海勇+李振+杜军+吕兴军+索一拉+官杰

摘要：

本文采用长度电阻率、点对点电阻、电荷面密度对导电纤维的导电性能进行评定，结合纤维的形态特征和化学特性进行鉴别。结果表明：在温度（20±2）℃、相对湿度（35±5）%的测试环境下，长度电阻率≤109Ω/cm，点对点电阻≤108Ω，电荷面密度≤2μC/m2，可作为纺织用导电纤维的评定依据；同时对纺织常用导电纤维鉴别和定量测定进行了系统分析。

关键词：纺织；导电纤维；纤维鉴别

1 引言

纺织品中的静电问题是个普遍现象，大部分化学纤维织物因摩擦会产生静电，在天然纤维中羊毛等动物纤维也有静电问题。静电问题极大地影响了织物外观以及舒适性等，静电电荷的积聚容易引起灰尘附着、服装纠缠肢体产生粘附不适感；较高的静电压可对人体产生电击，并可引起电子元件损坏。目前纺织常用导电纤维主要有：金属纤维、碳纤维和有机导电纤维等，其中以有机导电纤维为主。然而，在目前的检验工作中还没有关于纺织品中导电纤维的定性和定量的系统鉴别方法，无法对此类产品进行有效评价。因此，建立纺织用导电纤维鉴别方法非常必要。

2 导电纤维导电性能评价

2.1 电阻法

测试系统由测试电极 、高阻计、绝缘台面组成。测试电压有100V、250V、500V、1000V，测量范围105Ω～1016Ω，电阻计的精度±10%。电极为两个直径（65±5）mm的金属圆柱体，电极材料不锈钢，电极单重（2.5±0.5）kg。电阻表：测试电压9V，测量范围103Ω～106Ω。

测试环境：温度（20±2）℃，相对湿度（35±5）%。

2.1.1 长度电阻率

纤维的电阻直接反映纤维导电性能的优劣，可以通过纤维的电阻值对其导电性能进行评价。以聚酯纤维有机导电纤维为例，不同测试电压和测试距离下的电阻测试结果不同。为了便于比较，将纤维单位长度的电阻定义为长度电阻率（Ω/cm）。相同电压、不同测试距离时长度电阻率与距离的关系见图1；相同长度、不同测试电压时长度电阻率与电压的关系见图2。

同一电压、不同测试距离下纤维长度电阻率测试结果基本一致，5cm、10cm和30cm测试结果的精密度性要高一些。同一长度、不同测试电压下纤维的长度电阻率在电压250V以上的测试结果和精密度都趋于平稳。故在测量导电纤维长度电阻率时采用测试电压500V，测试距离10cm。对于金属纤维、碳纤维等导电性比较强的纤维，可选择合适的电压和测试距离进行测量。不同导电纤维的长度电阻率测试结果见1。

为了比较导电纤维与普通纤维的导电性能差异，选用不同纤维种类的纱线，测试其电阻，结果发现采用测试电压500V、测试距离10cm时，所选不含导电纤维的纱线：纯棉纤维纱线（15.5tex）、羊毛纤维纱线（17.2 tex×2）、苧麻纤维纱线（23.9tex）、粘胶纤维纱线（30.0 tex×2）、锦纶纤维纱线（21.4 tex）、桑蚕丝纤维纱线（5.9 tex）、聚酯纤维纱线（18.2 tex）电阻均大于1014Ω。相比较而言，导电纤维或含有导电纤维的纱线的电阻要小，导电纤维的种类不同，长度电阻率亦有差距。从测试结果看，在温度（20±2）℃、相对湿度（35±5）%条件下，导电纤维或含有导电纤维的纱线的长度电阻率小于109Ω/cm。

2.1.2 点对点电阻

将测试样品放置绝缘台面上，测试电极组放在试样上，测试电压100V或其他合适电压，电极之间的距离30cm，测试时间15s，选择合适的倍率，记录电阻值。不同材质面料的点对点电阻的测试结果见表2。

点对点电阻就是纤维或纺织品两点之间的电阻，从以上测量结果看，点对点电阻反映了纤维的导电性强弱。若面料含有导电纤维长丝或嵌线，沿着长丝或嵌线方向测量，点对点电阻小于108Ω。例如试样1、2和3。但无导电纤维的方向或拆除导电纤维以后，点对点电阻比较大。本文选择的含导电纤维的毛涤面料，都是混纺面料，导电纤维比较分散，所以点对点电阻比较大，基本在1013Ω以内；不含导电纤维的毛涤面料的点对点电阻则稍大一些。含有棉等吸湿性比较强的纤维，由于含水率比较高，表现出一定的导电性，测得的点对点电阻在1013Ω以内。

电阻法适用于以长丝形式存在的导电纤维的评定，从测试结果看，在温度（20±2）℃、相对湿度（35±5）%条件下，长度电阻率≤109Ω/cm或30cm的点对点电阻≤108Ω，可作为导电纤维的一种评价依据。

2.2 电荷面密度

如果含导电纤维的纱线无法拆下来或导电纤维与其他纤维混纺无法感官识别，可采用电荷面密度的方法来对导电性能进行评价。

法拉第筒及测试系统[1]；测试环境：温度（20±2）℃，相对湿度（35±5）%。

以锦纶面料（214根/10cm×209根/10cm，21.8tex×2+21.4tex）作为摩擦布，选择不同成分的面料，按照方法GB/T 12703.2—2009进行摩擦带电电荷面密度测试，结果见表3。

比较表3试验结果，含有导电纤维的毛涤面料经、纬向摩擦带电电荷面密度均小于2μC/m2；不含导电纤维的毛涤面料则要高出2倍多。摩擦起电的强弱与纤维的性质和表面粗糙程度有关，毛纤维和合成纤维比较容易摩擦起静电，棉等吸湿性比较强的纤维摩擦起电较弱，试样10摩擦带电量较低，一方面是含棉纤维的吸湿性，另一方面是面料比较光滑；而试样11 涤纶含量高于棉，表面又比较粗糙，相比摩擦带电量比较高。试样6含导电纤维的经向摩擦带电量小于2μC/m2；去除导电纤维以后，经纬向电荷面密度均明显增大。因此，摩擦带电量≤2μC/m2，可作为导电纤维的一种评价依据。

2.3 结果与讨论

对于导电纤维或含有导电纤维的纱线可直接测量长度电阻率；对于含导电纤维的面料，如果导电纤维存在特定的纱线中，可以测定其点对点电阻；如果导电纤维采用混纺形式，可以测定其摩擦带电电荷面密度。另外，纤维的吸湿性能对导电性能有很大的影响，需要根据试样的实际情况选择合适的方法。纺织品中常用导电纤维的评价方法对比见表4。

3 常见导电纤维的形态和鉴别

纺织品中通常加入导电纤维来降低静电效应，导电纤维长丝或短纤维和其他纤维混纺，可通过纤维的燃烧特征、显微镜下的纵向形态及横向形态、化学溶解性等特性，再结合导电性能对导电纤维进行鉴别。

金属纤维其实就是一种极细的金属丝，目前各国生产的金属纤维中碳钢纤维居多，其次是不锈钢、铝、黄铜纤维等。金属纤维的燃烧状态是接近火焰时不熔不缩，接触火焰时在火焰中燃烧并发光，离开火焰时自灭；燃烧时无气味，残留物呈硬块状。金属纤维在显微镜下观察纤维纵向呈黑色长杆状，横截面多为圆形或不规则的长方形。金属纤维由于具有独特的纤维形态和燃烧特征，比较容易鉴别。

涂层导电纤维的表面一般是金属涂层，具有一定光泽，通常基质为聚酯纤维或聚酰胺纤维，纤维的燃烧状态与基质纤维的燃烧状态和性质相近。如果需要鉴别镀层是哪种金属，可用适当的酸溶解，根据化学特性或仪器进行鉴别。

复合型导电纤维一般是将炭黑、TiO2、SnO2、ZnO等导电颗粒与常规材料复合而成。根据复合纺丝所产生的导电纤维一般有导电成分外露型、同心圆型、并列型、芯鞘型和海岛型[2]。可以通过在显微镜下观察纤维的纵向形态和横截面形态，同时结合导电性能对纤维进行鉴别；如果采用混纺和其他纤维混合，在显微镜下观察除海岛型以外，其他4种类型的纤维的纵向形态均表现出一定的皮芯结构形态；海岛型导电纤维一般纵向透光性差，在显微镜下表现为通体黑色，再结合导电性能进行鉴别。

4 导电纤维的定量測定

导电纤维以长丝的形式存在时容易分辨，把导电纤维直接从织物上拆下来，分别称量导电纤维的质量和织物的质量，即可求出导电纤维的百分比含量。

在混纺织物中一般采用的是复合型导电纤维，导电纤维的比例一般为0.5%～5%，由于导电纤维的比例比较小，存在一定的鉴别和定量检测难度。定性时，取样一定要取一个完整组织，制作的纤维切片要尽量包含所有组成纤维。因导电纤维量比较少，在横截面切片中难以发现，在纵向纤维切片中一定要关注数量少、纤维形态不一样的纤维，比如皮芯结构、透光性差的纤维（黑色），结合导电性能来判断是否含有导电纤维。

确定含有导电纤维以后，确定导电纤维的基质，如果导电纤维的基质与其他纤维不同，可以按照GB/T 2910系列标准方法检测；如果导电纤维的基质与其中一种纤维相同，比如混纺织物中既有聚酯纤维又有以聚酯为基质的导电纤维，可以先求出每一类纤维的总量，再按照标准方法FZ/T 01101测出导电纤维在同类纤维中所占的根数百分比，假定同类纤维的密度相同，即可算出导电纤维的百分含量。

按照GB/T 2910系列标准、GB/T 2911、FZ/T 01026、FZ/T 01095等标准方法进行纤维定量分析，以净干或净干结合公定回潮率的形式计算出导电纤维及各组分的纤维含量[3]。

参考文献：

[1] GB/T 12703.2—2009 纺织品 静电性能的评定 第2部分：电荷面密度[S].

[2] 王鹏， 张瑜， 陈彦模. 复合型导电纤维的制备及其开发现状[J]. 合成纤维. 2004，增刊：18-20.

[3] GB/T 2910.1—2009 纺织品 定量化学分析 第1部分：试验通则[S].