设为首页收藏本站

科技网

[信息] 导电性纤维製品的製作方法

[复制链接]
发表于 2008-12-5 04:36:29 | 显示全部楼层

导电性纤维製品的製作方法

期别:     第 28 期
日期:     88/04
单元:     专业新知
内文:

导电性纤维製品的製作方法

国立台北科技大学纺织工程系 郑国彬、李梅兰

一、前言

近年来石化工业、高分子化学工业、电子业、精密机械工业、生化产业等有急速成长及成为各国竞相追逐的趋势,相对地产生工业灾害、产品瑕疵与其对健康危害的情势时有所闻,追究其成因主要为受微波、静电及电磁波干扰等。例如在无尘室中由于静电对微尘的影响使封装电子产品的品质有瑕疵;煤炭矿坑因尘爆事件所造成之工业灾害与安全;纤维工业、石化工业、电子工业及食品工业等因静电造成的尘埃堆积、污染、阻塞,影响生产线的顺畅性与产品品质。由于放电现象造成通信、情报产业及电子工业等产生杂讯、通讯不良、计测不良,甚至产品品质降低的状况。在生理上由于微波辐射对人体有抑制心血管、内分泌、免疫、生殖等系统功能及血小板与白血球降低、神经衰弱,眼晶球溷浊,甚至畸形儿之诞生与癌细胞之加速扩散有十分严重之影响。有鑑于此,多项导电性纤维製品,运用纤维纱、织物之三度空间导电网路基本理念与导电性高分子(Conductive polymer),其主链是由单、双键互相交错的共轭结构(Conjugated structure),因电子在主链上呈非定域化(delocalized)状态,再经化学法或电化学法掺杂(Doping)后产生带电荷的载体 (Charge carrier),导电度可以大幅度提高数个级数(order),使其具有介于半导体、导体间广泛的导电范围,并整合电磁波遮蔽的理论,可运用各种不同之製造方式,製造成各种不同之导电性纤维与高分子製品。

二、导电性纤维与高分子製品之製作方法

(一) 运用高导电或导磁性粉末与金属超微细粒子(Nano 级,10-9 m)进行聚掺合(Polymer Blend)。

  导电纤维乃利用无电解电镀、聚掺合或电浆之方式,使金属沉淀、附着在纤维表面上,形成金属皮膜之金属化纤维。或在纤维内部掺入金属物质,再经熔融纺丝或湿式纺丝抽成聚导电性或导磁性之纤维。在金属原料之选择上,可採用高导磁性与高导电性之金属或合金上,将金属超微细粒子与高分子化合物间之聚掺合,运用熔融抽丝技术製成複合导电性之合成纤维,且具有良好的化学性、物理性及洗涤性。由于两者之溷合使用,其抱合性良好,由于几乎不损及产品手感或外观,已形成导电性纤维与产品之主流。国内豪绅纤维有限公司所发展之护脑金钟罩贴片,係以碳、铅、钠等元素抽丝编织而成的导电网所製作,可防护100MHZ~200MHZ的电磁波以上。人体最不受头盖骨保护的部份为眼部与耳部,此产品经由耳部直至大脑的电磁波衰减 99%以上,适用于手提电话或家用无线电之电磁波屏蔽。在金属超微细粒子与合成纤维聚掺合之方法中将导电性纤维或填充料参溷于合成纤维之方法计有:湿式金属电镀、金属之真空喷镀、金属粒子涂料之涂佈、金属或金属盐类之吸附与吸着、金属之熔射、金属之溅射、离子电镀法及电浆加工等方法。

(二) 利用金属纤维与纺织用纤维的相互捻合、包覆形成导电性複合纱,亦可于一般纺织用纱之表面被覆金属物质。

  如镍、铁、铜、银、不锈钢丝等为导电性原料,运用二合一捻线机、开端摩擦式精纺机、开端罗陀式精纺机或中空锭子式精纺机,将导电性原料与纺织用纤维複合加捻或包覆在一起,形成导电性複合纱之型态。尚可因应不同之终端用途,应用不同之製布技术,如梭织、纬编针织、经编针织、针轧式不织布、梭织编带及经编编带等製造各种不同之导电性织物。电磁波、平面波、微波遮蔽之优劣,取决于导电性原料佔有之百分率、导电原料之相对导磁与导电係数、织物密度、织物结构及织物厚度等因素。其应用领域不胜枚举包括无尘、无菌衣在精密仪器、机械零件、电子工业、照相、食品、医药、医院、电脑机房、化妆品等方面之应用,其具有防尘、防止仪器损害、防止干扰数位式装置、消除杂音。高抗静电手套应用于塑胶、合成纤维、合成皮革、橡胶等製品的製造和加工。高抗静电毛毯(化纤毛毯)应用于医院、旅馆、车辆、船舶及冷地区等之静电防止和引发爆炸。高抗静电地毯应用于旅馆、医院、游乐场等一般建筑物内之防污、防静电等方面。高抗静电缝纫线应用于一般的外衣、内衣,以防止缠绕身体,防止穿脱衣服时产生不愉快的声音。高抗静电过滤网应用于纺织、食品化学、医药工业中含有乾燥粉末的场合。中防爆型工作服应用于油船、加油站及石化工业等之防止引发爆炸。中消电装置(内部放电式)应用于纤维、塑胶、纸业、印刷、橡胶、食品等的製造和加工等之静电消除、故障排除。中导电工作服应用于供电公司、电力公司防止因静电而导致的事故。电磁波屏蔽材料应用于广播、电视台、高压线路、高周波焊器电仪器、精密仪器等之防止电磁波干扰电子设备和智能化仪器致使其不能正常工作,甚至酿成灾祸。建筑、交通道路用平面发热器等应用于屋顶加热器、马路加热器,因发热而保温,防止结冰、熔雪而无触电危险。

  以导电性纤维为原料,运用梭织、针织或非织等方式製织成具有导电梯度之金属化或导电性织物;因其加工方式较不受到环境之支配,即使在低湿度环境下亦可获得安定之抗静电效果,且由于具有优越的耐久性,耐气候性,近年来已被广泛的应用于室内装潢与保护用等方面。使金属化或导电性织物具备导电梯度之主要因素在于经纬纱之排列组,在此类加工方式中可添加之导电性纤维计有金属纤维、镀金属纤维、导电性树脂包覆纤维、导电性树脂複合纤维等。中国西北纺织学院利用自身拥有的低温超导材料製备技术优势,採用集束拉拨法研製金属纤维;採用气流成毡技术开发纤维烧结毡。由中国长沙矿山研究院、长沙市纺织工业研究所等单位所研发之抗菌性、导电性、导热性的金属纤维与天然纤维或化学纤维溷纺,使织物具有独特的抗菌、抑菌作用,开拓了保健纺织品的新领域。其抗菌原理为金属纤维呈阳离子带正电荷,而细菌生存繁殖的最佳介质是中性或弱酸性,带负电荷。因此,正负电的相吸可有效地束缚细菌的活动自由度,抑止细菌的生存和繁殖。穿着后通过体表吸收,可以减缓部分病痛。日本青木服装公司与日本东亚纺公司开发成功防电磁波毛织物成份为:羊毛76.1%,聚酯13.4%,镀银压克力长丝10.5%,组织为单面花呢双层组织。经与一般毛织物比较,一般纯毛织物电磁波的穿透率接近100%,而防电磁波面料对10赫兹的电磁波防透效果为45%,对50-100赫兹波长的电磁波防透效果为70-90%,并具有防静电性能。国内福懋兴业与昶和公司採用杜邦NEGASTAT原料,开发成功抗静电、抗尘、防水、抗菌、防血污的抗静电无尘衣,适用于IC电子业、医疗、喷漆、製药业等。日本帝人公司有鑑于办公室的事务机器(电脑等),会产生对人体有害的电磁波,其制服事业部研发出能够抗电磁波的新素材产品-「健康Ⅱ」由新合纤与特殊金属交织而成,能够吸收并反射97%的电磁波,使电磁波与人体隔离。虽然双层组织中採用金属纤维,但对衣服的颜色、手感都不会造成损害,也能保持办公室制服的流行性。金属纤维及其製品是近20年来发展起来的新型工业材料和高新技术、高附加值产品,由于其既具化纤、合成纤维及其製品的柔软性,又具金属本身优良的导热、导电、耐蚀、耐高温等特性,被广泛用于导电织物、导电塑胶材料、电磁波屏蔽材料、抗静电材料、过滤材料、镍氢电池电极材料、汽车安全气囊等,是许多国家致力之关键性产业。

 楼主| 发表于 2008-12-5 04:36:40 | 显示全部楼层
(三) 在后整理加工中运用含金属气体溅射于织物的电浆加工;运用含金属漆体涂佈或喷洒于织物的表面;运用金属粉末与细微粒子涂佈或喷洒于织物的表面等。

  採用高导磁性与高导电性之金属或合金上,如镍、铁、铜、银等金属物质涂层于碳纤维与石墨纤维上及以锆(Zr)、钼(Mo)、钛(Ti)、钨(W)、铝(Al)、硅(Si)、铁(Fe)、铍(Be)、铬(Cr)、镁(Mg)及Mn等之合金涂层或被覆于纤维、纱或织物上;尚可运用ZnO、SnO2及TiO2等金属氧化物,惟后整理加工方法製造之导电性纺织品,在穿着舒适性、柔软性、洗涤性、耐气候性及抗化学药品性等均较纤维及纱线金属化上者为差。其主要原因在于,合成纤维于纺丝过程中,为避免静电产生所添加之抗静电油剂而产生之毛丝与断纱现象,及为避免合成纤维过于亮丽所添加之二氧化钛等因素,导致金属气体、金属漆体、金属粉末与合成纤维织物间结合牢度变差,因此,在实施此后整理加工前须经水洗再行减量加工,以增加织物表面之粗糙化。甚而在加工前于织物表面上涂覆重金属催化层,以增加其活化,进而增加金属气体、金属漆体、金属粉末与合成纤维织物间之结合力。导电性产品已广泛地应用于毛毯、人造皮革、建材领域、防尘、防爆工作服、学生制服、礼服、妇女用内衣与御寒等之缝製领域。电镀在密度较低的织物上,因其透光性佳,可用透明树脂板之複合加工方式,可朝显示器用途、窥视窗用途等多方面发展。纱与织物经后整理加工技术于其表面涂佈导电物质、涂料或导电漆。基材纤维可使用聚酯、尼龙、亚克力、棉、嫘萦、碳纤维、Kevlar等素材。金属部份係以铜、镍为主,银亦可加工。能够赋与电气的性质,可以应用在电子电机工业之电缆线覆膜及防护板;建筑材料领域之壁装材及窗材;成衣服饰领域之围裙,各种不同电磁波干扰环境之工作服;微波(雷达波)反射材用途之厨房用微波炉,海滩救助用途;抗静电用途之无尘室;导电用途之电位治疗导电材;低电压面状发热用途之保暖背心,保温毛毯;带磁性材用途之磁气记录用素材;抗菌、防霉材用途之鞋中垫材。且与难燃素材或助剂组合,可製造难燃且具电磁波遮蔽之防护布,预计频率范围在30MHz~30GKz,可达40~60dB的电磁波衰减效果。因施有极薄的金属皮膜,所以加工性良好,而且具柔性。将镀银之耐隆短纤维与棉和羊毛溷纺而成之製品,强调重点在于电磁波防护效果,细菌抑制效果,除电、抗静电效果,保温、保冷等效果。

(四) 利用半导体与导体间大的导电特性差异,可作为导体、电子元件、电磁波遮蔽体及抗静电涂佈等之运用。

  1969年Naarmann 即提出具有共轭链键结的聚烯化合物(Polyene)经氧化后可具有导电性的报导,但直到1997年MacDiarmid和Heeger等人以电化学和化学法掺杂聚乙炔(Polyacetylene,PA)获得高导电高分子,尔后研究较重要的共轭导电高分子包括:
聚口比口各
(Polypyrrole)
聚口赛吩化合物
(Polythiophene)
聚苯胺化合物
(Polyaniline)
聚口夫喃化合物
(Polyfuran)
聚伸苯化合物
(Poly-p-phenylene)
聚伸苯基乙烯化合物
(Polyphenylene-vinylene)
聚伸口赛吩基-乙烯化合物
(Polythienylene-vinylene)
聚苯硫化合物
(Polyphenylene sulfide)
聚异硫印化合物
(Polyisothianaphthene)

  由于这些共轭导电高分子具有刚硬的共轭主链,无法溶于一般的有机溶剂或被熔融加工,需导入柔曲性高的侧链(如:长烷基),使其成为可溶及可熔,经掺杂后,导电度可高达1-100,000 S/cm。此外,在共轭导电高分子侧链导入功能性之基团如具离子选择性、萤光性、液晶性、光选择性、光活性等基团,使共轭导电高分子除具有导电性外,还具有官能基侧链之特有性质。有机发光二极体在1992年即由日本Yoshino製作出高亮度的蓝色有机发光二极体,其具备低成本、製程简单、可大面积化及可挠曲性等优点。随着可携式电子产品朝轻、薄、短、小的方向发展,充电式电池的开发亦往重量轻、体积小的方向努力,而高分子电池可做成薄膜型及大面积型,导电性高分子由于具有成本低、易加工塑型等优良特质,因此成为新型二次锂电池的重要取代材料之一;目前已商品化成功之桉例有Bridgestone的 Li/Polyaniline系统和Seiko的Polyacene系统,而Matsh****a Electric Industrial Co.与东京农工大学Noboru Oyama等人合作开发的高分子电池(Li/Polyaniline中溷合了polypyrrole的衍生物及有机硫化物)。利用PPy 複合膜如 PPy[PVA].xLiClO4 製成有机二次电池的负极,而以聚苯胺複合膜PAn[PVA] xLiClO4 当正极,1.0 M LiClO4 之碳酸丙烯酯溶液当电解质,组成有机二次电池。碳纤维、金属纤维、玻璃纤维被覆金属微粒与PE、PP、EVA、氯丁胶、丁胶乳等高分子材料製成导电性複合材料。这些材料的导电规律基本上大同小异,仅在加工方法上有较大区别,常用的有挤压法、射出法、压延法、压制法等。表面电阻係数介于1015Ω/cm2以上者属于基础树脂与合成纤维材料,109至1013Ω/cm2间者属于抗静电材料,102至106Ω/cm2间者属于静电散失材料,小于102Ω/cm2 者属于遮蔽材料,碳纤维与金属粉末者介于10-1至10-3Ω/cm2之间,金属材料介于10-1至10-3Ω/cm2之间。当碳纤维含量少时,碳纤维/ 高分子导电复合材料可作为永久型抗静电剂。通常添加有机抗静电剂的材料不仅抗静电效果比不上碳纤维导电複合材料,而且随着时间的推移会向表面迁移而失效,而碳纤维填充的複合材料为永久型抗静电材料。当碳纤维含量较高时,还可作为电加热材料,製成各种电热纸,并可製成电磁波屏蔽材料。在複合材料之基材中加入金属粉末须考虑表面氧化,界面结合不良,成本昂贵且会加速高分子材料的老化。虽然用银粉和镍粉的屏蔽效果良好,片状和纤维状金属丝作填充材料亦有人使用,如在美国用不锈钢纤维,日本则採用黄铜纤维填充基材。

三、电磁波对人体健康之危害

  大众对于高压输配电线电磁场、低频电磁波的忧虑在1980年代迅速扩散。其中最具代表性是多本着名期刊发表实地调查证实,居住在高压线通过附近民众的癌症罹患率显着偏高。不过,各国电力公司也陆续委託研究单位机构发表一系列报告,主张高压电的电磁场与低频电磁波对人体无害。电力公司的苦恼尚未解决,1990年代起,各国电信机构也开始面临类似的困扰。主要在于大哥大所使用的高频率电磁波可能也有健康的顾虑。许多民众从微波炉烹煮食物的观察中警觉到,自己可能正在被2.45GHz高频率微波的风险。虽然目前通讯用的电波频率仍低于微波炉的电磁波频率,发射功率也远低于烹煮食物所需的强度,但除了卫星天线的波束向空中特定方向集中,以及二哥大之类低功率系统外,数位式大哥大系统使用的900MHz或 1800MHz、1900MHz的高能量密度电磁脉冲及电话、电视塔台,对细胞内纪录遗传密码的去氧核醣核酸(DNA)化学键造成变异的风险仍不可忽视,且数位式大哥大确实会干扰体内的心律调整器的脉动。澳洲与英国学者先后发表实验报告指出,实验室中暴露在和携带大哥大同样强度电磁波环境中的实验鼠,比未暴露的实验鼠,罹患脑部肿瘤的比率高出1.4倍,扣除可能实验误差,风险还是高出一倍。生理上由于微波辐射对人体有抑制心血管、内分泌、免疫、生殖等系统功能及血小板与白血球降低、神经衰弱,眼晶球溷浊,甚至畸形儿之诞生与癌细胞之加速扩散有十分严重之影响。上述电磁波对人体健康之危害係摘录自多国不同之文献与报章杂志之报导,绝无危言耸听之意,其主要之意义在于提供读者保持距离以策安全之忧患意识。

四、结论

  运用在台湾纤维改质、複合纺纱、複合织造及后整理加工之雄厚技术,并配合相关导电与导磁材料之选择与对电磁学之基本观念,相信可创造出一些运用于不同领域且具高附加价值、高功能性与高科技之纺织品。
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

辽公网安备 21100402204006号|科技网 ( 辽ICP备07501385号-1   

GMT+8, 2019-9-15 16:12

Powered by tech-domain X3.4 Licensed

© 2001-2017 Comsenz Inc.

快速回复 返回顶部 返回列表