屬纖維導電性能好，耐熱、耐化學腐蝕，但對于紡織品而言，金屬纖維抱合力小，紡紗性能差，成品色澤受限制，多用于地毯和工作服面料，制成高細度纖維時價格昂貴。碳黑系纖維是將碳黑與成纖物質(zhì)混合后采用皮芯紡絲法制成的導電纖維，在保持纖維原有的力學性質(zhì)以外，又獲得了一定的導電性能，但是顏色單一，通常為黑色或灰黑色，在使用上受到了一定的限制。以粘膠、腈綸、瀝青作為原絲，經(jīng)碳化處理后的碳纖維，導電性能好，耐熱，耐化學藥品，但模量高，缺乏韌性，不耐彎折，無熱收縮能力，適用范圍有限。以普通纖維為基底，用涂層法在纖維表面涂上碳黑的纖維，碳黑易脫落，手感不好，且碳黑在纖維表面不易均勻分布。導電型金屬化合物纖維，以銅、銀、鎳和鎘的硫化物、碘化物或氧化物為導電材料，以混合紡絲法、吸附法或化學反應法制成，牢度較好，其中銅、銀化合物還具有一定的附加功能，如抗菌、除臭，但是銀的成本偏高，而銅、鎳和鎘的硫化物和碘化物的導電纖維較碳黑系纖維差，電磁屏蔽性能一般，主要用于抗靜電。導電高分子型纖維中，由聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等高分子導電材料直接紡絲制成的有機導電纖維，紡絲困難，價格更高，也難在紡織品中廣泛使用。

電阻率為102~104Ω·cm，主要采用復合紡絲法將高濃度的導電微粒局部混入纖維中制取，黑系導電微粒用炭黑，白系用金屬氧化物如含少量氧化錫的氧化銻表面上涂覆二氧化鈦，纖維相對較輕，有可撓性，可洗和便于加工;也可通過后加工化學固著銅化物或電鍍金屬。

這類纖維是利用金屬的導電性能而制得的。主要方法有直接拉絲法,即將金屬線反復通過模具進行拉伸，制成直徑4~16μm 的纖維。

利用碳黑的導電性能來制造導電纖維,這是一種比較古老而普遍的方法。該方法可分為以下三類:

①摻雜法，將碳黑與成纖物質(zhì)混合后紡絲，碳黑在纖維中成連續(xù)相結構，賦予纖維導電性能。這種方法一般采用皮芯復合紡絲法，既不影響纖維原有的物理性能，又使纖維具有了導電性。

② 涂層法，涂層法是在普通纖維表面涂上碳黑。涂層方法可以采用粘合劑將碳黑粘合在纖維表面，或者直接將纖維表面快速軟化、并與碳黑粘合。這種方法的缺點是碳黑容易脫落，手感亦不好，碳黑在纖維表面不易均勻分布。

③ 纖維炭化處理，有些纖維，如聚丙烯腈纖維、纖維素纖維、瀝青系纖維等，經(jīng)炭化處理后，纖維的主鏈主要為碳原子，從而使纖維具有導電能力。采用較多的方法，還是丙烯腈系纖維的低溫炭化處理法。

高分子材料通常被認為是絕緣體，而20世紀70 年代聚乙炔導電材料的研制成功卻打破了這種傳統(tǒng)觀念。之后，又相繼誕生了聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等高分子導電物質(zhì)，人們對高分子材料導電性能的研究也越來越廣泛。利用導電高聚物制備導電纖維，主要方法有兩種:(1) 導電高分子材料的直接紡絲法;(2) 后處理法。

(5)鍍金屬離子導電纖維

通過在纖維表面鍍一層金屬離子，實現(xiàn)纖維的導電性能，該產(chǎn)品現(xiàn)今普遍應用于孕婦防輻射服裝。主要有銀、銅等金屬離子，也有鍍復合離子的。

導電紗是由一定比例的不銹鋼纖維或其他導電纖維與普通纖維混紡制成，屬于腈綸纖維，是在尼龍纖維表面上一層非常薄的digenite(Cu9S5)皮膜層形成的有機導電性纖維。導電紗能使聚積在人體上的靜電很快消失，過去多用來制作防靜電連體服。導電紗因材料使用不同，性能也千差萬別，鍍銀導電紗和Thunderon導電紗都是導電紗，因其使用不同的材料，故在名稱上有所區(qū)別。

導電紗在剛開始的時候，主要用于武器高精度加工及核輻射防護等軍事用途。冷戰(zhàn)結束后，導電紗逐漸轉向民用，但即使今天導電紗仍然是軍方設備中不可缺少的一環(huán)。比如，英軍的2012新型智能服裝將使用導電紗線直接織成，從而取代以往攜帶的笨重電池。新型智能衣的纖維不怕斷裂，即使被破壞后也能重新建立一個連接的方式。新型纖維融入到了背心，襯衫，背包，手套甚至是頭盔里都有。將導電紗線穿在身上，為士兵提供單一、集中的電源，進行設備充電。

隨著導電紗技術的愈加成熟，導電紗在民用服裝行業(yè)也流行開來。2012年，電子發(fā)熱針織服裝正是通過一次成型的針織技術結合導電紗線，在特別的針織織物的結構和密度下，通過分析公式計算出織物電阻，從而可以設定織物發(fā)出不同的溫度，且可在多個不同位置和不同面積同時設定。這項技術的優(yōu)點是開發(fā)出一種方便、舒適、衛(wèi)生和美觀的功能型發(fā)熱智能針織衫。

導電纖維的抗靜電機理是使導電纖維之間產(chǎn)生電暈放電。電暈放電是一種很緩和的放電形式，當靜電壓達到一定的數(shù)值后，即產(chǎn)生無火花的電暈放電使靜電消除。這種現(xiàn)象通常認為是織物中的導電纖維，在靜電場的作用下，使周圍的空氣產(chǎn)生電離作用而形成正負離子，正負離子中的一種與織物所帶靜電荷相反而中和，另一種則與環(huán)境或大地中和，從而消除了靜電。電暈放電與靜電泄露的顯著區(qū)別是:前者在不接地的情況下也能很好地消除織物上的靜電，而后者則需要接地或在空氣較大的情況下才能使靜電消除。

導電纖維的電阻率一般低于10Ω·cm(20℃、65%條件下)，優(yōu)良者在1×10~1×10Ω·cm，甚至小到1×10~1×10Ω·cm。可用導電纖維制備特種場合使用的抗靜電織物和抗電磁波輻射的導電織物等。但是導電纖維的價格偏高，約為普通纖維的40~50倍，在紡紗過程中，混比不當會造成很大浪費，且由于導電纖維自身的缺陷，在紡織品的應用中受到一定的局限性。