两种纺织用导电纤维鉴别方法探索

高玉斌　易宏　谷小辉　程珊

摘要：为探索两种纺织用导电纤维的鉴别方法，分别对纺织用炭黑系导电纤维和金属系导电纤维进行各项性能测试。结果表明：静电性能测试为导电纤维的判定提供依据；燃烧法、显微镜法、化学溶解法、热重法和电感耦合等离子体原子发射光谱法的结合可以鉴别导电纤维的形态特征和主要成分。

关键词：炭黑系导电纤维；金属系导电纤维；鉴别

前言

导电纤维是指在标准状态（20℃，65%相对湿度）时，电阻率在107Ω·cm以下的纤维，是上世纪60年代出现的一种新的功能性纤维，导电纤维纺织产品在电子业、服装、医药及精密仪器等领域都有重要的应用。根据导电纤维的成分特点，可以分为四大类[1]：（1）金属类导电纤维：主要利用金属的导电性能，通过直接拉丝法制成金属纤维；或是采用金属喷涂法，将普通纤维先进行表面处理，再用真空喷涂法或化学电涂法将纤维沉降在纤维表面，使纤维具有金属一样的导电性；（2）炭黑系导电纤维：利用炭黑的导电性能制作导电纤维，如将炭黑与普通化学纤维制成皮芯型、橘瓣型的导电复合纤维，也可通过在普通纤维表面涂上炭黑，或是将某些纤维炭化处理使纤维具有导电性；（3）金属系导电纤维：以铜、银等的硫化物、碘化物或氧化物为导电材料，通过与成纤高聚物混合、吸附于纤维表面或是通过化学反应覆盖于纤维表面而制成导电纤维，此类导电纤维因添加的金属离子种类不同还可具有抗菌、除臭等附加功能；（4）导电高分子型纤维：由聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等高分子导电物质直接纺丝制成的有机导电纤维，或是将导电高分子物质吸附在纤维表面使纤维具有导电性能。

为了探索纺织用导电纤维的表征和鉴别方法，本文对一种炭黑系导电纤维和一种金属系导电纤维进行了织物静电性能测试，并通过燃烧法、显微镜法、化学溶解法、热重法和电感耦合等离子体原子发射光谱法对两种导电纤维的主体成分进行了鉴别。

1 试验

1.1 试验样品

炭黑系导电纤维（由广东新会美达锦纶股份有限公司提供）、金属系导电纤维。

1.2 试剂

硫酸、盐酸、甲酸、硝酸、氯化锌、N、N二甲基甲酰胺、二氯甲烷、苯酚、双氧水等，以上试剂均为分析纯；单元素标准储备液：铝、银、铜、铁、钛、铬六种金属元素标准储备溶液；标准工作液：根据需要，分别移取适量铝、银、铜、铁、钛、铬标准储备液中的一种加入有5mL浓硝酸的100mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，配制成10μg/mL的标准工作溶液。

1.3 仪器

CU﹣Ⅱ型纤维细度仪（北京和众视野科技有限公司），Y172型纤维切片器（国营常州纺织仪器厂），TO-3型织物静电电阻测试仪（德国FISSHER 公司），Q500热重分析仪（美国TA公司），电感耦合等离子体原子发射光谱仪（ICP-OES）（德国斯派克），ETHOS ONE型微波消解仪等。

1.4 试验方法依据

电阻率的测定依照标准GB/T 12703.4—2010《纺织品 静电性能的评定 第4部分：电阻率》进行；燃烧法试验依照标准FZ/T 01057.2—2007《纺织纤维鉴别试验方法 第2部分：燃烧法》进行；显微镜法试验依照标准FZ/T 01057.3—2007《纺织纤维鉴别试验方法 第3部分：显微镜法》进行；溶解法试验依照标准FZ/T 01057.4—2007《纺织纤维鉴别试验方法 第4部分：溶解法》进行；热失重试验依照标准GB/T 27761—2011 《热重分析仪失重和剩余量的试验方法》进行。

电感耦合等离子体原子发射光谱仪测试金属种类与含量方法：准确称量0.05g纤维样品，置于聚四氟乙烯消化罐中，加入8mL硝酸和2mL过氧化氢，将内罐放入外罐并密闭，在微波消解仪中消解，消解完成后定容至100mL备用。采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪测定空白溶液和样液中各待测元素的测试强度，从标准工作曲线上计算出样液中各待测元素的浓度。

2 炭黑系导电纤维的各项性能测试

2.1 炭黑系导电纤维的静电性能测试

图1所示为一种炭黑系导电纤维，由其制成的导电纤维织物如图2和图3所示，织物中的黑色间条即为导电纤维。采用TO-3型织物静电电阻测试仪对图1中的纤维束进行静电性能测试，测试结果如表1所示。由表可知，该导电纤维的电阻率为3×104Ω·cm（低于107Ω·cm），故该纤维满足导电纤维对电阻率的要求。

2.2 炭黑系导电纤维的形态特征

采用CU﹣Ⅱ型纤维细度仪观察了3种不同炭黑系导电纤维的纵横截面特征，如图4和图5所示。由图可知，前两种形态的炭黑系导电纤维中，炭黑在纤维中形成连续相结构（如作为导电纤维的芯层）以赋予纤维导线性能；第三种炭黑系导电纤维中炭黑则是以颗粒状均匀分散于纤维中。

2.3 炭黑系导电纤维的燃烧性能测试

对图1所示炭黑系导电纤维样品进行燃烧性能测试，结果如表2所示，由表中描述的现象可知，该纤维的燃烧特征与普通化学纤维锦纶类似。

2.4 炭黑系导电纤维的溶解性能测试

对图1所示炭黑系导电纤维样品进行溶解性能测试，结果如表3所示。值得说明的是，表3中字母“P”代表的部分溶解现象，与常见普通纤维在试剂中的部分溶解不同，炭黑系导电纤维在表3所示的盐酸、甲酸、硝酸等溶液中，其主体成分是完全溶解的，但明显可见炭黑颗粒分散于试剂中。排除掉炭黑部分对溶解性能的影响，可知该炭黑系导电纤维的溶解性能与锦纶相似。

结合静电性能测试、显微镜下纵横截面形态、燃烧性能以及溶解性能测试，可知图1所示纤维为以锦纶为主体成分的炭黑系导电纤维。

2.5 热失重性能测试

分别对普通锦纶样品和炭黑系导电纤维进行热失重性能测试，结果如图6和图7所示。由两图可知，普通锦纶和和以锦纶为主体成分的炭黑系导电纤维的热分解温度基本一致，但到500℃后，普通锦纶仅有3.878%的残余，而炭黑系导电纤维的残余物达13.48%，这也是该导电纤维引入炭黑后不同于普通锦纶的重要区别。

3 金属系导电纤维的各项性能测试

3.1 金属系导电纤维的静电性能测试

图8为含有金属系导电纤维的织物样品。采用TO-3型织物静电电阻测试仪对图8样品中所含的金属系导电纤维进行静电性能测试，测得电阻率为2×105Ω·cm（见表4），低于107Ω·cm，故该纤维满足导电纤维对电阻率的要求。

3.2 一种金属系导电纤维的显微形态特征

使用CU﹣Ⅱ型纤维细度仪对该金属系导电纤维进行纵横截面观察，结果如图9和图10所示。由图观察可发现纤维表面不透光且有显著性差异疵点。

3.3 一种金属系导电纤维的燃烧性能测试

对图8所示样品中的金属系导电纤维进行燃烧性能测试，结果如表5所示，由表中描述的现象可知，该纤维的燃烧特征与普通化学纤维锦纶类似。

3.4 一种金属系导电纤维的溶解性能测试

对图8样品中的金属系导电纤维样品进行溶解性能测试，结果如表6所示。由表所示溶解性能可知，该金属系导电纤维的溶解性能与锦纶相似。值得说明的是，与普通纤维溶解性不同的是，某些金属系导电性在试剂中溶解时，可能会在试剂液面上残留部分闪亮的金粉或金属镀层物质。

结合静电性能测试、显微镜下纵横截面形态、燃烧性能以及溶解性能测试，可知图8样品中的导电纤维为以锦纶为主体成分的金属系导电纤维。

3.5 一种金属系导电纤维的镀层金属种类与含量测试

使用电感耦合等离子体原子发射光谱仪（ICP-OES）检测图5样品中的金属系导电纤维的镀层金属种类与含量。由检测结果可知，该金属系导电纤维中的主要金属成分为银，其次为钛、铝和铁，其中银元素含量为106519.44mg/kg，钛元素含量为71.55mg/kg，铝元素含量为44.89mg/kg，铁元素含量为23.54mg/kg，由此可知该导电纤维主要依靠其表面金属镀层实现其导电功能。

4 结论

（1）对炭黑系导电纤维首先进行静电性能测试判断是否为导电纤维；再通过测试纤维的燃烧性能、显微截面形态、化学溶解性能和热失重性能以鉴别纤维的主体成分，为炭黑系导电纤维的鉴别方法提供依据。

（2）对金属系导电纤维首先进行静电性能测试判断是否为导电纤维；再通过测试纤维的燃烧性能、显微截面形态、化学溶解性能和金属含量以鉴别纤维的主要成分，为金属系导电纤维的鉴别方法提供依据。

参考文献；

[1] 丁长坤，程博闻，任元林，等. 导电纤维的发展现状及应用前景[J]. 纺织科学研究，2006 （3） ：32-39.

（作者单位：广州纤维产品检测研究院）