兩種紡織用導電纖維鑒別方法探索

高玉斌　易宏　谷小輝　程珊

摘要：為探索兩種紡織用導電纖維的鑒別方法，分別對紡織用炭黑系導電纖維和金屬系導電纖維進行各項性能測試。結果表明：靜電性能測試為導電纖維的判定提供依據；燃燒法、顯微鏡法、化學溶解法、熱重法和電感耦合等離子體原子發射光譜法的結合可以鑒別導電纖維的形態特征和主要成分。

關鍵詞：炭黑系導電纖維；金屬系導電纖維；鑒別

前言

導電纖維是指在標準狀態（20℃，65%相對濕度）時，電阻率在107Ω·cm以下的纖維，是上世紀60年代出現的一種新的功能性纖維，導電纖維紡織產品在電子業、服裝、醫藥及精密儀器等領域都有重要的應用。根據導電纖維的成分特點，可以分為四大類[1]：（1）金屬類導電纖維：主要利用金屬的導電性能，通過直接拉絲法制成金屬纖維；或是采用金屬噴涂法，將普通纖維先進行表面處理，再用真空噴涂法或化學電涂法將纖維沉降在纖維表面，使纖維具有金屬一樣的導電性；（2）炭黑系導電纖維：利用炭黑的導電性能制作導電纖維，如將炭黑與普通化學纖維制成皮芯型、橘瓣型的導電復合纖維，也可通過在普通纖維表面涂上炭黑，或是將某些纖維炭化處理使纖維具有導電性；（3）金屬系導電纖維：以銅、銀等的硫化物、碘化物或氧化物為導電材料，通過與成纖高聚物混合、吸附于纖維表面或是通過化學反應覆蓋于纖維表面而制成導電纖維，此類導電纖維因添加的金屬離子種類不同還可具有抗菌、除臭等附加功能；（4）導電高分子型纖維：由聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等高分子導電物質直接紡絲制成的有機導電纖維，或是將導電高分子物質吸附在纖維表面使纖維具有導電性能。

為了探索紡織用導電纖維的表征和鑒別方法，本文對一種炭黑系導電纖維和一種金屬系導電纖維進行了織物靜電性能測試，并通過燃燒法、顯微鏡法、化學溶解法、熱重法和電感耦合等離子體原子發射光譜法對兩種導電纖維的主體成分進行了鑒別。

1 試驗

1.1 試驗樣品

炭黑系導電纖維（由廣東新會美達錦綸股份有限公司提供）、金屬系導電纖維。

1.2 試劑

硫酸、鹽酸、甲酸、硝酸、氯化鋅、N、N二甲基甲酰胺、二氯甲烷、苯酚、雙氧水等，以上試劑均為分析純；單元素標準儲備液：鋁、銀、銅、鐵、鈦、鉻六種金屬元素標準儲備溶液；標準工作液：根據需要，分別移取適量鋁、銀、銅、鐵、鈦、鉻標準儲備液中的一種加入有5mL濃硝酸的100mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻，配制成10μg/mL的標準工作溶液。

1.3 儀器

CU﹣Ⅱ型纖維細度儀（北京和眾視野科技有限公司），Y172型纖維切片器（國營常州紡織儀器廠），TO-3型織物靜電電阻測試儀（德國FISSHER 公司），Q500熱重分析儀（美國TA公司），電感耦合等離子體原子發射光譜儀（ICP-OES）（德國斯派克），ETHOS ONE型微波消解儀等。

1.4 試驗方法依據

電阻率的測定依照標準GB/T 12703.4—2010《紡織品 靜電性能的評定 第4部分：電阻率》進行；燃燒法試驗依照標準FZ/T 01057.2—2007《紡織纖維鑒別試驗方法 第2部分：燃燒法》進行；顯微鏡法試驗依照標準FZ/T 01057.3—2007《紡織纖維鑒別試驗方法 第3部分：顯微鏡法》進行；溶解法試驗依照標準FZ/T 01057.4—2007《紡織纖維鑒別試驗方法 第4部分：溶解法》進行；熱失重試驗依照標準GB/T 27761—2011 《熱重分析儀失重和剩余量的試驗方法》進行。

電感耦合等離子體原子發射光譜儀測試金屬種類與含量方法：準確稱量0.05g纖維樣品，置于聚四氟乙烯消化罐中，加入8mL硝酸和2mL過氧化氫，將內罐放入外罐并密閉，在微波消解儀中消解，消解完成后定容至100mL備用。采用電感耦合等離子體原子發射光譜儀測定空白溶液和樣液中各待測元素的測試強度，從標準工作曲線上計算出樣液中各待測元素的濃度。

2 炭黑系導電纖維的各項性能測試

2.1 炭黑系導電纖維的靜電性能測試

圖1所示為一種炭黑系導電纖維，由其制成的導電纖維織物如圖2和圖3所示，織物中的黑色間條即為導電纖維。采用TO-3型織物靜電電阻測試儀對圖1中的纖維束進行靜電性能測試，測試結果如表1所示。由表可知，該導電纖維的電阻率為3×104Ω·cm（低于107Ω·cm），故該纖維滿足導電纖維對電阻率的要求。

2.2 炭黑系導電纖維的形態特征

采用CU﹣Ⅱ型纖維細度儀觀察了3種不同炭黑系導電纖維的縱橫截面特征，如圖4和圖5所示。由圖可知，前兩種形態的炭黑系導電纖維中，炭黑在纖維中形成連續相結構（如作為導電纖維的芯層）以賦予纖維導線性能；第三種炭黑系導電纖維中炭黑則是以顆粒狀均勻分散于纖維中。

2.3 炭黑系導電纖維的燃燒性能測試

對圖1所示炭黑系導電纖維樣品進行燃燒性能測試，結果如表2所示，由表中描述的現象可知，該纖維的燃燒特征與普通化學纖維錦綸類似。

2.4 炭黑系導電纖維的溶解性能測試

對圖1所示炭黑系導電纖維樣品進行溶解性能測試，結果如表3所示。值得說明的是，表3中字母“P”代表的部分溶解現象，與常見普通纖維在試劑中的部分溶解不同，炭黑系導電纖維在表3所示的鹽酸、甲酸、硝酸等溶液中，其主體成分是完全溶解的，但明顯可見炭黑顆粒分散于試劑中。排除掉炭黑部分對溶解性能的影響，可知該炭黑系導電纖維的溶解性能與錦綸相似。

結合靜電性能測試、顯微鏡下縱橫截面形態、燃燒性能以及溶解性能測試，可知圖1所示纖維為以錦綸為主體成分的炭黑系導電纖維。

2.5 熱失重性能測試

分別對普通錦綸樣品和炭黑系導電纖維進行熱失重性能測試，結果如圖6和圖7所示。由兩圖可知，普通錦綸和和以錦綸為主體成分的炭黑系導電纖維的熱分解溫度基本一致，但到500℃后，普通錦綸僅有3.878%的殘余，而炭黑系導電纖維的殘余物達13.48%，這也是該導電纖維引入炭黑后不同于普通錦綸的重要區別。

3 金屬系導電纖維的各項性能測試

3.1 金屬系導電纖維的靜電性能測試

圖8為含有金屬系導電纖維的織物樣品。采用TO-3型織物靜電電阻測試儀對圖8樣品中所含的金屬系導電纖維進行靜電性能測試，測得電阻率為2×105Ω·cm（見表4），低于107Ω·cm，故該纖維滿足導電纖維對電阻率的要求。

3.2 一種金屬系導電纖維的顯微形態特征

使用CU﹣Ⅱ型纖維細度儀對該金屬系導電纖維進行縱橫截面觀察，結果如圖9和圖10所示。由圖觀察可發現纖維表面不透光且有顯著性差異疵點。

3.3 一種金屬系導電纖維的燃燒性能測試

對圖8所示樣品中的金屬系導電纖維進行燃燒性能測試，結果如表5所示，由表中描述的現象可知，該纖維的燃燒特征與普通化學纖維錦綸類似。

3.4 一種金屬系導電纖維的溶解性能測試

對圖8樣品中的金屬系導電纖維樣品進行溶解性能測試，結果如表6所示。由表所示溶解性能可知，該金屬系導電纖維的溶解性能與錦綸相似。值得說明的是，與普通纖維溶解性不同的是，某些金屬系導電性在試劑中溶解時，可能會在試劑液面上殘留部分閃亮的金粉或金屬鍍層物質。

結合靜電性能測試、顯微鏡下縱橫截面形態、燃燒性能以及溶解性能測試，可知圖8樣品中的導電纖維為以錦綸為主體成分的金屬系導電纖維。

3.5 一種金屬系導電纖維的鍍層金屬種類與含量測試

使用電感耦合等離子體原子發射光譜儀（ICP-OES）檢測圖5樣品中的金屬系導電纖維的鍍層金屬種類與含量。由檢測結果可知，該金屬系導電纖維中的主要金屬成分為銀，其次為鈦、鋁和鐵，其中銀元素含量為106519.44mg/kg，鈦元素含量為71.55mg/kg，鋁元素含量為44.89mg/kg，鐵元素含量為23.54mg/kg，由此可知該導電纖維主要依靠其表面金屬鍍層實現其導電功能。

4 結論

（1）對炭黑系導電纖維首先進行靜電性能測試判斷是否為導電纖維；再通過測試纖維的燃燒性能、顯微截面形態、化學溶解性能和熱失重性能以鑒別纖維的主體成分，為炭黑系導電纖維的鑒別方法提供依據。

（2）對金屬系導電纖維首先進行靜電性能測試判斷是否為導電纖維；再通過測試纖維的燃燒性能、顯微截面形態、化學溶解性能和金屬含量以鑒別纖維的主要成分，為金屬系導電纖維的鑒別方法提供依據。

參考文獻；

[1] 丁長坤，程博聞，任元林，等. 導電纖維的發展現狀及應用前景[J]. 紡織科學研究，2006 （3） ：32-39.

（作者單位：廣州纖維產品檢測研究院）