丝/毛混纺纱的导电处理及性能研究

周燕 吴惠英 刘采梦 张玉娇 徐露黎 胡明月

摘要： 开发智能纺织品是传统纺织产业升级的途径之一，以导电纱线制备导电织物是最为常见的一种，文章采用聚吡咯导电高分子材料进行导电纱线的制备开发。以丝/毛混纺纱为纱线原料，氯化铁为氧化剂、吡咯为导电材料，制备丝/毛/聚吡咯复合导电纱，分析不同反应温度对复合导电纱线性能的影响。实验结果表明：复合导电纱线的电导率随着反应温度的降低而增加，反应温度为-5℃时，纱线的導电效果最好，电导率为8.32×10-2S/cm，断裂强度为（35.18±0.16）cN/dtex，断裂伸长率为11.13%±0.83%，导电处理对纱线力学性能的影响不明显。

关键词： 丝/毛混纺纱;导电处理;反应温度;表面形貌;电导率

中图分类号： TS101.923    文献标志码： A   文章编号： 1001-7003（2019）05-0040-04   引用页码： 051107

Abstract： The development of smart textiles is one of the ways to upgrade the traditional textile industry. Producing conductive yarns with conductive fabrics is the most common way. In this paper， polypyrrole conductive polymeric materials were used to prepare conductive yarns. Silk/wool blended yarn was used as raw materials， FeCl3 was used as the oxidant and pyrrole was used as conductive material to prepare silk/wool/polypyrrole composite conductive yarns. The effects of different reaction temperatures on the performance of composite conductive yarn were analyzed. The experimental results showed that the conductivity of the composite conductive yarn increased with the decrease of the reaction temperature. When the reaction temperature was -5℃， the conductive effect of yarns was the best， and the conductivity was 8.32×10-2 S/cm. The breaking strength was （35.18±0.16） cN/dtex， and the elongation at break was 11.13%±0.83%. The effect of conductive treatment on the mechanical properties of the yarn was not obvious.

Key words： silk/wool blended yarn; conductive treatment; reaction temperature; morphology; conductivit

智能纺织品是今后纺织品发展的重要趋势[1]，也是传统纺织行业转型升级的有效途径，其中导电织物是智能纺织品的重要分支。纺织品具有可加工、易成型、可折叠的特征[2]，在制备柔性导电织物方面表现出明显的优势[3-4]。聚吡咯是一种导电高分子新材料，与纺织材料结合后的稳定性好，并且呈现出较好的导电性，易合成，反应条件易控[5]，近期有关聚吡咯导电纺织品的制备及性能研究受到业内学者的关注。本文通过导电高分子材料与纱线结合来制备导电纱，以丝/毛混纺纱为基材，利用氯化铁作为氧化剂、吡咯为导电材料，制备丝/毛/聚吡咯复合导电纱，分析不同反应温度对丝/毛混纺纱线的表面形态、导电性及机械性能的影响。

1 实 验

1.1 材 料

150dtex丝/毛混纺纱（张家港市汉卓纺织有限公司），氯化铁FeCl3（无锡市标普化学试剂有限公司），吡咯单体Py（无锡市亚琴联合化工有限公司）。

1.2 设 备

S-570型扫描电镜（日本Hitachi Limited），Nicolet 5700型傅立叶红外光谱测试仪（美国Thermo Nicolet Corporation），Instron-3365 型万能材料试验机（美国Instron），ZC-90G 高绝缘电阻测试仪（上海强佳电气有限公司）。

1.3 丝/毛混纺纱的导电化处理

FeCl3溶液的制备：将FeCl3分别溶于去离子水中，制备得到0.9mol/L的FeCl3溶液，待用。

丝/毛混纺纱的导电化处理：将丝/毛混纺纱浸泡在配置好的FeCl3的溶液中，浸泡60min，取出后自然晾干;将晾干后的纱线固定在培养皿，并在培养皿的底部加入Py（单体）[6]，分别测试在不同反应温度下混纺纱的导电性。在反应温度-5、5、10℃和20℃环境下充分反应20h，再将其用去离子水浸泡，完成丝/毛混纺纱的导电化处理，得到丝/毛/聚吡咯复合导电纱，将纱线自然状态下晾干，待测。

1.4 性能测试

1.4.1 纱线的表面形态观察

导电纱的表面形态观察是利用S-570扫描电子显微镜进行观察，将样品先进行喷金处理，喷金厚度20～30nm。

1.4.2 电导率测试

将导电纱在标准环境下进行调湿24h处理，利用ZC-90G高绝缘电阻测试仪进行电阻测试，电阻量程为0～2×1017Ω，分辨力100Ω，纱线的有效测量长度为2cm，再根据下式计算纱线的电导率[7]：

1.4.3 红外光谱测试

利用Nicolet 5700红外光谱仪测试纱线的二级结构，将纱线剪碎，利用KBr压片法将粉末状的样品与KBr制成薄饼状，扫描32次，波数范围为4000～500cm-1，光谱分辨率为4cm-1。

1.4.4 力学性能测试

利用Instron-3365型万能材料试验机测试导电处理力学性能。测试有效距离为250mm，拉伸速率200mm/min，初始张力0.2cN，每种试样分别测试20次，结果取平均值。

2 结果与分析

2.1 复合导电纱的表面形貌观察

丝/毛混纺纱在不同反应温度导电处理后形成的复合导电纱表面形貌如图1所示。从图1可以看出，温度的差异导致Py在纱线中聚合的多少有所差异，聚吡咯（PPy）少量聚集时呈颗粒形态，大量聚集时会在纱线表面呈现出片状结构。当反应温度为-5℃时，纱线表面覆盖了一层PPy物质，且呈片状结构;当温度继续升高至5℃时，在纱线表面仍然可以观察到PPy，以大的团聚颗粒形态出现;当温度继续升高至10、20℃后，纱线上只观察到少量的PPy。这说明，PPy在丝/毛混纺纱中的聚合情况会随温度的变化而变化，温度高时，聚合物链的缺陷增加，π电子系统离域受到破坏，电导率下降[8]，处理温度较低，有利于PPy的聚合。

2.2 复合导电纱的电导率分析

反应温度对复合导电纱电导率的影响如表1所示。反应温度对导电材料在纱线中的聚合情况有影响，因而影响了纱线的电导率。导电纱线的电导率随着电荷载流子密度、电荷数及载流子的迁移率变化[8]，而反应温度的改变会影响载流子的迁移率，反应温度低，PPy分子链的增长速度慢，排列规整，聚合物中缺陷结构含量少，载流子的迁移率就高，电导率高。在本实验条件下，当反应温度为-5℃时，电导率为8.32×10-2S/cm。随着反应温度的升高，聚合物链缺陷增多，载流子的迁移率降低，电导率呈逐渐下降的趋势[9]，当温度升高到20℃时，电导率只有6.26×10-5S/cm。因此，复合导电纱在不同反应温度下表现出来的电导率与Py的附着量直接相关。

2.3 复合导电纱红外光谱分析

丝/毛/PPy复合导电纱经过不同温度处理后的纱线红外光谱如图2所示。羊毛和蚕丝均为蛋白质纤维，都含有酰胺键，其中1630～1660cm-1为酰胺I区，主要是C═O的伸缩振动，吸收峰1628cm-1归属β-折叠[10];1510cm-1处为酰胺II区，吸收峰1513cm-1表征了N—H的变形振动，1441cm-1处的吸收峰归因于吡咯环的伸缩振动[11]，1286cm-1的吸收峰为C—N键的弯曲振动。这说明丝/毛混纺纱在PPy处理过程中，PPy附着于混纺纱线表面，与纱线的表面形貌图的结论一致。

2.4 复合导电纱力学性能分析

丝/毛混纺纱经导电处理后，纱线的力学性能与未处理时表现出一定的变化，如表2所示。纱线在氧化剂作用下受损，会在某种程度上影响纱线的力学性能，但PPy附着于纱线表面，对基材又起到一定的支撑[7]。当反应温度为-5℃时，由于有更多的PPy附着于纱线的表面，因此纱线的断裂强度和断裂伸长率只有小幅下降，断裂强度为（35.18±0.16）cN/dtex，下降0.2%;当反应温度为20℃时，断裂强度为（3509±0.42）cN/dtex，下降也只有0.4%。而断裂伸长率的变化在0.7%～3.5%，这说明PPy导电处理后纱线的力学性能基本不会有太大影响。

3 结 论

本文以丝/毛混纺纱为基材，利用FeCl3作为氧化剂、Py为导电材料，制备丝/毛/PPy复合导电纱，分析不同反应温度对复合导电纱线性能的影响。实验结果表明：反应温度的变化会影响到纱线的电导率，反应温度低，聚合物链缺结构含量少，载流子的迁移率就高，电导率高。当反应温度为-5℃时，纱线的导电效果最好，纱线的表面聚合了更多的PPy導电材料，电导率为8.32×10-2S/cm，断裂强度为（3518±0.16）cN/dtex，断裂伸长率为11.13%±083%，导电处理对纱线的力学性能的影响不明显。

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