杜曉誼， 張麗平， 田安麗， 李 敏， 付少海

(1. 生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)(江南大學(xué))，江蘇 無(wú)錫 214122；2. 江南大學(xué) 江蘇省數(shù)字噴墨印花工程技術(shù)中心， 江蘇 無(wú)錫 214122)

導(dǎo)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(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)(江南大學(xué))，江蘇 無(wú)錫 214122；2. 江南大學(xué) 江蘇省數(shù)字噴墨印花工程技術(shù)中心， 江蘇 無(wú)錫 214122)

為制備導(dǎo)電涂層織物，采用研磨分散法制備導(dǎo)電炭黑，研究了導(dǎo)電炭黑的用量、導(dǎo)電炭黑的粒徑、涂層次數(shù)、黏合劑用量、焙烘時(shí)間以及溫度對(duì)導(dǎo)電滌綸涂層織物性能的影響。對(duì)滌綸涂層織物的表面電阻、耐水洗牢度、耐摩擦牢度、斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率等性能進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明：當(dāng)涂層膠中導(dǎo)電炭黑含量為15%，導(dǎo)電炭黑粒徑為200 nm，涂覆次數(shù)為4次,黏合劑相對(duì)導(dǎo)電炭黑分散體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%，焙烘溫度為150 ℃，焙烘時(shí)間為3 min時(shí)制備的導(dǎo)電滌綸涂層織物的表面電阻最小, 導(dǎo)電滌綸涂層織物的干摩擦、水洗牢度均可達(dá)到5級(jí)，水洗后滌綸涂層織物的表面電阻變大。

滌綸織物； 涂層； 導(dǎo)電炭黑； 織物性能

導(dǎo)電紡織品具有導(dǎo)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(jí)潔凈服、智能服裝，在電纜、半導(dǎo)體工業(yè)、電子精密工業(yè)、醫(yī)學(xué)、航空航天、軍事等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。導(dǎo)電紡織品的制備方法主要有2種：一是將導(dǎo)電性材料添加到紡絲液中，制備導(dǎo)電纖維[1-2]；二是或者將金屬導(dǎo)電長(zhǎng)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(duì)紡織品制造工藝要求高，需要考慮很多影響因素，如導(dǎo)電相與基體是否有親和性、熱膨脹系數(shù)的大小、導(dǎo)電性能的穩(wěn)定性、織物的力學(xué)性能和安全性等。

織物表面涂層法生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，條件易控制，導(dǎo)電相易選擇，成為近年來(lái)導(dǎo)電織物制備的熱點(diǎn)。涂層中導(dǎo)電材料的選擇和分散是該方法的核心技術(shù)。目前，涂層中常用的導(dǎo)電填料主要有金屬類導(dǎo)電填料(銀、銅、鋁、鎳等)和碳系導(dǎo)電填料(導(dǎo)電炭黑、石墨、石墨烯、碳納米管)，金屬類導(dǎo)電填料具有抗靜電性好、屏蔽效能好、導(dǎo)電性高等優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格相對(duì)較高，抗氧化性差，遷移現(xiàn)象和沉積現(xiàn)象嚴(yán)重[7-8]。炭黑是碳系導(dǎo)電填料應(yīng)用最為廣泛的一種導(dǎo)電填料。以炭黑作為導(dǎo)電填料具有導(dǎo)電穩(wěn)定、導(dǎo)電性優(yōu)良、質(zhì)輕、成本低、無(wú)毒無(wú)害、來(lái)源廣泛、加工簡(jiǎn)單、力學(xué)性能以及抗環(huán)境能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[9-11]。本文研究以導(dǎo)電炭黑為導(dǎo)電相，采用涂覆的方式制備了導(dǎo)電滌綸織物，探討了導(dǎo)電炭黑的含量、導(dǎo)電炭黑的粒徑、涂層的次數(shù)對(duì)涂層布表面電阻的影響。分析了黏合劑用量、焙烘時(shí)間及溫度對(duì)涂層織物性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

導(dǎo)電炭黑(純度為99%，無(wú)錫雙誠(chéng)炭黑有限公司)，聚苯乙烯-馬來(lái)酸酐(相對(duì)分子質(zhì)量為5 150，實(shí)驗(yàn)室自制)，消泡劑HS-95(工業(yè)級(jí)，南京古田化工有限公司)，平平加O、黏合劑(廣東德美精細(xì)化工股份有限公司)，增稠劑(無(wú)錫市安保染料化工有限公司)；滌綸織物：經(jīng)密為523.5根/10 cm，緯密為283根/10 cm(吳江市中強(qiáng)化纖紡織有限公司)。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

MiniZeta 03E型循環(huán)砂磨機(jī)(德國(guó)Netzsch公司)，CHE100-0R7G-S2型分散機(jī)(深圳INVT電子設(shè)備有限公司)，Nano-ZS90電位及粒徑分析儀(英國(guó)馬爾文)，K202型涂層機(jī)(英國(guó)RK公司)，3Y207型焙烘機(jī)(英國(guó)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(yàn)機(jī)(無(wú)錫紡織儀器廠)，YG026A型斷裂強(qiáng)力測(cè)試儀(常州第二紡織機(jī)械廠)。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 導(dǎo)電炭黑分散體的制備

將4.5 g聚苯乙烯馬來(lái)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(dǎo)電炭黑分批加入進(jìn)行攪拌，待導(dǎo)電炭黑完全分散在水中后取出，轉(zhuǎn)移至砂磨機(jī)中以2 000 r/min的速度研磨不同時(shí)間，制備平均粒徑不同的導(dǎo)電炭黑分散體。

1.3.2 導(dǎo)電滌綸涂層織物的制備

稱取10 g導(dǎo)電炭黑分散體，加入相對(duì)導(dǎo)電炭黑分散體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為y%的黏合劑，加水補(bǔ)滿100 g，攪拌均勻，再加入相應(yīng)量的增稠劑，制備涂層漿。按如下工藝制備導(dǎo)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(cè)試

1.4.1 表面電阻

根據(jù)DIN53482《導(dǎo)電材料的測(cè)試方法 非金屬材料電阻的測(cè)試》測(cè)量涂層織物的表面電阻，測(cè)試條件為：溫度(21±1) ℃，相對(duì)濕度(50±2)%。樣品規(guī)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(shù)穩(wěn)定后，記錄測(cè)量值，重復(fù)至少3次，計(jì)算平均值。

1.4.2 斷裂強(qiáng)度及伸長(zhǎng)率

根據(jù)GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能》測(cè)量涂層織物的斷裂強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。測(cè)試條件為：(21±1) ℃，相對(duì)濕度(50±2)%為樣品規(guī)格：200 mm×50 mm。以100 mm/min的伸長(zhǎng)速度測(cè)試涂層織物的斷裂強(qiáng)力和伸長(zhǎng)率，重復(fù)至少3次，計(jì)算平均值。

1.4.3 耐摩擦和耐洗色牢度

根據(jù)GB/T 3921—2008《紡織品色牢度 耐皂洗色牢度》測(cè)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(cè)試樣品的褪色和沾色牢度。根據(jù)GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐摩擦色牢度》測(cè)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(gè)反復(fù)摩擦循環(huán)，共摩擦10個(gè)循環(huán)，測(cè)試涂層織物的干、濕摩擦牢度。

2 結(jié)果與討論

2.1 導(dǎo)電炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)表面電阻的影響

圖1示出導(dǎo)電炭黑含量對(duì)涂層織物表面電阻的影響。由圖可知當(dāng)導(dǎo)電炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)在5%～9%時(shí)，導(dǎo)電涂層織物表面電阻降低緩慢，當(dāng)導(dǎo)電炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)在9%～15%時(shí)，導(dǎo)電涂層織物表面電阻迅速下降，而當(dāng)導(dǎo)電炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)15%后，涂層織物的表面電阻變化趨緩，幾乎保持不變。導(dǎo)電涂層織物表面電阻隨著導(dǎo)電炭黑含量變化有一個(gè)迅速變小的滲流區(qū)，當(dāng)導(dǎo)電炭黑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到這一閥值時(shí)，導(dǎo)電炭黑能夠相互接觸而形成網(wǎng)狀導(dǎo)電通道，使得導(dǎo)電涂層織物表面電阻顯著下降。而導(dǎo)電炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)15%，涂層織物電阻隨導(dǎo)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(dǎo)電炭黑含量的增加，導(dǎo)電炭黑在滌綸織物表面的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)逐漸形成，故當(dāng)導(dǎo)電炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)15%涂層布的導(dǎo)電電阻基本不變[12-14]。

2.2 導(dǎo)電炭黑粒徑對(duì)表面電阻的影響

導(dǎo)電炭黑的粒徑對(duì)涂層織物表面電阻的影響如圖3所示。隨著導(dǎo)電炭黑粒徑減小，導(dǎo)電涂層織物的表面電阻先減小后增大，當(dāng)炭黑的粒徑為200 nm時(shí)導(dǎo)電涂層織物的表面電阻最小。導(dǎo)電炭黑的粒徑較大時(shí)，易造成在織物表面分織物不勻，形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)缺陷較多等現(xiàn)象，故涂層織物的表面電阻較大。隨著導(dǎo)電炭黑粒徑減小，單位面積上分布導(dǎo)電炭黑顆粒增多，導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)缺陷減少，故導(dǎo)電涂層織物的表面電阻減小[15]。然而，當(dāng)導(dǎo)電炭黑粒徑小于200 nm后，導(dǎo)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(shù)對(duì)涂層織物表面電阻的影響

涂層次數(shù)對(duì)涂層織物表面電阻的影響如圖4所示。由圖可看出，導(dǎo)電涂層織物表面電阻隨著涂層次數(shù)增加而不斷減小，說(shuō)明織物表面涂層厚度越厚，導(dǎo)電性能越好。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是織物的紗線間有間隙和毛細(xì)管效應(yīng)，當(dāng)涂層厚度較薄時(shí)，由于部分導(dǎo)電炭黑滲入到紗線和紗線的毛細(xì)管之間，使導(dǎo)電炭黑無(wú)法形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，隨著涂層次數(shù)的增加，涂層厚度增加，涂層膜中形成完整的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，故涂層織物表面電阻減小。

2.4 黏合劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)涂層織物性能影響

黏合劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)涂層織物性能的影響如表1所示。隨著黏合劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(qiáng)力和伸長(zhǎng)率則表現(xiàn)為先增大后減小的趨勢(shì)。這是由于黏合劑在導(dǎo)電炭黑粒子間成膜，阻礙了導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的形成。另外，黏合劑成膜過(guò)程中，還會(huì)有部分黏合劑會(huì)滲入到紗線中間，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提高了織物的斷裂強(qiáng)力和伸長(zhǎng)率，而當(dāng)黏合劑用量增加到一定程度，涂層織物的韌性反而變差，導(dǎo)致其斷裂強(qiáng)力和伸長(zhǎng)率下降。

表1 黏合劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)導(dǎo)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(shí)間對(duì)涂層織物性能的影響

焙烘溫度和時(shí)間對(duì)涂層織物性能的影響如表2所示。在焙烘溫度和時(shí)間分別為150 ℃，3 min時(shí)，制備導(dǎo)電涂層織物的牢度最好，此時(shí)斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率最高。這是因?yàn)殡S著溫度和時(shí)間增加，黏合劑固化成膜，網(wǎng)絡(luò)逐步形成，當(dāng)焙烘溫度為150 ℃，焙烘時(shí)間為3 min時(shí)，固化反應(yīng)基本完成，故隨著溫度和時(shí)間繼續(xù)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(shí)間的進(jìn)一步增加，反而會(huì)導(dǎo)致涂層膜脆化，引起摩擦牢度、斷裂強(qiáng)力和伸長(zhǎng)率減小，這也可從涂層織物的彎曲剛度和滯后距得到證實(shí)。

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

3 結(jié) 論

當(dāng)分散體會(huì)中導(dǎo)電炭黑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時(shí)，涂層織物的表面電阻達(dá)到最小值；當(dāng)導(dǎo)電炭黑炭黑的粒徑在200 nm時(shí)，涂層織物的表面電阻達(dá)到最小值；涂層織物的表面電阻隨著涂層次數(shù)的增加而減小；當(dāng)黏合劑相對(duì)導(dǎo)電炭黑分散體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%，焙烘溫度為150 ℃，焙烘時(shí)間3 min時(shí)，制備的滌綸涂層織物的力學(xué)性能和耐摩擦、水洗牢度較佳。

FZXB

[1] 安樹林, 張季, 毛福坡.導(dǎo)電涂層織物的研制[J]. 紡織學(xué)報(bào), 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(fù)合導(dǎo)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(fā)[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(dǎo)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(dǎo)電織物再摻雜及洗滌性能的研究[J]. 合成纖維工業(yè), 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(zhàn)華, 莊勤亮. 聚苯胺與氨綸復(fù)合導(dǎo)電織物在應(yīng)力作用下的信號(hào)響應(yīng)及穩(wěn)定性[J]. 東華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)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(dǎo)電涂料性能的研究[J]. 青島海洋大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)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(yán)冰, 鄧劍如, 吳淑清. 炭黑/聚氨酯泡沫導(dǎo)電復(fù)合材料的開發(fā)[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(dǎo)電石墨/丙烯酸的電磁屏蔽涂料的研制[J]. 涂料工業(yè), 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(dǎo)電炭黑涂覆織物的電磁屏蔽性能研究[J]. 研究開發(fā), 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(qiáng), 洪若瑜, 王益明，等. 炭黑的分散性對(duì)抗靜電涂層導(dǎo)電性能的影響[J]. 材料導(dǎo)報(bào), 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(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目(蘇政辦發(fā)[2014]37號(hào))；江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(BE015178)； 江南大學(xué)自主科研基金項(xiàng)目(JUSRP51514)

杜曉誼(1992—)，女，碩士生。主要研究方向?yàn)樯鷳B(tài)印染加工技術(shù)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