导电涤纶涂层织物的制备及其性能

杜晓谊， 张丽平， 田安丽， 李 敏， 付少海

(1. 生态纺织教育部重点实验(江南大学)，江苏 无锡 214122；2. 江南大学 江苏省数字喷墨印花工程技术中心， 江苏 无锡 214122)

导电涤纶涂层织物的制备及其性能

杜晓谊1，2， 张丽平1，2， 田安丽1，2， 李 敏1，2， 付少海1，2

(1. 生态纺织教育部重点实验(江南大学)，江苏 无锡 214122；2. 江南大学 江苏省数字喷墨印花工程技术中心， 江苏 无锡 214122)

为制备导电涂层织物，采用研磨分散法制备导电炭黑，研究了导电炭黑的用量、导电炭黑的粒径、涂层次数、黏合剂用量、焙烘时间以及温度对导电涤纶涂层织物性能的影响。对涤纶涂层织物的表面电阻、耐水洗牢度、耐摩擦牢度、断裂强力和断裂伸长率等性能进行测试。结果表明：当涂层胶中导电炭黑含量为15%，导电炭黑粒径为200 nm，涂覆次数为4次,黏合剂相对导电炭黑分散体质量分数为40%，焙烘温度为150 ℃，焙烘时间为3 min时制备的导电涤纶涂层织物的表面电阻最小, 导电涤纶涂层织物的干摩擦、水洗牢度均可达到5级，水洗后涤纶涂层织物的表面电阻变大。

涤纶织物； 涂层； 导电炭黑； 织物性能

导电纺织品具有导电、去除静电荷的累积和屏蔽电磁辐射等功能，常用于制做防尘工作服、抗静电工作服、高级洁净服、智能服装，在电缆、半导体工业、电子精密工业、医学、航空航天、军事等领域有广泛的应用。导电纺织品的制备方法主要有2种：一是将导电性材料添加到纺丝液中，制备导电纤维[1-2]；二是或者将金属导电长丝与普通纱线混纺[3]、在织物表面镀金属[4-6]等。这些方法对纺织品制造工艺要求高，需要考虑很多影响因素，如导电相与基体是否有亲和性、热膨胀系数的大小、导电性能的稳定性、织物的力学性能和安全性等。

织物表面涂层法生产工艺简单，条件易控制，导电相易选择，成为近年来导电织物制备的热点。涂层中导电材料的选择和分散是该方法的核心技术。目前，涂层中常用的导电填料主要有金属类导电填料(银、铜、铝、镍等)和碳系导电填料(导电炭黑、石墨、石墨烯、碳纳米管)，金属类导电填料具有抗静电性好、屏蔽效能好、导电性高等优点，但价格相对较高，抗氧化性差，迁移现象和沉积现象严重[7-8]。炭黑是碳系导电填料应用最为广泛的一种导电填料。以炭黑作为导电填料具有导电稳定、导电性优良、质轻、成本低、无毒无害、来源广泛、加工简单、力学性能以及抗环境能力强等优点[9-11]。本文研究以导电炭黑为导电相，采用涂覆的方式制备了导电涤纶织物，探讨了导电炭黑的含量、导电炭黑的粒径、涂层的次数对涂层布表面电阻的影响。分析了黏合剂用量、焙烘时间及温度对涂层织物性能的影响。

1 实验部分

1.1 实验材料

导电炭黑(纯度为99%，无锡双诚炭黑有限公司)，聚苯乙烯-马来酸酐(相对分子质量为5 150，实验室自制)，消泡剂HS-95(工业级，南京古田化工有限公司)，平平加O、黏合剂(广东德美精细化工股份有限公司)，增稠剂(无锡市安保染料化工有限公司)；涤纶织物：经密为523.5根/10 cm，纬密为283根/10 cm(吴江市中强化纤纺织有限公司)。

1.2 实验仪器

MiniZeta 03E型循环砂磨机(德国Netzsch公司)，CHE100-0R7G-S2型分散机(深圳INVT电子设备有限公司)，Nano-ZS90电位及粒径分析仪(英国马尔文)，K202型涂层机(英国RK公司)，3Y207型焙烘机(英国Roaches公司)，Y571L型染色摩擦色牢度仪(莱州市电子仪器有限公司)，SW-12A型耐洗色牢度试验机(无锡纺织仪器厂)，YG026A型断裂强力测试仪(常州第二纺织机械厂)。

1.3 试验方法

1.3.1 导电炭黑分散体的制备

将4.5 g聚苯乙烯马来酸酐、0.4 g平平加O、0.4 g消泡剂HS-95分散到80 g去离子水中，搅拌均匀，再将15 g导电炭黑分批加入进行搅拌，待导电炭黑完全分散在水中后取出，转移至砂磨机中以2 000 r/min的速度研磨不同时间，制备平均粒径不同的导电炭黑分散体。

1.3.2 导电涤纶涂层织物的制备

称取10 g导电炭黑分散体，加入相对导电炭黑分散体质量分数为y%的黏合剂，加水补满100 g，搅拌均匀，再加入相应量的增稠剂，制备涂层浆。按如下工艺制备导电涤纶涂层织物：涤纶织物→涂层→烘干(60 ℃,3 min)→焙烘。

1.4 性能测试

1.4.1 表面电阻

根据DIN53482《导电材料的测试方法 非金属材料电阻的测试》测量涂层织物的表面电阻，测试条件为：温度(21±1) ℃，相对湿度(50±2)%。样品规格为200 mm×250 mm。将铜杆电极放在样品上，确保样品与电极相接处，读数稳定后，记录测量值，重复至少3次，计算平均值。

1.4.2 断裂强度及伸长率

根据GB/T 3923.1—2013《纺织品 织物拉伸性能》测量涂层织物的断裂强度和伸长率。测试条件为：(21±1) ℃，相对湿度(50±2)%为样品规格：200 mm×50 mm。以100 mm/min的伸长速度测试涂层织物的断裂强力和伸长率，重复至少3次，计算平均值。

1.4.3 耐摩擦和耐洗色牢度

根据GB/T 3921—2008《纺织品色牢度 耐皂洗色牢度》测试织物的耐洗色牢度。取40 mm×100 mm的样品，夹于2块40 mm×100 mm聚酯和棉纤维贴衬织物之间，沿一短边缝合，形成组合试样，测试样品的褪色和沾色牢度。根据GB/T 3920—2008《纺织品 色牢度试验 耐摩擦色牢度》测试织物的干、湿耐摩擦色牢度。取2块尺寸为50 mm×140 mm的试样，以每秒1个反复摩擦循环，共摩擦10个循环，测试涂层织物的干、湿摩擦牢度。

2 结果与讨论

2.1 导电炭黑质量分数对表面电阻的影响

图1示出导电炭黑含量对涂层织物表面电阻的影响。由图可知当导电炭黑质量分数在5%～9%时，导电涂层织物表面电阻降低缓慢，当导电炭黑质量分数在9%～15%时，导电涂层织物表面电阻迅速下降，而当导电炭黑质量分数超过15%后，涂层织物的表面电阻变化趋缓，几乎保持不变。导电涂层织物表面电阻随着导电炭黑含量变化有一个迅速变小的渗流区，当导电炭黑的质量分数达到这一阀值时，导电炭黑能够相互接触而形成网状导电通道，使得导电涂层织物表面电阻显著下降。而导电炭黑质量分数超过15%，涂层织物电阻随导电炭黑含量的增加变化趋缓。涤纶织物和涂层织物的扫描电镜照片如图2所示，随着导电炭黑含量的增加，导电炭黑在涤纶织物表面的导电网络逐渐形成，故当导电炭黑质量分数超过15%涂层布的导电电阻基本不变[12-14]。

2.2 导电炭黑粒径对表面电阻的影响

导电炭黑的粒径对涂层织物表面电阻的影响如图3所示。随着导电炭黑粒径减小，导电涂层织物的表面电阻先减小后增大，当炭黑的粒径为200 nm时导电涂层织物的表面电阻最小。导电炭黑的粒径较大时，易造成在织物表面分织物不匀，形成导电网络缺陷较多等现象，故涂层织物的表面电阻较大。随着导电炭黑粒径减小，单位面积上分布导电炭黑颗粒增多，导电网络缺陷减少，故导电涂层织物的表面电阻减小[15]。然而，当导电炭黑粒径小于200 nm后，导电涂层织物表面电阻增大，可能是由于部分炭黑粒子渗透到织物背面所致。

2.3 涂层次数对涂层织物表面电阻的影响

涂层次数对涂层织物表面电阻的影响如图4所示。由图可看出，导电涂层织物表面电阻随着涂层次数增加而不断减小，说明织物表面涂层厚度越厚，导电性能越好。产生这种现象的原因是织物的纱线间有间隙和毛细管效应，当涂层厚度较薄时，由于部分导电炭黑渗入到纱线和纱线的毛细管之间，使导电炭黑无法形成导电网络，随着涂层次数的增加，涂层厚度增加，涂层膜中形成完整的导电网络，故涂层织物表面电阻减小。

2.4 黏合剂质量分数对涂层织物性能影响

黏合剂质量分数对涂层织物性能的影响如表1所示。随着黏合剂质量分数增加，涂层织物表面电阻增大，手感变差，摩擦牢度和水洗牢度提高，而断裂强力和伸长率则表现为先增大后减小的趋势。这是由于黏合剂在导电炭黑粒子间成膜，阻碍了导电网络的形成。另外，黏合剂成膜过程中，还会有部分黏合剂会渗入到纱线中间，形成网状结构，提高了织物的断裂强力和伸长率，而当黏合剂用量增加到一定程度，涂层织物的韧性反而变差，导致其断裂强力和伸长率下降。

表1 黏合剂质量分数对导电涂层布性能的影响Tab.1 Effect of different binder content on properties of the coated fabric

2.5 焙烘温度及时间对涂层织物性能的影响

焙烘温度和时间对涂层织物性能的影响如表2所示。在焙烘温度和时间分别为150 ℃，3 min时，制备导电涂层织物的牢度最好，此时断裂强力和断裂伸长率最高。这是因为随着温度和时间增加，黏合剂固化成膜，网络逐步形成，当焙烘温度为150 ℃，焙烘时间为3 min时，固化反应基本完成，故随着温度和时间继续增加，涂层织物的表面电阻基本不变，水洗后涂层织物的表面电阻基本不变。随着固色温度及时间的进一步增加，反而会导致涂层膜脆化，引起摩擦牢度、断裂强力和伸长率减小，这也可从涂层织物的弯曲刚度和滞后距得到证实。

表2 焙烘温度和时间对涂层织物性能的影响Tab.2 Effect of curing time and tempreture on properties of coated fabric

3 结 论

当分散体会中导电炭黑的质量分数为15%时，涂层织物的表面电阻达到最小值；当导电炭黑炭黑的粒径在200 nm时，涂层织物的表面电阻达到最小值；涂层织物的表面电阻随着涂层次数的增加而减小；当黏合剂相对导电炭黑分散体的质量分数为40%，焙烘温度为150 ℃，焙烘时间3 min时，制备的涤纶涂层织物的力学性能和耐摩擦、水洗牢度较佳。

FZXB

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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

江苏高校优势学科建设工程资助项目(苏政办发[2014]37号)；江苏省重点研发计划项目(BE015178)； 江南大学自主科研基金项目(JUSRP51514)

杜晓谊(1992—)，女，硕士生。主要研究方向为生态印染加工技术和功能纺织品等。付少海，通信作者，E-mail:shaohaifu@hotmail.com。

10.13475/j.fzxb.20150802605

TM242

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