静电无时无刻不存在于我们的周围，人们最熟悉的可能就是干燥天气时穿着化纤衣物所感受到的电击以及诸如吸尘、沾粘等不适。物体摩擦带电后能吸引轻小的灰尘，这就造成了容易脏污，使用不久原本鲜艳漂亮的用具、衣物也就黯然失色了。在人们生活的各行各业中，静电问题都相当严重，如在化纤纺织工业中，由于化纤丝和金属部件发生摩擦而起电，带电的化纤丝相互排斥而松散，产生乱纱，给生产带来麻烦。印刷车间，纸张由于跟机器和油墨摩擦而带电，常常吸在铅板或印刷机的滚筒上，影响连续印刷。在煤矿中、橡胶生产中、石油加工运输中，静电产生的微弱火花可能会引起燃烧爆炸，危害着人类的生命和财产安全。还有象航空、电子、交通、通讯等行业，静电带来的不良影响和危害也无处不在。可见静电的存在确实会给人们日常生和生产带来诸多不便和危害。

从医学上来说，它的危害更不可小看。根据试验证明静电对人体的危害有如下几点：

1.静电会吸附空气中的灰尘、花粉等脏东西，刺激皮肤，改变皮肤的酸碱值（pH值），进而引发过敏、骚痒等皮肤疾病。

2.静电会影响人的新陈代谢平衡，从而影响人体的自律神经平衡，造成头晕及性情急躁等不良现象。

3.静电会消耗体内的热能，加速体力的流失。

4.引起人体钙质的流失，会让人容易性情急躁及产生疲倦感。

5.造成体内血糖的增加，加剧人体热能的消耗。

6.还可造成维他命C的严重流失，让人容易产生精神紧张及忧郁等症状。

这些危害虽然有一些悚然听闻，但我们还是应当引起足够的重视。尤其对于纺织品来说，因为服装等纺织品与人们的日常生活息息相关。所以研究和开发抗静电纺织品显得尤为迫切和重要，其实各行各业也都在为尽量减少静电的危害做着努力。

各种纺织制品在相互接触和摩擦中，都有静电现象产生，但不同纤维表现出不同的静电现象，棉、羊毛等天然纤维在加工和服用中几乎不会感到有带电现象，而涤纶、腈纶等合成纤维在服用中表现出较强带电现象。但近些年来合成纤维由于其某些优于天然纤维的特性（如高产、高强、耐磨、高弹、价底等）而不断发展并且其使用范围也迅速扩展，合成纤维已应用到了人们生活的各个方面，因而静电问题也就越来越突显出来，为解决这种矛盾，改善合成纤维在生产和服用中的不利因素，使其向着人们需求的环保生态、健康舒适的方向发展，人们经过不断的研究与实践，开发了用各种改善和消除织物上静电的方法，因而各种抗静电织物的也就应运而生了。

第一节    静电的产生及防止静电的方法

一、静电的产生

    静电是一种不流动的电荷。几乎任何两个物体的表面相互接触摩擦和分离都会有静电现象发生。产生静电的原因比较复杂，一般来说要从物质材料的内部特性和外界条件的影响来分析。

1、分子是保持物质性质的最小微粒，分子是由原子构成的，而原子又是由带正电的原子核和核外带负电的电子组成。通常原子核带的正电与电子带的负电数量相等，内外电量相互抵消，原子呈中性。但不同物质的原子的外层电子脱离物质表面所需要的功各有区别，因此两种不同物质紧密接触时，在接触表面发生电子转移，逸出功小的物质容易失去电子而带正电，逸出功大的物质表面则增加电子从而带负电，所以不同物质电子逸出功的不同是产生静电的基础。

2、静电的积聚与物质的导电性能有关。以电阻率来表示时，电阻率越小的物质，导电性能良好，静电不易积聚。当材料的电阻率小于 10⁶Ω·cm时，因其本身具有良好的导电性能，静电很快泄漏。材料电阻率大于 10¹⁶Ω·cm或小于 10⁹Ω·cm者也不易产生静电。而电阻率为 10¹²Ω·cm的材料最易产生静电。        

3、两种不同物质在紧密接触、摩擦而又迅速分离时，电子从一个物质转移到另一个物质，因此摩擦、剥离、撞击都会导致静电火花。

4、带电物体能使附近与它不接触的另一导体表面出现极性相反的电荷，称为感应起电。

纤维与纤维或纤维与其他固体摩擦，都会产生静电。但不同的纤维织物表现出不同的带电现象，这主要是由于各种纤维的表面电阻有大小不同，产生静电荷以后的静电排放产生差异而造成的。由于纺织材料通常是电的绝缘材料，比电阻很高，对吸湿性较差的涤纶、腈纶等合成纤维，在一般大气条件下，质量比电阻高达10¹³Ω·g/cm²以上。因此在织物加工和服装穿着过程中，尤其在比较干燥的环境中，由于各种摩擦而产生静电，使纤维带电。以下列出了几种纤维的表面电阻及其半衰期，如表1。

表1 各种纤维的表面电阻与半衰期

纤维制品	经向表面电阻/Ω	半衰期/s
棉	1.2×109	2.5×10-2
羊毛	5×1011	3×100
真丝	4×1014	6×102
涤纶	>1015	2.6×103
腈纶	1×1014	6×102
锦纶	1×1015	1.2×103

                    

二、防止静电的方法

静电带给人们太多的不便和危害，因而尽量去防止静电的产生是我们应努力研究和解决的课题。防止静电的方法有多方面，但其作用原理无非是以下两点：①防止静电的产生；②导去产生的电荷。下表列出了防止静电的一些方法：

                     表2  静电防止的方法

作用原理	防静电作用	防止静电的方法
防止静电的产生	不同电荷的利用	将带不同电荷的物体一起应用
	降低摩擦	应用润滑油剂
	纤维间隙中物质的介电性能	提高纤维间隙中物质的介电性能
导去已产生的电荷	表面电导、表面电阻	纤维表面形成导电性膜层（防静电油剂、防静电树脂）增加环境的相对湿度，降低纤维的介电性能
	体积电导	提高导电性
	空气中放电	利用电晕放电方法 利用放电性物质或放射线
	接地	用导电性物质，将其接地以泄露电荷

从20世纪50年代后期，国外就已经开始纺织品防静电技术的研究了。从纺织角度来说抗静电的方法主要有两方面。一方面是减少摩擦或减低摩擦程度，以控制电荷的产生；另一方面，是减低纤维的电阻率，提高纤维的导电性能，以加快电荷的泄露。在加工和使用中避免摩擦是不可能的，因而要获得良好的抗静电效果，提高材质的导电性能才是应该采取和研究的有效方式。

水具有相当高的导电能力，所以只要吸收少量的水，就能明显提高聚合物材料的导电性。水也能为电荷提供转移介质，促进离子向相反的电极移动。天然纤维和合成纤维都为电的绝缘体，但是天然纤维如棉、羊毛和蚕丝等都为亲水性纤维，因为它们都是由能和水形成大量氢键的聚合物组成。它们能够从周围的环境中吸收一定的水分，从而降低纺织品的电阻率、加快电荷移散，因而静电积累的少。而涤纶、腈纶等合成纤维为疏水性纤维，其吸湿性很差，很难通过水的加入而减少静电的存在。

基于以上原因，早期的合成纤维抗静电整理是以提高织物的吸水性为目的的。用表面活性剂对纤维或织物进行亲水性处理，提高纤维的吸湿性，从而降低纺织品的电阻率，加快电荷的移散。或者是对成纤高聚物共混、共聚合、接枝改性添加亲水性基团。疏水性的合成纤维采用亲水性的物质处理后，提高了纤维表面吸湿性，表面的比电阻大大降低，从而达到防静电效果。但这些整理后的纤维及织物仍存在着这样那样的不足，尤其是在低湿度环境中它的抗静电效果不明显。随着科学技术的不断发展，新的抗静电方法不断问世，其中导电纤维的产生与发展为纺织品拥有永久的和高效的抗静电性能提供了科学合理的途径。

总的来说纺织品的防静电加工方法通常有：①织物用抗静电整理剂整理；②以提高织物吸湿性为目的的纤维接枝改性、亲水性纤维的混纺和交织；③混纺或嵌织导电纤维。

第二节  抗静电纺织品

抗静电纺织品从其纤维的生产方式上大体分为表面整理剂整理型、纤维化学改性型、应用导电纤维型三种。

一、表面整理剂整理型抗静电纺织品

表面整理剂整理型抗静电纺织品从其耐久性上又有非耐久性抗静电整理和耐久性抗静电整理之分。前者操作简单，经济有效，但不耐水洗。后者较耐水洗。但两者存在的最大问题为此类纺织品的抗静电效果与周围环境湿度有密切关系，当环境湿度不同时，其抗静电效果差异很大，甚至没有什么抗静电效果。此外，对抗静电剂还需满足以下要求：

①      不影响织物的原有风格及再沾污等问题。

②对其它树脂具有良好的相容性，不影响树脂整理的效果。

③用量少，效果好，与其它助剂拼用时不互相影响。

④不降低染色织物的各项牢度。

⑤无泡沫或低泡性。

⑥对加工机械不产生腐蚀。

⑦无臭味，对人体皮肤无刺激，无伤害。

1、非耐久性抗静电整理剂整理的纺织品

传统的或早期的抗静电织物，仅仅是对纤维或织物的表面进行抗静电整理。所用的表面抗静电剂，主要是表面活性剂，它在纤维表面形成一层薄膜，一方面可以降低纤维的摩擦系数，使静电产生减少；另一方面可以增强纤维表面的吸湿性，降低纤维的表面电阻，使已经产生的静电易于逸散，缩短电荷的半衰期，从而达到抗静电作用，然而这种方法的抗静电作用，只有当空气中的相对湿度足够大时，纤维表面附着的表面活性剂才能充分发挥作用；并且，这种方法的抗静电作用难以持久，随着时间的延续、洗涤次数的增加，附着在纤维表面的抗静电油剂逐渐消失，随之失去了抗静电性能。这种抗静电织物完全不能适应于对抗静电性能要求很高的石油、煤炭、电子、通讯、医疗等行业的要求。

阴离子中的烷基磺酸盐、烷基酚聚氧乙烯醚硫酸酯盐和磷酸酯类都有较好的抗静电效果。脂肪族的季铵盐衍生物是目前应用最广泛的阳离子抗静电剂，该类抗静电剂的活性离子带有正电荷，对纤维的吸附能力较强，具有优良的柔软性、平滑性、抗静电性，既是抗静电剂又是柔软剂，并且有一定的耐洗性。但是容易使染料变色，降低织物耐晒牢度。非离子中的脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚乙二醇酯、聚醚等抗静电剂抗静电性能较好，毒性小，对皮肤刺激小，是合纤油剂的重要组分。

如以阳离子型抗静电剂SN为例，说明其使用方法及整理工艺。抗静电剂SN是一种阳离子型表面活性剂，学名为十八烷基二甲基羟乙基季铵硝酸盐，国外同类商品名为“卡特纳克”SN，其外观为红棕色粘稠物。易溶于水，5%水溶液PH=6～8，一般用量为10g/L。经浸轧烘干即达抗静电目的。处理后织物具有滑爽感，并能提高织物的耐曲磨性。抗静电剂SN主要用在合成纤维纺丝时的静电消除和塑料制品膜的静电消除等。抗静电剂TM也是阳离子型表面活性剂，学名为甲基三羟乙基甲基季铵硫酸盐。外观为淡黄色粘稠物，易溶于水。具有优良的消除静电效果。用法基本与抗静电剂SN相同。抗静电剂TM用于涤纶、锦纶、腈纶纺织品的抗静电整理：

整理液组成为:

抗静电剂TM 0.2%～0.5%（o.w.f.）。

工艺流程及条件为：

浸渍工作液（60℃，20min）→甩干→烘干→热定形。

非耐久性抗静电剂的整理效果虽然耐久性差，但整理剂挥发性低，毒性小，而且织物不易泛黄，腐蚀性较小，纤维纺丝和纺织用油剂多用非耐久性抗静电剂。地毯等装饰物应用的抗静电剂主要为非耐久性阳离子型抗静电剂。

下面列出了涤纶、腈纶织物经非耐久性抗静电剂处理前后在不同湿度下的表面电阻值。

　　　　　　　　表3　不同湿度下的表面电阻值

湿度/%	25	45	65
涤纶未处理 涤纶抗静电处理	>1013 1011～1012	>1013 1010～1011	>1013 109～1010
腈纶未处理 腈纶抗静电处理	>1013 1010～1011	>1013 109～1010	>1013 108～109

由上表可看出，涤纶、腈纶织物经抗静剂处理后，表面电阻值都有下降，因而有抗静电效果，但在不同湿度下其表面电阻值不同，当湿度较大时，抗静电效果较好；当湿度较小时，抗静电效果并不明显。这种抗静电纺织品随着洗涤次数的增加，纤维表面的抗静电油剂逐渐消失，抗静电性能也就消失了。

2、耐久性抗静电整理剂整理的纺织品

耐久性抗静电整理剂是含有离子性和吸湿性基团的高分子化合物或聚合物通过交联作用在纤维表面形成不溶性聚合物的导电层。整理剂的吸湿性越高，导电能力越强，耐洗性降低，所以应该保持整理剂有适当的吸湿性，降低在水中的溶胀和溶解能力。

耐久性抗静电整理剂也分为阳离子型、阴离子型和非离子型化合物，在生产中应用较广泛的是非离子型和阳离子型整理剂。聚环氧乙烷与聚对苯二甲酸乙二醇酯的嵌段共聚物是聚酯纤维织物应用较广泛的抗静电和易去污整理剂。聚合物分子结构中含有聚氧乙烯醚键，可在聚酯纤维表面形成连续性的亲水薄膜，富有吸湿性，减少静电现象，聚合物分子含有可以结晶的聚酯链段，它和聚酯纤维的基本化学结构相同，因此对聚脂纤维有较好的相溶性，通过高温培烘整理剂可以和聚酯纤维产生共溶共结晶作用，使整理织物有较高的耐久性。含有聚氧乙烯基团的多羟基多胺类化合物是在涤纶、锦纶、醋酯纤维等合成纤维织物上最早应用的非离子型抗静电整理剂。

耐久性抗静电整理剂在分子结构中都含有吸湿性聚氧乙烯基团和反应性基团如羟基和氨基。它的抗静电性是由聚醚的亲水性产生，耐洗性则是因为它的相对高分子质量与反应性基团。可用做腈纶和涤纶等合成纤维的抗静电剂。如国产抗静电剂XFZ-03，是由多乙烯多胺与聚乙二醇反应而得，用于涤/腈中长织物的抗静电整理；中国纺织科学院的抗静电剂FK-221型属非离子型，主要适用于涤纶织物的永久性抗静电整理；北京洁而爽高科技有限公司的SE-1型非离子抗静电剂，处理织物后可使织物表面电阻由原来10¹³Ω数量级降至10⁸Ω数量级，它可用于合成纤维及其混纺织物的耐久性抗静电整理。

整理工艺为：

①涤纶织物浸轧法

浓度40～60g/L，轧余率70%→干燥(100～110℃)→热定型 (180～190℃，30S)。

②仿真丝织物浸轧法 

浓度100g/L，浸轧→烘干(95～100℃)→焙烘 (155～160℃，2～3min)。

由这种耐久性抗静电整理剂整理后的纺织品，其抗静电性是相对耐久的。但是与非耐久的抗静电整理剂相似，在环境湿度较低时，

其抗静电效果并不明显。

二、纤维改性型抗静电纺织品

所谓纤维改性型抗静电纺织品即是通过化学整理剂对纤维分子进行共混、共聚合和接枝改性整理，改变原分子结构，达到抗静电效果。由这种纤维加工而成的纺织品具有耐久的抗静电性能。

共混、共聚合和接枝改性型抗静电纺织品的共同特点为在成纤高聚物中添加亲水性单体或聚合物，提高吸湿性，从而获得抗静电性能。在PA、PAN、PET等基体中添加聚亚烷基二醇类聚合物进行共混纺丝的研究始于60年代。PET与聚氧乙烯醚的嵌段共聚物PET共混纺丝，可显著提高PET的抗静电性能。硫酸铜混入腈纶纺丝液中，纺丝凝固成形后在经含硫还原剂处理，可提高纤维导电性能的耐久性。除普通成纤高聚物与亲水性聚合物共混的典型共混纺丝方式外，还有聚合过程中加入亲水性聚合物、形成微多相分散体系的共混方式。例如，将聚乙二醇加入到己内酰胺反应混合物中，聚乙二醇以原纤状分散于PA6中。同时聚乙二醇也有少量端羟基与己内酰胺开环后生成的氨基乙酸中的羟基反应，提高了抗静电性能的耐久性。

下表列出当聚乙二醇的加入量不同时其纤维及洗后纤维的静电半衰期。

表4  聚乙二醇的加入量和纤维半衰期

聚乙二醇的加入量	PA6纤维的静电半衰期/s	经20次皂洗后纤维的静电半衰期/s
0%	73600	73600
2%	16	36.3
5%	5.2	18.3

由上表看出这种共混方式的纤维有明显的抗静电效果，并且经多次水洗后，抗静电效果依然明显。但研究发现，当聚乙二醇加入量超过6%时，效果渐不明显，且影响聚合物体系的流变性，纺丝困难。

用共聚合的方式将亲水性极性单体聚合到疏水性合成纤维的主链上，例如在PET大分子中嵌入聚乙二醇，也可提高纤维的吸湿性和抗静电性能。PP中嵌入4.5%～5%的高分子季铵盐，可使PP纤维的平衡回潮率提高到5.9%～7.1%，电阻率下降6个数量级，达到纤维素纤维的水平。

采用化学引发、热引发、高能射线和紫外线辐照引发的接枝改性方法，将亲水性单体接枝于纤维表面，可有效地改善合成纤维的吸湿性，且亲水性单体的用量远少于其他方法，耐久性好。例如，PE纤维以二氯甲烷为膨胀剂、表面接枝丙烯酸后可提高吸湿性能、抗静电性能和染色性能。聚酯纤维通常采用乙烯基吡啶、丙烯酸、丙烯酸钠、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸钠、甲基丙烯酸羟乙基酯等单体或聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯等活性低聚物进行接枝改性，形成抗静电纤维。接枝率通常在10%以下。

通过此种方法得到的抗静电织物，仍是以提高织物纤维的亲水性来加速电荷的泄漏，虽然它的耐久性很好，但是在相对湿度低于40%的干燥环境中抗静电性能仍受损失。

三、应用导电纤维型抗静电纺织品

为了使织物具有耐久的和适应各种环境的抗静电性能，不再以依靠水来达到传导电荷的方式防止静电。人们通过长时间的研究与实践，寻找到很多方式。其中最行之有效的方法是直接使用导电纤维。

导电纤维尚未形成公认的定义，通常把电阻率小于10⁷ Ω·cm的纤维定义为导电纤维。通过这种纤维加工制得的纺织品不再受环境湿度的限制，并且可通过控制织物中加入导电纤维的用量，来决定其导电性能的差异，以适应或满足对导电性不同要求的用途。

用于纺织品的导电纤维应具有以下几个基本条件：

①适当的细度、长度、强度和柔曲性，能与其他普通纤维良好抱合，易于混纺或交织。

②具有良好的耐摩擦、耐屈曲、耐氧化及耐腐蚀能力，能耐受纺织加工和使用中的物理机械作用。

③不影响织物的手感和外观。

④导电性能优良，且耐久性好。

导电纤维通过电子传导和电晕放电来消除静电，其电阻率一般小于10⁷Ω·cm，甚至小于10Ω·cm，因而它的电荷半衰期很短，显示出极优良的抗静电性。这种纤维在空气相对湿度极低的条件下，也能发挥很好的抗静电作用。而且抗静电作用是永久的。它是特种防静电功能服装的优选纺织材料。

导电纤维现有品种类型主要有：金属纤维（包括不锈钢纤维、铜纤维、铝纤维等）、碳纤维和有机导电纤维。有机导电纤维又包括普通纺织纤维镀金属；普通纺织纤维镀碳；碳黑、石墨、金属或金属氧化物等导电性物质与普通高聚物共混或复合纺丝制成的导电纤维；导电高分子直接纺丝制成的有机导电纤维。这些导电纤维从其结构可分为导电成分均一型、导电成分被覆型、导电成分复合型三类。

　　1、金属导电纤维

金属导电纤维出现在六十年代，，最早由美国Bekaert公司推出商品化不锈钢纤维“bekinox”。金属纤维主要有不锈钢纤维、铜纤维、铝纤维等。

制备金属纤维的方法有很多种，如成束拉丝、单根拉丝、刨削、剪切、熔纺、熔融挤出和拉伸铸造法等，把不锈钢做成直径4～16µm的纤维材料（长丝或短纤），然后混入常规纺织材料。也可以金属纤维复丝和普通纺织纱线并合加捻或包缠制成复合纱线。最常用的金属纤维复丝品种规格有12µm（单纤直径）/91股、25µm /91股、8µm /812股。

典型金属纤维截面如表5。

　　　　　

表5　典型金属纤维截面示意图

生产工艺	纤维截面（示意图）
普通拉丝 成束拉丝 刨削 剪切 熔纺 熔融挤出

采用金属纤维生产抗静电纺织品，纤维一般采用混纺的方法。金属纤维必须事先作成规定克重的金属纤维条子，在与普通纤维条在并条机上进行多次并条，使金属纤维在纱线中混合均匀。其纺纱与织造工艺基本与普通纱线及纺织品相似。

这种金属纤维抗静电织物的抗静电性能取决于金属纤维的含量和均匀性，当金属纤维含量大于0.5%时，该织物具有一定的抗静电性能；当纤维含量为2%～5%时该织物具有良好的抗静电性能；当金属纤维含量大于8%时该织物除具有抗静电性能外，还具有一定的电磁波屏蔽性能。金属纤维含量与抗静电性能关系如表6。

        

表6   金属纤维含量与抗静电性能

金属纤维含量/%	表面电阻/Ω	面电荷密度/µC·m2	电磁波屏蔽/dB
0.5～2	107～109	＜2
2～5	106～107	＜1
8～25	107～10-2	＜0.5	20～40

一般金属纤维的抱合力小，纺纱性能差，成品色泽受限制，多用于地毯和工作服面料，但混有高细度不锈钢导电纤维的导电纱织成的织物，不受酸、碱和其他化学药品的影响，染色可采用常规方法，由于织物中不锈钢纤维含量较低，几乎不影响织物的外观和手感。不锈钢纤维导电性能优异、稳定，且能经受纺、织、染等过程的工艺条件，不会改变性能。而这种纤维的柔韧性较差，洗涤、揉搓过程中会少量脆损，使产品性能有所下降，并且价格昂贵。

 

2、碳素导电纤维

粘胶基、PAN基、沥青基碳纤维均为良好的导电纤维，其电阻率通常为10^-3～10^-4   Ω·cm，且高强、耐热、耐化学药品。但纤维模量高、缺乏韧性、不耐弯折、无热收缩能力，不适合于纺织品用。因此不作过多介绍。碳短纤维可添加于地毯胶乳中，赋予导电性。

3、有机导电纤维

（1）有机导电纤维的性能与发展

对于纺织品而言，金属纤维和碳纤维均有很多不适合纺织品使用的弊端。而有机导电纤维中由聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等高分子导电材料直接纺丝制成的有机导电纤维纺丝困难，价格更高，也难于在纺织品中使用。从目前的应用经验来看，被覆型和复合型有机导电纤维最适合于制造永久抗静电的纺织品。而这种被覆型和复合型有机导电纤维从其组成来说又分为金属化合物复合有机导电纤维和碳黑涂敷或碳黑复合有机导电纤维。前者为白色，适于民用纺织品各种染色性能的纺织品；后者为灰黑色，适用于特殊功能纺织品（无尘无菌防爆工作服、电磁屏蔽织物等）。

有机导电纤维产品是从上世纪60年代开始发展起来的，最早的制造方法是在织物表面涂覆碳黑制造出抗静电纤维。世界上最早出现的产品有日本帝人公司和德国BASF公司制造的抗静电纤维产品。此类产品由于碳黑是利用涂布的方式在纤维表面形成一导电通路，因此具有良好的抗静电性能和导电性能，但此种抗静电纤维最大的缺点是当纤维在受到外力摩擦或扭曲时，其表面附着的碳黑容易脱离纤维表面，使抗静电效果大幅下降，故此种技术在当时并不看好。直到1974年，美国杜邦公司采用复合纺丝技术制造出以碳黑为芯的复合导电纤维，尼龙BCF纱AntronⅢ，大大改变了人们的看法，从此，各大化纤公司纷纷开始投入以碳黑为导电成分的复合纤维的研究与开发。如日本Kuraray公司的Kuracarbo、日本尤尼吉卡公司开发的MeganaⅢ导电纤维、美国Monsanto公司的并列型Utron导电纤维、日本钟纺公司开发Belltron导电纤维、东洋纺织KE－9导电纤维等，使碳黑复合型导电纤维得到了广泛的发展。到了20世纪80年代末期，日本复合型导电纤维的年产量可以达到200吨左右。但由于此种导电纤维以碳黑为导电成分，因此纤维通常为灰黑色，故只能应用于黑色纱。解决办法是在纤维制作过程中尽量不使碳黑露出来，并于鞘屑间的聚合物增加TiO2含量，以提高白度。 
    80年代开始了导电纤维的白色化研究。普遍采用的方法是用铜、银、镍和镉等金属的硫化物、碘化物或氧化物与普通高聚物共混或复合纺丝而制成导电纤维。如Rhone-poulence公司利用化学反应制成CuS导电层的Rhodiastat导电纤维；帝人公司制成表面含有CuI的导电纤维T-25；钟纺公司制成ZnO₂导电的Belltron 632、Belltron 638；尤尼吉卡公司开发了Megana。以金属化合物或氧化物为导电物质的白色导电纤维导电性能较碳黑复合型导电纤维差，但其应用不受颜色的影响。

国内对导电纤维的研究与开发比较晚。80年代开始生产金属纤维和碳纤维，但产量很小。不锈钢丝等金属纤维在油田工作服、抗静电工作服等特种防护服面料中有较广的应用。近年来，国内各高校及科研单位也开发成功了多种有机导电纤维。例如表面镀Cu、Ni的金属化PET导电纤维、CuI导电的腈纶导电纤维、CuI/PET共混纺丝制成的导电纤维、碳黑复合导电纤维等等。以上导电纤维已有商品化产品，但产量低，质量不稳定，价格常高于国外同类产品。

以下选取8种国外各厂家的有机导电纤维进行分析与比较，了解常用的有机导电纤维的构成、性能及使用。其规格及导电物质如下表7,其截面形状、物理机械性能列于表8、表9，以及导电丝织入后织物的电荷面密度表10。

表7  8种有机导电纤维的规格及其导电物质

编号	规格dtex/f	基体	导电物质	颜色	生产厂商
1	20/3	PA66	碳	深灰	美国首诺
2	26.7/4	PA66	碳	深灰	美国手诺
3	22.2/3	PA6	碳	深灰	日本钟纺
4	21.7/6	PET	碳	黑	日本钟纺
5	22.2/3	PET	金属化合物	白	日本钟纺
6	22.2/3	PA6	金属化合物	白	日本钟纺
7	27.8/3	PA6	碳	浅灰	日本帝人
8	24.4/1	PA6	碳	黑	美国巴斯夫

表8  8种有机导电纤维的截面形状

表9  8种导电丝的物理机械性能

   

表10 导电丝织入后织物的电荷面密度（平均值/最大值）μC/m²  

 

由上述实验可知，被覆型和复合型有机导电纤维有优良的物理机械性能和耐化学试剂性能，可适应常规纺织染整加工，染色性能良好。以纯涤纶平纹织物为基布时沿一个方向加入有机导电丝后即有良好的抗静电效果，并且有极佳的耐久性。碳黑涂敷型、碳黑复合型、金属化合物复合型有机导电纤维的各种性能均可适应纺织品加工。

纺织品的应用层面非常广泛，针对其不同用途，其外观和性能要求也不尽相同。碳黑涂敷型有机导电纤维有良好的导电能力，电阻率达10⁰Ω·cm，适合于防静电工作服面料，但耐久性稍差；碳黑复合型导电纤维的导电能力及持久性好，电阻率为10¹Ω·cm～10²Ω·cm，适宜于中等抗静电要求的纺织品。一般碳黑复合型导电纤维以2.5cm间距经向嵌织时，亦能满足防静电工作服的性能要求。

以碳黑为导电物质时，导电纤维不易在浅色薄型织物中隐藏，因此较适合对颜色要求不高的纺织制品。金属化合物复合型导电纤维的导电性能稍差，电阻率为10³Ω·cm～10⁴Ω·cm，纤维为白色，适合于浅色民用纺织品。

（2）有机导电纤维的应用实例

由于有机导电纤维尚需进口，而且价格很高，通常我们将有机导电纤维与其他纤维混纺，即以导电纤维为心，其他纤维（涤纶、腈纶、毛纤维等）包绕在其表面，利用这种具有导电性能的纱线织布或经向或纬向嵌段编织，使织物具有永久抗静电性。

例如：涤棉混纺纱与导电纤维嵌织。纤维选用：

①包芯导电丝（芯用28dex/5F碳黑型涤纶基质复合纤维，为了掩盖导电丝的黑色外观，外包涤棉混合纤维）。

②捻合导电丝（芯用28dex/5F碳黑型涤纶基质复合纤维，为了增加导电丝的编织强度，再用13dex 涤棉混纺纱一起并捻，捻度为6～8捻回数/cm）。

③普通纤维（13dex涤棉65/35混纺纱）。

利用针织大圆机，进行几种不同嵌入方式的加工。所得织物其抗静电各项指标如下表（温度22℃，相对湿度38%，按GB/T12703-91纺织品静电测试方法）

表11  导电丝嵌入方式与抗静电性

导电丝嵌入方式	导电丝的间距 cm	纬向电荷面密度 μC/m2	经向电荷面密度 μC/m2	平均电荷面密度 μC/m2	最大电荷面密度 μC/m2
包芯导电丝平针嵌入	1.5	2.16	5.1	3.60	6.31
捻合导电丝单面添纱嵌入	1.5	1.36	4.13	2.70	4.60
捻合导电丝衬垫嵌入	1.5	1.08	4.67	2.80	4.90
无导电丝嵌入		7.08	7.65	7.40	9.90

由上表可看出：

a.加入导电丝的织物的电荷密度明显低于无导电纤维嵌入的织物，显示出导电纤维的存在对电荷的迅速逸散起决定性作用。

b.包芯导电丝嵌入缺点为由于导电纤维外包普通纤维，所以起其导电性能不如捻合导电纤维。优点为织物正反两面都无灰黑色导电丝的外露。可进行正常染色。

c.捻合导电纤维在衬垫嵌入时，缺点为织物表面有灰黑色导电丝的星点外露，略影响外观。优点为因其是衬垫嵌入，没有参与成圈，所以导电丝的使用量少于单面添纱嵌入方式,节约成本。

d. 单面添纱嵌入其优点为织物正面无外露纱，可以进行如平常织物的染色加工，缺点为导电丝的用量较高。

因此在开发和生产抗静电织物时，要根据织物的用途和抗静电性能的要求，选用最佳的导电纱的品种、用量以及编织方式等。这样，既可以达到我们所需求的抗静电性能，又可以在成本上得以节省。

四、纳米科技与纳米材料在抗静电纺织品上的应用

纳米科技与纳米材料的发展，为抗静电产品的开发提供了新的途径与思路。纳米材料特殊的导电、电磁性能，超强的吸收性和宽频带性，为导电吸波织物的研究开发创造了新条件。如利用纳米技术生产导电纤维，日本已研制出了纳米级的导电纤维，仅有一个分子粗细，将其混入普通纤维中，可取得良好的防护和抗静电作用，又不会影响织物原有的手感外观，而且可将织物做得既轻又薄。

另外，利用纳米技术开发导电胶和导电涂料，对织物进行表面处理，或在纺丝过程中加入纳米金属粉体使纤维具有导电性。 如涤纶用抗静电剂——纳米锑掺杂二氧化锡(ATO)整理剂中，选用合理的的稳定分散剂,使粒子呈单分散状态,用该抗静电整理剂处理涤纶织物,织物表面电阻从未处理的＞10¹²Ω的数量级降低到＜10¹⁰Ω的数量级,洗涤50次,抗静电效果基本不变。

随着纳米技术的不断开发与完善，更多的纳米技术将会应用到纺织行业中来，更先进更完美的纳米抗静电纺织品将真正应用到人们日常生活中。

第三节    静电纺织品测试方法

 

为研究如何克服纺织材料的静电现象，正确评价抗静电纺织品的抗静电性能，必须采取和规定相关的静电性能的测试方法和标准。纺织材料静电性能的测试方法和仪器有很多，按其检测类型大致分为：

（1）按测试精度大体分为定性和定量两大类，一些便携式仪器可反映出带静电的程度而不能给出具体物理量，实验室用仪器则必须给出精确的物理量以衡量样品的静电性能。

（2）测试对象可分为纤维、纱线、织物、铺地织物、人体、在线检测等检测方法和仪器。

（3）按产生静电的方法可分为摩擦式和电晕放电（感应）式。

（4）按测试结果的表示有电阻、带电量、电压、半衰期等。。

（5）感应（电晕放电）式静电测试。

    感应（电晕放电）式静电测试法，是将试样夹在高速旋转的试样台上，利用针尖电晕放电原理使试样带电，仪器另一侧装有电压探极以检测感应静电压，静电压达到稳定时记录之并停止放电，记录静电压衰减至原值1/2时的时间即半衰期，以此评价纺织品的静电性能。感应式静电测试法受外界影响小，重现性好，操作简便，可观察和记录静电压衰减过程，是国内外使用较多的一种方法，并以采用定时法为主。

    摩擦式静电测试法与实际静电产生机理比较接近，可在一定程度上反映实际使用情况,但也存在试验结果受外界因素影响大、试验结果波动大等不足。摩擦式静电测试有许多方法，各有侧重，电荷面密度和带电量的测定是最常用的方法，前者适用于服装面料，后者适用于整件服装；回转式摩擦静电测试适用于在快速摩擦状态下使用的纺织品，如送风袋、过滤布等；摩擦静电吸附测定可以反映反复穿脱或离合时的静电性能；行走试验是考核人在铺地织物上行走时，鞋底与铺地织物不断摩擦而产生静电荷的性能。摩擦法测定中关键的在于摩擦材料，不同材质的摩料可能会使测试结果不同，不同方法不同标准规定的摩料有所不同，常用的有锦纶、丙纶、涤纶、粘胶、棉布等。

    电阻或比电阻测定法是间接考核材料静电效应的一种方法，它是与静电衰减速度直接相关的物理量。静电效应不但取决于其所产生的静电量，更取决于静电荷散失的能力，导电性能好的材料，比电阻低，静电衰减速度快，即使其静电量大，静电效应也不显著，反之亦然。纺织材料的比电阻常用表面比电阻、体积比电阻、质量比电阻表示。

    以上主要介绍了试验室静电测定方法，便携式和生产现场静电测试方法和装置还有很多，这类仪器方便快捷，主要反映静电极性和程度，精确度不是很高。

     材料的静电性能取决于其导电性能，导电性能好的材料，比电阻低，静电衰减速度快，静电效应则不显著，反之亦然。纺织纤维是吸湿性材料，环境温湿度直接影响其导电性，因此纺织材料的静电性能对环境温湿度非常敏感，故纺织材料静电性能测定时对环境温湿度的要求非常严格。环境空气的相对湿度较高时，纺织材料的静电现象不明显或差异不大，不能正确评价其静电性能；而相对湿度较低时，纺织材料的静电现象才比较明显，因此国内外标准中都规定了较低的相对湿度，一般规定温度为20℃，相对湿度为25%～35%。

    关于静电性能的评价，由于纺织材料的静电性能是比较复杂的问题，其准确评价更是困难的课题。因此虽然静电性能的研究已很广泛和深入，测试方法也很多，但评价标准并不多。目前只见到日本有两项产品标准对相关纺织材料的静电性能提出了要求,我国也参照制定了相关标准。日本标准JIS T8118 《防静电工作服》中，规定工作服的带电量不得超过0.6μC/件，整件工作服的带电量采用转鼓式摩擦－法拉第筒带电量测定法测定，并规定测定前要对被测样品进行5次洗涤程序。我国防静电工作服标准GB12014是参照日本标准JIS T8118制定的，以上规定除洗涤程序不同其余都相同。该标准规定洗涤程序分两类，A级洗涤33小时（相当于100次），B级洗涤16.5小时（相当于50次）。日本静电安全指南中，规定面料的电荷面密度不得超过7.0μC/m²，检测采用摩擦－法拉第筒测定法。静电性能的测试方法标准国内外还都是比较完善的，相关标准有几十个，主要方法也比较统一。

我国现行纺织工业国家标准中与纺织品抗静电功能有关的产品标准有GB/T12014-1989 《防静电工作服》，与纺织品静电性能有关的测试标准有GB/T12703-1991《纺织品静电测试方法》；FZ/T01042-1996《纺织材料 静电性能 静电压半衰期的测定》；FZ/T01044-1996《纺织材料静电性能 纤维泄漏电阻的测定》；FZ/T01059-1999 《织物摩擦静电吸附测定方法》；FZ/T01060-1999《织物摩擦带电电荷密度测定方法》；FZ/T01061-1999 《织物摩擦起电电压测定方法》。上述执行标准与ISO、AATCC、ASTM、BS、JIS、DN等国际上同类标准非常相似。

GB/T12703-1991《纺织品静电测试方法》提供了6种测试方法：

(1)A法（半衰期法）

用+10kV高压对置于旋转金属平台上的试样放电30s，测感应电压的半衰期（s）。FZ/T01042-1996 《纺织材料 静电性能 静电压半衰期的测定与之完全相同。此法可用于评价织物的静电衰减特性，但含导电纤维的试样在接地金属平台上的接触状态无法控制，导电纤维与平台接触良好时电荷快速泄漏，而接触不良时其衰减速率与普通纺织品类似，同一试样在不同放置条件下得出的测试结果差异极大，故不适合于含导电纤维织物的评价。

(2)B法（摩擦带电电压法）

试样（4块，2经、2纬，尺寸4cm×8cm）夹置于转鼓上，转鼓以400r/min的转速与标准布（锦纶或丙纶）摩擦，测试1min内试样带电电压的最大值（V）。除了磨料规格、试样数等梢有差别外，FZ/T01061-1999《织物摩擦起电电压测定方法》与之相同。此法因试样的尺寸过小，对嵌织导电纤维的织物而言，导电纤维的分布会随取样位置的不同而产生很大差异，故也不适合于含导电纤维纺织品的抗静电性能测试评价。

(3)C法（电荷面密度法）

试样在规定条件下以特定的方式与锦纶标准布摩擦后用法拉第筒测得电荷量，据试样尺寸求得电荷面密度（μC/m²）。除在摩擦布规格、试样预处理、摩擦棒直径、摩擦次数等方面略有变化外，FZ/T014060-1999《织物摩擦带电电荷密度测定方法》与之相同。电荷面密度法适合于评价各种织物，但测试结果与试样的吸灰程度有较密切的相关性。由于试样与标准布间的摩擦起电是人工操作实现的，故测试条件的一致性、测试结果的准确性和重演性易受操作手法的影响。

(4)D法（脱衣时衣物带电量法）

按特定方式将工作服与化纤内衣摩擦后脱下，投入法拉第筒，求得带电量（μC/件）。此法的测试对象限于服装，且内衣材质未作规定，摩擦手法难以一致，所得测试结果偏差教大，缺乏可比性。

(5)E法（工作服摩擦带电量法）

用内衬锦纶或丙纶标准布的滚筒烘干装置（45r/min）对工作服试样摩擦起电15min，投入法拉第筒测得工作服带电（μC/件）。此法与“防静电工作服”产品标准GB/T12014-1989所规定的电荷量色量方法基本一致，适合于服装的摩擦带电量测试。其技术实质与C法（电荷面密度法）一致。

(6)F法(极间等效电阻法)

织物试样与接地导电胶板良好接触，按规定间距和压力将专门的电极夹持于试样，经短路放电后施加电压，据电流值求得极间等效电阻。含导电纤维织物与导电胶板接触时会引起导电纤维暴露的局部区域之间的短路，难以测得真实的等效电阻。FZ/T 01044-1996 《纺织材料 静电性能 纤维泄露电阻的测定》等电阻类测试方法主要检测对象为纤维。

比较现有纺织工业国家标准和行业标准的各种静电测试方法，电荷面密度法是测试含有导电纤维织物抗静电性能的最适宜的方法，其他方法由于测试条件、测试方式、测试相关材料的使用等方面未做严格的统一，影响了测试数据的准确和严密性，但却从多方面反映了织物在多种条件和状态下的静电特征。因此各种指标的集合就是全面描述抗静电织物抗静电性能的总体评价。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                

  

参考资料：

王树根 马新安    《特种功能纺织品的开发》

施楣梧  《有机导电纤维的发展现状及在纺织产品中的应用》

陈振洲 陈慕英 陶再荣  《耐久性抗静电针织产品的研究与开发》

《纺织品化学整理》

《染整工艺原理》

商成杰 《新型染整助剂手册》

《产业用纺织品手册》

《中国纺织报》《碳黑在抗静电纤维领域的发展》

《浙江印染信息与技术》2001/6P7-9

功能高分子学报 年 卷 期：2002 Vol.15 No.1