導電纖維是指在聚合物中混入導電介質所紡製成的化學纖維或金屬纖維、碳纖維等。具有遠高於抗靜電纖維的優異的消除和防止靜電的性能，且比電阻值持久不變並基本上不受濕度影響。按導電成分分布狀態，分為均勻型、被覆型和複合型三類。一般採用混溶、蒸鍍、電鍍和複合紡絲等方法，在纖維中添加炭黑、石墨、金屬粉或金屬化合物等導電介質製得。其制晶可用予靜電感應禁止，混有少量導電纖維的織物還可用作特種工作服、防塵刷等。
基本介紹
- 中文名：導電纖維
- 外文名：electroconductive fiber
- 時間：20世紀60年代
- 原理：電暈放電
- 套用：電子、軍工等行業
- 學科：材料科學技術
原理,分類,套用,發展前景,
原理
導電纖維能將產生的靜電很快泄漏和分散，有效地防止靜電的局部蓄積。導電纖維還具有電暈放電能力，能起到向大氣釋放靜電的效果。電暈放電是在大氣壓或高於大氣壓條件下，電極表面曲率半徑很小，放電空間電場不均勻，電極表面附近電場比較強時，發生的放電現象。在電極附近有一個發光的電暈層，層內電場很強，產生強烈的電離和激發。這種電暈放電是一種極微弱的放電現象，不會發生危險。因此，導電纖維在不接地的情況下，也可用電暈放電的方法消除靜電。若導電纖維製品接觸大地，則在電暈放電的同時，靜電也通過導電方式泄漏入大地，其帶電量就更小了。
(1)接地導電纖維的消除靜電機理。人體穿著含導電纖維織物接觸大地時，其消除靜電的機理是在電暈放電的同時，誘導電荷聚集在導電纖維周圍，進而泄漏入大地。具體過程是當導電纖維與帶電體接近時，在帶電體與帶電纖維間形成了電場，特別是在導電纖維的周邊收斂了電力線，形成局部的離子活化區域。在導電纖維周圍的空氣，由於絕緣被擊穿，電暈放電產生了正負離子，其中負離子向帶電體移動而中和，正離子通過導電纖維向大地泄漏。
(2)不接地導電纖維消除靜電機理。導電纖維在不接地情況下是通過電暈放電方法消除靜電，消除靜電步驟為：
①織物(帶電體)中的電荷嚮導電纖維匯集，導電纖維中誘導了與織物電性相反的電荷；
②導電纖維附近被誘發產生強電場，使其周圍空氣受此電場的作用而電離，這就是所謂的電暈放電過程；
③電暈放電產生正負離子，與織物所帶電荷性質相反的離子向織物移動，與織物所帶電荷中和，從而消除靜電。
分類
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，但對於紡織品而言，金屬纖維抱合力小，紡紗性能差，成品色澤受限制，多用於地毯和工作服面料，製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混合後採用皮芯紡絲法製成的導電纖維，在保持纖維原有的力學性質以外，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，經碳化處理後的碳纖維，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，適用範圍有限。以普通纖維為基底，用塗層法在纖維表面塗上碳黑的纖維，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製成，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，電磁禁止性能一般，主要用於抗靜電。
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製成的有機導電纖維，紡絲困難，價格更高，也難在紡織品中廣泛使用。
套用
用導電纖維製成的導電織物具有優異的導電、導熱、禁止吸收電磁波等功能，被廣泛套用於電子及電力行業的導電網、導電工作服；醫療行業的電熱服、電熱面、電熱繃帶；航空、航天、精密電子行業的電磁禁止罩等。導電纖維可用於抗靜電紡織品、防電磁輻射紡織品、智慧型紡織品和軍工紡織品等領域。
1．抗靜電紡織品
導電纖維是以電子導電為機理的功能纖維，通過電子傳導和電暈放電來消除靜電。由於纖維內部含有自由電子，其抗靜電特性無濕度依賴性；導電纖維的電荷半衰期短，在任何情況下，都能在極短的時間內消除靜電，利用導電纖維來防止靜電的產生和危害具有廣泛的環境適應性。根據導電纖維電導率大小及織物的組織結構，在一般纖維中混入0.05%～5%的導電纖維即可達到抗靜電效果。用導電纖維製成的具有抗靜電效果的工作服，適用於油田、石油加工、煤礦、電子工業、感光材料工業以及其他易燃易爆的場合，也適合於作為無塵無菌服或特種過濾材料等。
2．防電磁輻射紡織品
電磁禁止是採用低電阻率的導電材料對電磁流具有的反射和引導作用，在導體材料內部產生與原磁場相反的電流和磁極化，從而減弱原電磁場的輻射效果。用作防電磁輻射的導電纖維要求其電阻率很低，通常只有10-6～10-2Ω/cm。近年來，由於電子電器設備和通信設備的廣泛套用，電磁輻射的干擾使設備產生的誤操作、圖像聲音障礙以及對人體的危害等，引起人們對開發電磁禁止材料的關注。低電阻率的導電纖維的開發和市場的緊俏，也正是由此引發。
利用導電纖維的電磁波禁止性，可將其用於製作精密電子元件、高頻焊接機等電磁波禁止罩，製作有特殊要求的房屋的牆壁、天花板及吸收無線電波的貼牆布等。日本套用表面敷銅的導電纖維混紡或製成非織造布，現已大量用於電磁波禁止和吸收材料，如作輪船的電磁波吸收罩等。
3．感測器紡織品
柔韌的導電纖維套用電子感測器的原理製成的感測器紡織品，具有輕便易攜帶等優點，在各個領域都有廣泛的套用。日本太陽工業公司用碳纖維開發了檢測最大應變的感測器，可用於建築物、道路、工廠、飛機、索道等結構的安全診斷。
4．軍工紡織品未來的戰爭將是高技術條件下的信息化戰爭。在這樣的戰爭中，作戰節奏快，攻防轉換頻率快，戰爭態勢瞬息萬變，傳統的士兵作戰裝備顯得嚴重落後。要提高現代戰場中士兵的綜合作戰能力，就必須提高士兵獲取、處理、傳遞信息的能力，使士兵對戰場態勢的了解達到較高的水平，採用導電纖維製成的信息化服裝恰好滿足了這一要求。
大部分導電纖維對電、熱敏感，導電纖維織製成的織物能防止熱成像設備的偵察，由此可製成單兵熱成像防護服。導電纖維與樹脂、橡膠等低介電基體複合，可製成電磁波吸收材料，該材料能夠吸收雷達波，躲避雷達的跟蹤，實現武器裝備隱身的目的。美國研製的變色軍服，就是在織物中加入了導電纖維構成的導通電路，通過控制溫度使軍服中的熱變色油墨發生變化，從而使軍服的顏色根據外界的環境色作出相應的變化，成為一種環境反應性偽裝。
5．其他套用
通過選擇功能性導電添加劑，還可以製備出除導電功能以外具有其他功能的纖維材料，如抗菌、遠紅外等。日本三菱公司運用複合紡絲技術，通過在芯部混人高濃度的白色導電陶瓷微粒，使纖維具有導電性能。同時，由於所加陶瓷微粒具有光熱轉變特性，將此纖維以10%的量與常規纖維混紡後，在光源照射下，可使織物溫度上升到28℃。這種纖維不僅使穿著者感到溫暖，而且水洗後，其日曬晾乾時間為常規纖維的2/3，速乾性是這種纖維的附加特性。由於這種纖維的導電性微粒在纖維的芯部，通常的加工、洗滌、染色等都不會影響纖維的導電持久性。
發展前景
使用導電纖維是紡織材料抗靜電技術發展的基本方向。從國內外的套用經驗來看，被覆型和複合型有機導電纖維最適合於製備永久性的抗靜電紡織品。從紡織產品抗靜電功能的需求特徵來看，導電纖維應著重發展兩大類品種：第一類，適應民用紡織品各種染色性能需要的金屬化合物複合白色高電導有機導電纖維；第二類，適應特殊功能紡織品(如無塵無菌防爆工作服、電磁禁止織物等)需要的炭黑塗敷或炭黑複合高電導有機導電纖維。
導電纖維作為一類重要的智慧型材料，已引起了國內外材料界的廣泛關注，其研究和開發正方興未艾，並在服裝、感測器及產業用紡織品等方面具有良好的套用前景。可以相信，隨著科學技術的進步，智慧型材料將不斷發展。導電纖維作為製造智慧型紡織品的主要品種之一，必將在材料領域取得越來越重要的地位。
雖然導電纖維的製造成本高，但在織物中它的混用比例少，效果明顯，在民用與產業用上都有極為廣闊的發展前景。在當前我國差別化纖維的研究開發中，導電纖維理應占據重要的一席，應對其發展給予關注。
可以在以下一些方面予以研究：
(1)如何在提高導電纖維導電性能的前提下，加強對導電填料的改性研究，以降低導電填料的用量，增加分散性與取向性，減小比重。
(2)在加大導電填料用量提高導電功能的同時，增強纖維的力學性能和其他性能。
(3)降低導電纖維的製備與加工成本。
(4)改善導電纖維的成型工藝和產品外觀。
(5)提高綜合使用性能，確保該導電纖維的加工性滿足綠色化學的要求，符合國家的科學發展戰略，使其技術實用化，從而能夠大規模套用。
