[科普中国]-抗静电纤维

抗静电纤维是指在标准状态下(20℃、65%相对湿度)体积电阻率小于1010Ω·cm的纤维或静电荷逸散半衰期小于60s的纤维。抗静电纤维不易积聚静电荷。1

简述纺织品特别是普通合成纤维制品在生产加工和使用中易因摩擦和感应产生静电，所产生的电荷不易逸散，影响穿着的舒适性和工作的安全性。因此有必要对纤维进行抗静电及导电处理，制得抗静电纤维及导电纤维。

抗静电纤维是能降低或消除在使用过程中产生静电的合成纤维，体积比电阻通常为107～108Ω·cm。导电纤维是通过电子传导和电晕放电而消除静电的功能性纤维，通常是指在标准状态下(20℃、相对湿度65%)体积比电阻在107Ω·cm以下的纤维。

抗静电纤维和导电纤维的作用都是为了改善合成纤维及制品的静电性能，但这两类纤维抗静电机理存在区别。抗静电纤维的抗静电机理是通过吸湿使产生的大部分静电泄漏，利用了漏电效应。它需要吸收环境中的水分来增加静电泄漏量，因而对环境湿度的依赖性高。导电纤维的抗静电机理主要是当导电纤维接近带电体时，利用电场引起自身电晕放电，使静电中和，属于放电效应。2

分类按抗静电效果的持续性分类有暂时性和耐久性两种。按导电成分分类有抗静电剂型、金属系、炭黑系、高分子型和纳米级金属氧化物型抗静电纤维五种。

1．抗静电剂型抗静电纤维

抗静电剂型抗静电纤维加工工艺简单，抗静电剂对纤维的原有性能影响不大，可以在纤维表面形成导电层，降低其表面电阻率，使产生的静电迅速泄漏。同时，还可赋予纤维表面一定的润滑性以降低摩擦系数，抑制和减少静电荷的产生。常用的抗静电剂主要是一些表面活性剂，其分子结构中含有亲油基和亲水基两种基团。亲油基与聚合物结合，亲水基面向空气，排列在材料表面，形成“水膜”。因此，抗静电剂的使用效果取决于用量和诸多外界因素，如温度、相对湿度等。

2．金属系抗静电纤维

金属系抗静电纤维是利用金属的导电性能制得的。主要方法是直接拉丝法，将金属线反复过模具，拉伸，制成直径为4～16μm的纤维。常用的金属有不锈钢、铜、铝、金、银等。类似的方法还有切削法，将金属直接切削成纤维状的细丝。另外，还有金属喷涂法，将普通纤维先进行表面处理，再用真空喷涂或化学电镀法将金属沉积在纤维表面，使纤维具有金属一样的导电性。金属系抗静电纤维的导电性能好、电阻率低，但纤维的手感比较差，而且纤维的混纺工艺难以控制，因此限制了它的进一步推广使用。

3．炭黑系抗静电纤维

利用炭黑的导电性能来制造抗静电纤维，这是一种比较古老而普遍的方法。该方法可分为以下三类：

(1)掺杂法。将炭黑与成纤物质混合后纺丝，炭黑在纤维中成连续相结构，赋予纤维抗静电性能。这种方法一般采用皮芯复合纺丝法，既不影响纤维原有的物理性能，又使纤维具有了抗静电性。

(2)涂层法。涂层法是在普通纤维表面涂上炭黑。涂层方法可以采用黏合剂将炭黑黏合在纤维表面，或者直接将纤维表面快速软化并与炭黑黏合。

(3)纤维炭化处理。有些纤维，如聚丙烯腈纤维、纤维素纤维、沥青系纤维等，经炭化处理后，纤维的主链主要为碳原子，从而使纤维具有导电能力。丙烯腈系纤维多采用低温炭化处理法。

炭黑系抗静电纤维突出的缺点是产品的颜色单一，只能是黑色或深灰色，并且炭黑容易脱落，手感不好，在纤维表面不易均匀分布。此外采用皮芯层纺丝时需要专用设备，制造成本很高。

4．高分子型抗静电纤维

高分子材料通常被认为是绝缘体，20世纪70年代聚乙炔导电材料的研制成功，打破了这种传统观念。之后，又相继诞生了聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等高分子导电物质，人们对高分子材料导电性能的研究也越来越广泛。利用导电高聚物制备导电纤维，主要方法有两种：一是导电高分子材料的直接纺丝法，多采用湿法纺丝，如将聚苯胺配成浓溶液，在一定的凝固浴中拉伸纺丝；另一种是后处理法，在普通纤维表面进行化学反应，让导电高分子吸附在纤维表面，使普通纤维具有抗静电性能。高分子型抗静电纤维的手感很好，但稳定性差，抗静电性能对环境的依赖性较强，且抗静电性能会随着时间的延长而缓慢衰退，这就使其应用受到限制。

5．纳米级金属氧化物型抗静电纤维

纳米级金属氧化物粉体的浅色透明特征，决定了可制得浅色、高透明度的纳米级金属氧化物型抗静电纤维。纳米级SnO2透明导电粉末在抗静电纤维制备中占有重要的地位。首先制得纳米级SnO2(掺锑)透明导电粉末，然后在表面处理装置中加入一定量的表面处理剂进行局部包覆，得到分散性良好的纳米级透明导电粉末或其分散体，最后选择纤维材料基体，根据抗静电等级，按比例加入浓缩的导电色浆，充分分散，获得纺丝前驱体，经湿法或干法纺丝制得抗静电性能优良的纤维。1

应用由于化学纤维的静电：既象，带来了静电力的干扰和静电放电的危害：纤维加工过程中的静电吸引和排斥，服用过程中缠结、吸附灰尘、沾污。化纤及其织物的电击和放电现象，轻者刺激皮肤，重者会引火、爆炸等。对于电子设备或办公自动化设备，静电会引起集成电路(IC)的误动作，破坏贮存器，特别是电磁波(EMI)和静电感应(ESD)干扰，不仅损伤半导体器件，也能造成机器人误动作等各种设备障碍，甚至造成人身伤害事故。因此，采用抗静电导电性织物、薄膜、薄板等复合材料，或者使抗静电塑料填料导电化，以屏蔽电磁波，防止静电积累产生静电效应等，将有利于减少静电灾害。3

本词条内容贡献者为:

张尉 - 副教授 - 西南大学