導電滌綸涂層織物的制備及其性能

杜曉誼， 張麗平， 田安麗， 李 敏， 付少海

(1. 生態紡織教育部重點實驗(江南大學)，江蘇 無錫 214122；2. 江南大學 江蘇省數字噴墨印花工程技術中心， 江蘇 無錫 214122)

導電滌綸涂層織物的制備及其性能

杜曉誼1，2， 張麗平1，2， 田安麗1，2， 李 敏1，2， 付少海1，2

(1. 生態紡織教育部重點實驗(江南大學)，江蘇 無錫 214122；2. 江南大學 江蘇省數字噴墨印花工程技術中心， 江蘇 無錫 214122)

為制備導電涂層織物，采用研磨分散法制備導電炭黑，研究了導電炭黑的用量、導電炭黑的粒徑、涂層次數、黏合劑用量、焙烘時間以及溫度對導電滌綸涂層織物性能的影響。對滌綸涂層織物的表面電阻、耐水洗牢度、耐摩擦牢度、斷裂強力和斷裂伸長率等性能進行測試。結果表明：當涂層膠中導電炭黑含量為15%，導電炭黑粒徑為200 nm，涂覆次數為4次,黏合劑相對導電炭黑分散體質量分數為40%，焙烘溫度為150 ℃，焙烘時間為3 min時制備的導電滌綸涂層織物的表面電阻最小, 導電滌綸涂層織物的干摩擦、水洗牢度均可達到5級，水洗后滌綸涂層織物的表面電阻變大。

滌綸織物； 涂層； 導電炭黑； 織物性能

導電紡織品具有導電、去除靜電荷的累積和屏蔽電磁輻射等功能，常用于制做防塵工作服、抗靜電工作服、高級潔凈服、智能服裝，在電纜、半導體工業、電子精密工業、醫學、航空航天、軍事等領域有廣泛的應用。導電紡織品的制備方法主要有2種：一是將導電性材料添加到紡絲液中，制備導電纖維[1-2]；二是或者將金屬導電長絲與普通紗線混紡[3]、在織物表面鍍金屬[4-6]等。這些方法對紡織品制造工藝要求高，需要考慮很多影響因素，如導電相與基體是否有親和性、熱膨脹系數的大小、導電性能的穩定性、織物的力學性能和安全性等。

織物表面涂層法生產工藝簡單，條件易控制，導電相易選擇，成為近年來導電織物制備的熱點。涂層中導電材料的選擇和分散是該方法的核心技術。目前，涂層中常用的導電填料主要有金屬類導電填料(銀、銅、鋁、鎳等)和碳系導電填料(導電炭黑、石墨、石墨烯、碳納米管)，金屬類導電填料具有抗靜電性好、屏蔽效能好、導電性高等優點，但價格相對較高，抗氧化性差，遷移現象和沉積現象嚴重[7-8]。炭黑是碳系導電填料應用最為廣泛的一種導電填料。以炭黑作為導電填料具有導電穩定、導電性優良、質輕、成本低、無毒無害、來源廣泛、加工簡單、力學性能以及抗環境能力強等優點[9-11]。本文研究以導電炭黑為導電相，采用涂覆的方式制備了導電滌綸織物，探討了導電炭黑的含量、導電炭黑的粒徑、涂層的次數對涂層布表面電阻的影響。分析了黏合劑用量、焙烘時間及溫度對涂層織物性能的影響。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

導電炭黑(純度為99%，無錫雙誠炭黑有限公司)，聚苯乙烯-馬來酸酐(相對分子質量為5 150，實驗室自制)，消泡劑HS-95(工業級，南京古田化工有限公司)，平平加O、黏合劑(廣東德美精細化工股份有限公司)，增稠劑(無錫市安保染料化工有限公司)；滌綸織物：經密為523.5根/10 cm，緯密為283根/10 cm(吳江市中強化纖紡織有限公司)。

1.2 實驗儀器

MiniZeta 03E型循環砂磨機(德國Netzsch公司)，CHE100-0R7G-S2型分散機(深圳INVT電子設備有限公司)，Nano-ZS90電位及粒徑分析儀(英國馬爾文)，K202型涂層機(英國RK公司)，3Y207型焙烘機(英國Roaches公司)，Y571L型染色摩擦色牢度儀(萊州市電子儀器有限公司)，SW-12A型耐洗色牢度試驗機(無錫紡織儀器廠)，YG026A型斷裂強力測試儀(常州第二紡織機械廠)。

1.3 試驗方法

1.3.1 導電炭黑分散體的制備

將4.5 g聚苯乙烯馬來酸酐、0.4 g平平加O、0.4 g消泡劑HS-95分散到80 g去離子水中，攪拌均勻，再將15 g導電炭黑分批加入進行攪拌，待導電炭黑完全分散在水中后取出，轉移至砂磨機中以2 000 r/min的速度研磨不同時間，制備平均粒徑不同的導電炭黑分散體。

1.3.2 導電滌綸涂層織物的制備

稱取10 g導電炭黑分散體，加入相對導電炭黑分散體質量分數為y%的黏合劑，加水補滿100 g，攪拌均勻，再加入相應量的增稠劑，制備涂層漿。按如下工藝制備導電滌綸涂層織物：滌綸織物→涂層→烘干(60 ℃,3 min)→焙烘。

1.4 性能測試

1.4.1 表面電阻

根據DIN53482《導電材料的測試方法 非金屬材料電阻的測試》測量涂層織物的表面電阻，測試條件為：溫度(21±1) ℃，相對濕度(50±2)%。樣品規格為200 mm×250 mm。將銅桿電極放在樣品上，確保樣品與電極相接處，讀數穩定后，記錄測量值，重復至少3次，計算平均值。

1.4.2 斷裂強度及伸長率

根據GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能》測量涂層織物的斷裂強度和伸長率。測試條件為：(21±1) ℃，相對濕度(50±2)%為樣品規格：200 mm×50 mm。以100 mm/min的伸長速度測試涂層織物的斷裂強力和伸長率，重復至少3次，計算平均值。

1.4.3 耐摩擦和耐洗色牢度

根據GB/T 3921—2008《紡織品色牢度 耐皂洗色牢度》測試織物的耐洗色牢度。取40 mm×100 mm的樣品，夾于2塊40 mm×100 mm聚酯和棉纖維貼襯織物之間，沿一短邊縫合，形成組合試樣，測試樣品的褪色和沾色牢度。根據GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》測試織物的干、濕耐摩擦色牢度。取2塊尺寸為50 mm×140 mm的試樣，以每秒1個反復摩擦循環，共摩擦10個循環，測試涂層織物的干、濕摩擦牢度。

2 結果與討論

2.1 導電炭黑質量分數對表面電阻的影響

圖1示出導電炭黑含量對涂層織物表面電阻的影響。由圖可知當導電炭黑質量分數在5%～9%時，導電涂層織物表面電阻降低緩慢，當導電炭黑質量分數在9%～15%時，導電涂層織物表面電阻迅速下降，而當導電炭黑質量分數超過15%后，涂層織物的表面電阻變化趨緩，幾乎保持不變。導電涂層織物表面電阻隨著導電炭黑含量變化有一個迅速變小的滲流區，當導電炭黑的質量分數達到這一閥值時，導電炭黑能夠相互接觸而形成網狀導電通道，使得導電涂層織物表面電阻顯著下降。而導電炭黑質量分數超過15%，涂層織物電阻隨導電炭黑含量的增加變化趨緩。滌綸織物和涂層織物的掃描電鏡照片如圖2所示，隨著導電炭黑含量的增加，導電炭黑在滌綸織物表面的導電網絡逐漸形成，故當導電炭黑質量分數超過15%涂層布的導電電阻基本不變[12-14]。

2.2 導電炭黑粒徑對表面電阻的影響

導電炭黑的粒徑對涂層織物表面電阻的影響如圖3所示。隨著導電炭黑粒徑減小，導電涂層織物的表面電阻先減小后增大，當炭黑的粒徑為200 nm時導電涂層織物的表面電阻最小。導電炭黑的粒徑較大時，易造成在織物表面分織物不勻，形成導電網絡缺陷較多等現象，故涂層織物的表面電阻較大。隨著導電炭黑粒徑減小，單位面積上分布導電炭黑顆粒增多，導電網絡缺陷減少，故導電涂層織物的表面電阻減小[15]。然而，當導電炭黑粒徑小于200 nm后，導電涂層織物表面電阻增大，可能是由于部分炭黑粒子滲透到織物背面所致。

2.3 涂層次數對涂層織物表面電阻的影響

涂層次數對涂層織物表面電阻的影響如圖4所示。由圖可看出，導電涂層織物表面電阻隨著涂層次數增加而不斷減小，說明織物表面涂層厚度越厚，導電性能越好。產生這種現象的原因是織物的紗線間有間隙和毛細管效應，當涂層厚度較薄時，由于部分導電炭黑滲入到紗線和紗線的毛細管之間，使導電炭黑無法形成導電網絡，隨著涂層次數的增加，涂層厚度增加，涂層膜中形成完整的導電網絡，故涂層織物表面電阻減小。

2.4 黏合劑質量分數對涂層織物性能影響

黏合劑質量分數對涂層織物性能的影響如表1所示。隨著黏合劑質量分數增加，涂層織物表面電阻增大，手感變差，摩擦牢度和水洗牢度提高，而斷裂強力和伸長率則表現為先增大后減小的趨勢。這是由于黏合劑在導電炭黑粒子間成膜，阻礙了導電網絡的形成。另外，黏合劑成膜過程中，還會有部分黏合劑會滲入到紗線中間，形成網狀結構，提高了織物的斷裂強力和伸長率，而當黏合劑用量增加到一定程度，涂層織物的韌性反而變差，導致其斷裂強力和伸長率下降。

表1 黏合劑質量分數對導電涂層布性能的影響Tab.1 Effect of different binder content on properties of the coated fabric

2.5 焙烘溫度及時間對涂層織物性能的影響

焙烘溫度和時間對涂層織物性能的影響如表2所示。在焙烘溫度和時間分別為150 ℃，3 min時，制備導電涂層織物的牢度最好，此時斷裂強力和斷裂伸長率最高。這是因為隨著溫度和時間增加，黏合劑固化成膜，網絡逐步形成，當焙烘溫度為150 ℃，焙烘時間為3 min時，固化反應基本完成，故隨著溫度和時間繼續增加，涂層織物的表面電阻基本不變，水洗后涂層織物的表面電阻基本不變。隨著固色溫度及時間的進一步增加，反而會導致涂層膜脆化，引起摩擦牢度、斷裂強力和伸長率減小，這也可從涂層織物的彎曲剛度和滯后距得到證實。

表2 焙烘溫度和時間對涂層織物性能的影響Tab.2 Effect of curing time and tempreture on properties of coated fabric

3 結 論

當分散體會中導電炭黑的質量分數為15%時，涂層織物的表面電阻達到最小值；當導電炭黑炭黑的粒徑在200 nm時，涂層織物的表面電阻達到最小值；涂層織物的表面電阻隨著涂層次數的增加而減小；當黏合劑相對導電炭黑分散體的質量分數為40%，焙烘溫度為150 ℃，焙烘時間3 min時，制備的滌綸涂層織物的力學性能和耐摩擦、水洗牢度較佳。

FZXB

[1] 安樹林, 張季, 毛福坡.導電涂層織物的研制[J]. 紡織學報, 2002, 23(5): 73-75. AN Shulin, ZHANG Ji, MAO Fupo. Development of the conductive coating fabric[J]. Journal of Textile Research, 2002, 23(5):73-75.

[2] 侯慶華. 白色復合導電纖維DYY-2的研制[J]. 合成纖維, 2005(10): 46-50. HOU Qinghua. Development of the white composite conductive fiber DYY-2[J]. Synthetic Fiber in China, 2005(10): 46-50.

[3] 丁彩玲, 王少華, 張慶娟，等. 抗靜電、防電磁波精紡毛織物的開發[J]. 毛紡科技, 2002(4):36-37. DING Cailing, WANG Shaohua, ZHANG Qingjuan, et al. Development of anti-static, anti-electromagnetic worsted wool fabric[J]. Wool Textile Journal, 2002(4):36-37.

[4] 甘雪萍, 仵亞婷, 胡文彬， 等. 導電滌綸織物的制備及其性能研究[J]. 材料工程, 2007(8):12-16. GAN Xueping, WU Yating, HU Wenbin, et al. Study on properties of conductive PET fabric prepared by electroless copper and nickel plating[J]. Journal of Materials Engineeing, 2007(8):12-16.

[5] 韓克清, 金慧芬. 聚苯胺/滌綸導電織物再摻雜及洗滌性能的研究[J]. 合成纖維工業, 2002, 25(2): 25-27. HAN Keqing, JIN Huifen. Study on the redroping and washing properties of conductive PAN/PET fabic[J]. Synthetic Fiber Industry, 2002,25(2):25-27.

[6] 劉戰華, 莊勤亮. 聚苯胺與氨綸復合導電織物在應力作用下的信號響應及穩定性[J]. 東華大學學報(自然科學版), 2006, 32(2):119-123. LIU Zhanhua, ZHUANG Qinliang. The signal respond and stability of conductive PANI spandex composite fabric under the stress effect[J]. Journal of Donghua University(Natural Science Edition), 2006, 32(2):119-123.

[7] 鄧安平, 桂恒清, 陳世山，等. 導電涂料性能的研究[J]. 青島海洋大學學報(自然科學版), 1999, 29(增1): 226- 228. DENG Anping, GUI Hengqing, CHEN Shishan, et al. Sutdy on conductive paints[J]. Journal of Ocean University of Qingdao(Natural Science Edition), 1999, 29(S1):226-228.

[8] 嚴冰, 鄧劍如, 吳淑清. 炭黑/聚氨酯泡沫導電復合材料的開發[J]. 化工新型材料, 2002, 30(9): 26-29. YAN Bing, DENG Jianru, WU Shuqing. Development of carbon black/polyurethane foaming conductive comosites[J].New Chemical Materials, 2002, 30(9):26-29.

[9] 劉際偉, 高曉敏, 劉金城. 導電石墨/丙烯酸的電磁屏蔽涂料的研制[J]. 涂料工業, 1998, 28(10): 5-10. LIU Jiwei, GAO Xiaomin, LIU Jincheng. Development of electromagnetic shielding coatings of conductive graphite/acrylic polymer[J]. Paint & Coatings Industry, 1998, 28(10):5-10.

[10] CCARROLL D L, CZERW R, WEBSTER S.Conducting thin films[J]. Synthetic Metal, 2005, 155(3): 694-697.

[11] AZIM S S, SATH EESH A, RAMU K K, et al. Studies on graphite based conductive paint coating [J]. Progress in Organic Coating,2005, 55(1) : 1- 4.

[12] 顧昊, 于偉東, 周勝. 導電炭黑涂覆織物的電磁屏蔽性能研究[J]. 研究開發, 2015(1): 13-16. GU Hao, YU Weidong, ZHOU Sheng. Study on the electronic shielding property of coated fabric with condutive carbon black[J]. Research on Development, 2015(1):13-16.

[13] JEONG K U, LIM J Y, LEE J Y, et al. Polymer nanocomposites reinforced with multi-walled carbon nanotubes for semiconducting layers of high-voltage power cables[J]. Polymer International, 2010, 59(1):100-106.

[14] AL-SALEH M H, SAADEH W H, SUNDARARAJ U. EMI shielding effectiveness of carbon based nanostructured polymeric materials: a comparative study [J]. Carbon, 2013(60):146-156.

[15] 趙慎強, 洪若瑜, 王益明，等. 炭黑的分散性對抗靜電涂層導電性能的影響[J]. 材料導報, 2012,26(5):64-69. ZHAO Shenqiang, HONG Ruoyu, WANG Yiming, et al. Effect of dispersibility of carbon black nanoparticals on electrical conductivity of the antistatic coatings[J]. Materials Review, 2012, 26(5):64-69.

Preparation and properties of conductive polyester coated fabric

DU Xiaoyi1，2, ZHANG Liping1，2, TIAN Anli1，2, LI Min1，2, FU Shaohai1，2

(1.KeyLaboratoryofEco-Textiles(JiangnanUniversity),MinistryofEducation,Wuxi,Jiangsu214122,China;2.JiangsuEngineeringResearchCenterforDigitalTextileInkjetPrinting,JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122,China)

To prepare the conductive fabric, the conductive carbon black was prepared by milling dispersion. The effect of carbon black particles, the content of carbon black, coating times, the content of binder, curing time and temperature on the properties of the conductive polyester(PET) coated fabric were studied. The properties of the PET coated fabric including the surface resistance, washing fastness, rubbing fastness, breaking strength, and elongation performance were tested. The test results showed that when the content of the conductive carbon black was 15%, conductive carbon black particle was 200 nm, the coating times was four, the concentration of binder was 40%, curing time and temperature were 150 ℃ and 3 min, the surface resistance of the PET coated fabric was minimized, the dry friction and wash fastness of the coated fabric could reach 5 grade, and the surface resistance of the PET coated fabric increased after washing.

polyester fabric; coating; conductive carbon black; fabric property

2015-08-17

2016-05-19

江蘇高校優勢學科建設工程資助項目(蘇政辦發[2014]37號)；江蘇省重點研發計劃項目(BE015178)； 江南大學自主科研基金項目(JUSRP51514)

杜曉誼(1992—)，女，碩士生。主要研究方向為生態印染加工技術和功能紡織品等。付少海，通信作者，E-mail:shaohaifu@hotmail.com。

10.13475/j.fzxb.20150802605

TM242

A