聚苯胺/羊毛-涤纶复合抗静电织物的导电性能研究

李 杨 王进美 李彩霞

西安工程大学纺织与材料学院， 陕西 西安 710048



聚苯胺/羊毛-涤纶复合抗静电织物的导电性能研究

李 杨 王进美 李彩霞

西安工程大学纺织与材料学院， 陕西 西安 710048

采用原位聚合法制备聚苯胺/羊毛-涤纶复合抗静电织物，通过试验对复合抗静电织物的导电时间稳定性、导电耐水洗性、导电耐磨性和导电耐高温性进行探讨，研究不同外部环境与导电性能的关系。结果表明，织物的导电性能随环境和条件的变化都会有一定的改变，但仍然在抗静电织物的导电范围内，导电性能具有一定的稳定性。

原位聚合法，聚苯胺/羊毛-涤纶复合织物，导电性能，抗静电织物

近年来，聚苯胺作为一种高分子导电材料受到了人们的广泛关注。这种材料具有优良的导电性能[1-2]，可用作电磁屏蔽材料和防腐材料[3-5]，也可用于制作二次电池、电致变色和传感元件等[6-7]；同时，由于其原料价格便宜，制作工艺简单且稳定性好而被大量应用。

在抗静电织物方面，聚苯胺目前已经成功应用于涤纶[8]、锦纶[9]、氨纶[10]等面料，但在以羊毛为材料的织物方面的应用还较少。本试验以毛涤混纺织物为基质材料，通过调节工艺制备复合抗静电织物，并分析其导电性能随环境条件的变化情况。

1 试验部分

1.1 试剂及仪器

1.1.1 试剂

苯胺(使用前183～185 ℃常压蒸馏一次)，过硫酸铵(APS)，盐酸(HCl)，5- 磺基水杨酸(SSA)，试验用去离子水(H2O)，无水乙醇(C2H5OH)，丙酮(C3H6O)，氨水(NH3·H2O)，皂液(偏碱性)，以上均为分析纯试剂。

将2016年10月-2017年10月于我院实习的60名眼科门诊实习生作为研究对象,并随机分为对照组与观察组,对照组实习生采取常规带教方式,观察组实习生采取综合带教方式。其中本科学历实习生有30人,年纪在25-27岁,大专学历有30人,实习生皆为女性。两组实习生一般资料无明显差别具有可比性(p>0.05)。

1.1.2 仪器

电子天平、烘箱、恒温反应釜、分液漏斗、真空干燥机、恒温磁力搅拌器、万用表、等离子处理机、织物平磨仪、洗衣机。

(1) 转子系统的各阶固有频率均满足工程上避开激振源频率15%的要求，且无倍频关系存在，所以从振动角度来看，转子不会产生共振，转子结构是安全的。

2.1 复合抗静电织物的导电时间稳定性

在34篇研究文献中，我们可以发现大多数的研究主要针对大学本科及以上的学生，而对于中小学的研究却很少。即使是大部分实验研究，实验对象也更多是对于大学本科生，如毕鹏晖（2017）针对大二学生的问卷和访谈得出结果研究大学英语微移动词汇学习融入形成性评估模式；李思萦、高原（2016）以4组非英语专业研究生为对象,通过测试考察了移动技术辅助外语教学与多模态结合对学习者词汇习得的影响；孔繁霞、王歆（2014）基于“投入量假设”理论,探讨了93名非英语专业二年级学生在阅读、听力、写作任务中的词汇附带习得效果等。

1.3 导电性能测试

为了避免港元受到狙击，抬高投机成本，香港金管局宣布，将不再采用6.25%的官方贴现率向那些借款过多的银行提供资金，而是要根据情况以惩罚性的利率来调整资金。这一决定导致银行同业市场利率骤升，一度飙升至300%。时任财政司司长曾荫权在会见媒体时表示，维持联系汇率是港府首要目标，为了这一目标而导致利息飙升，属无可避免，并强调港元目前已是处于历史最强水平。

将通过不同参数条件处理后的待测织物平放在不导电材料的表面，在适当的环境条件下用万用表测量其表面比电阻。每次测量均在同一个试样上选择5个不同的部位，结果取平均值。

2 结果与讨论

在抗静电织物的制备过程中，不能仅考虑织物的表面导电性能，还要考虑其抗静电性能可以承受外界环境改变的范围，以保证其环境稳定性。本试验通过改变以下几种状态，对聚苯胺/羊毛-涤纶复合抗静电织物进行导电性能的测试，探究在抗静电整理后，服装或面料所能承受的外界环境变化范围。

在进行聚合试验前，首先将织物置于等离子体处理机中进行处理，经12 h稳定后，用丙酮进行清洗以去除杂质；然后浸泡在苯胺和SSA-HCl混合酸掺杂溶液中，处理一段时间后，滴加氧化剂的酸溶液，在织物表面聚合生成导电物质聚苯胺。反应结束后，分别用乙醇、稀盐酸和大量的去离子水不断冲洗至冲洗液透明，放置烘箱中干燥至恒重；然后用氨水进行反掺杂处理，洗涤后取出再进行掺杂处理，烘干后即可进行测试。

在一定的温湿度且不变的条件下，对未经掺杂酸掺杂、仅经HCl掺杂、经SSA-HCl混合酸掺杂及二次掺杂的4种复合导电织物进行表面比电阻测量，然后在相同的条件下放在空气中0、5、10、15、20 d，观察织物的表面比电阻随时间的变化情况，测试抗静电织物的空气稳定性。结果如图1所示。

图1 不同掺杂情况下织物表面比电阻随放置时间的变化

由图1可以看出，随着放置时间的延长，织物的表面比电阻不断增加，但不同的掺杂方法得到的结果不同。其中未掺杂复合织物的表面比电阻变化幅度较小，在一段时间后即保持稳定，说明在织物表面生成的高分子化合物聚苯胺较为稳定，但可能由于未经掺杂，其织物表面的比电阻值最大；仅经HCl掺杂的复合织物随放置时间的延长其表面比电阻变化较为明显，抗静电性能相应减弱，这是因为无机酸易挥发，环境稳定性差，降低了掺杂的效果；而经有机酸和无机酸复合掺杂(SSA-HCl)的织物既得到了较好的掺杂效果，又能使掺杂稳定、快速；但与在其基础上进行二次掺杂的织物相比，其表面比电阻的数值及稳定性的波动相对大一些，这可能是因为二次掺杂促进了织物内部反应的完全进行。因此在选择掺杂酸及掺杂工艺时，既要考虑掺杂的效果，也要考虑掺杂的耐久稳定性，使织物在具有抗静电效果的同时，又能保持性能的持久稳定。

2.2 复合抗静电织物的导电耐水洗性

织物在穿着使用过程中，最频繁影响其服用性能的因素是洗涤。大多数织物随着洗涤次数的增加会出现变形、褶皱等现象。因此在本试验中，毛涤混纺织物在抗静电整理后必须考虑织物的耐水洗性能。在温度为20 ℃环境下，分别用蒸馏水及浴比为1∶50的皂液，将抗静电整理后的织物放在超声波仪器中洗涤，时间为每20 min一次 ,重复洗涤10、20、30、40次；然后烘干织物至恒重，测量在不同洗涤次数条件下织物的表面比电阻变化情况，结果如图2所示。

图2 抗静电织物的表面比电阻随洗涤次数的变化

从图2可以看出，随着洗涤次数的增加，复合抗静电织物的表面比电阻逐渐上升，并且相对于水洗织物，皂洗对表面比电阻的影响较大。这说明洗涤使织物表面的导电物质减少，因为聚合吸附在织物表面的聚苯胺发生了脱落，但同时又因为等离子体的预处理作用，聚苯胺深入地复合渗透于织物内部结构，加大了复合物与基质材料的黏附程度，生成的化学键更加稳定，使一部分导电物质牢固地存在，这样织物的导电性就不会一直下降[11]。另外，因为皂洗选择的是偏碱性液体，会与掺杂抗静电织物表面的掺杂酸起反应，发生解掺杂现象，降低了掺杂酸的效果；并且随着洗涤次数的增多，皂液会不断地浸入到聚苯胺的内层，因此相较于水洗，皂洗更加大了织物的表面比电阻。但根据以上试验数据可以得出，织物的表面比电阻即使上升，其变化范围仍然在抗静电织物表面比电阻的数量级要求范围内，织物具有抗静电效果。因此可以认为，经复合整理后的抗静电织物具有一定的耐水洗性。

通过设置恒温烘箱的温度，将复合抗静电织物分别放置在20、40、80、120、160 ℃的环境下进行热处理，处理后测试其表面比电阻，结果如图4所示。

1.2 复合抗静电织物的制备

聚苯胺与毛涤混纺织物复合后，织物具有优良的导电性能，且具有一定的抗静电效果。但在使用过程中，织物难免经受一定的摩擦，因此，需检验织物摩擦导电的稳定性及抗击摩擦强度的效果。

依照YS/T 485-2005[5,6]的剪切试验模型进行焊接强度测试，本标准规定了粉末冶金烧结双金属材料剪切强度的测定方法，本文在其基础上做了适当修改，模型如图1所示。

基坑开挖的技术安全措施上，施工人员要清楚采用何种开挖措施，开挖前采取何种开挖方式，以及会产生可能发生的安全隐患都要做好各方面的准备工作，基坑进行开挖必然会产生大面积的土方，开挖土方运出的场地，各类施工机械距基坑、边坡和基础桩孔边的距离，应根据设备重量、基坑、边坡和基础桩的支护、土质情况确定，堆载不得超过设计规定。现场施工人员要有明确的目标，切记现场堆放，造成人为的高边坡。

分别将原布与经整理的抗静电织物各8个试样，裁剪成直径为38 mm的圆形布样，放置在YG401C型织物平磨仪上进行摩擦，选择的重锤质量为395 g，每隔10 min进行表面电阻与质量的测量，测试时间分别为0、10、20、30、40 min。测试结果如图3所示。

为有效控制变化环节，减少因变化环节管理或处置不到位而导致的安全生产事故，进一步提升矿井整体安全管理水平，在不断总结分析以往变化环节管理的基础上，建立了一整套精细的、科学的、标准的管理流程。

图3 抗静电织物的表面比电阻、面密度与摩擦时间的关系

从图3可以看出，随着摩擦时间的增加，织物的表面比电阻逐渐增大，而其面密度逐渐减小，但变化缓慢。这是因为织物在摩擦过程中，由于表面合成的一些聚苯胺的黏附力不够导致发生脱落，使导电物质减少，并且摩擦温度升高使掺杂酸中的H+发生逸散，掺杂效果减弱，抗静电性能降低。但复合抗静电织物的面密度从开始摩擦到结束减小约6%，这说明有相当一部分聚苯胺已经渗透到纤维内部[12]，与织物化学键交联形成了稳定结构。通过试验还发现，织物经摩擦一段时间后仍未发生严重破损，说明复合整理后的织物具有一定的耐摩擦牢度。

2.4 复合抗静电织物的导电耐高温性

（6）强化变电运维现场作业的检查和监督制度。变电运维安全检查和监督要包括安全重点检查、日常常规检查、以及安全综合检查等。

2.3 复合抗静电织物的导电耐磨性

图4 抗静电织物的表面比电阻在不同温度下的变化

从图4可以看出，随着试验温度的不断提高，织物的表面比电阻呈现增大趋势，而在20～120 ℃时变化幅度较小，在达到160 ℃高温时，表面比电阻急剧上升，且稳定性很差，影响了抗静电织物的效果。这是因为相对较低的温度，在SSA-HCl混合酸掺杂下，其中的HCl易挥发、稳定性差、H+在加热的情况下会逸散，导致掺杂效果减弱[13]；但当温度上升到120 ℃以上时，导电高分子聚苯胺的内部结构遭到一定的破坏，大分子π键受损，在这种既发生脱掺杂又减少导电物质的情况下，织物的表面比电阻会显著增加。

3.1 作者通过对广州华南理工东湖自然水体的筛选，共得到6株绿藻。6株绿藻通过光学显微镜观察及基因检测得知它们分别为3株小球藻和3株栅藻。培养得知该6株藻种均能在BG11培养基中较好生长。

3 结论

(1) 经掺杂酸处理后的复合抗静电织物对时间的稳定性好于未经掺杂酸处理的织物，并且有机酸掺杂相比于无机酸更稳定，二次掺杂效果最好。

(2) 在中性及碱性洗涤液中，复合抗静电织物的表面比电阻随洗涤次数的增加逐渐升高，并且碱性环境下变化更剧烈，但仍在抗静电织物的要求范围内。

(3) 复合抗静电织物经摩擦试验后，其面密度减小约6%，具有一定的耐磨性，并且其表面比电阻升高到一定数值后趋于稳定，说明有部分聚苯胺已经渗透到纤维内部。

(4) 随着温度的升高，复合抗静电织物的表面比电阻不断增大，当温度为20～120 ℃时，变化幅度不大，但高于120 ℃后，表面比电阻大幅度上升。

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Study on the conductive performance of polyaniline/wool-polyester composite antistatic fabric

Li Yang, Wang Jinmei, Li Caixia

College of Textiles and Materials, Xi’ an Polytechnic University, Xi’ an 710048, China

The polyaniline/wool-polyester composite antistatic fabric was prepared by in-situ polymerization methods. Its conductive time stability, water resistance, abrasion strength and heat resistibility were also studied by experiments. Meanwhile, the relationship between different external environments and conductivity was studied. The results showed that conductivity of the fabric varied with the change of environmental conditions but the conductivity was within the range of conductive antistatic fabric and stable.

in-situ polymerization method，polyaniline/wool-polyester composite fabric，electrical conductivity, antistatic fabric

2015-07-02

李杨，女，1990年生，在读硕士研究生，研究方向为功能性纺织品的开发

TS195.5

A

1004-7093(2016)04-0037-04