导电炭黑在化纤中的应用

导电炭黑在化纤中的应用主要是作为抗静电、导电剂和染料。

一、炭黑在抗静电纤维中的应用

       抗静电纤维是指在标准状态下电阻率小于10¹⁰Ω· cm的纤维或静电荷逸散半衰期小于60s的纤维，在纺织加工和其制品的使用过程中能够降低静电电位或使静电电位消失的纤维，有暂时性和永久性两种抗静电纤维。静电产生的原因是因为大分子以共价键结合，不能电离，也不能传递电子，再加上大分子基团极性小、疏水性大、电荷不易逸散，电阻率高达10¹²Ω~10¹³Ω· cm,所以合成纤维易产生静电。抗静电纤维具有体积电阻率小，静电易于消除，加工和安全性能良好等优点，而其物理、化学性能基本上不受影响。主要品种有黏胶、涤纶、锦纶和腈纶等抗静电纤维。

抗静电纤维主要用于对抗静电要求较高的部门或行业，例如，制造防尘服，无菌、无静电工作服，防爆除尘用品，过滤毡，滤尘袋，防电磁波辐射材料,地毯，矿山运输带，汽车内装饰用品等。

抗静电纤维的制造方法有多种，其中，抗静电长期有效且经济的方法是利用熔融纺丝法将导电炭黑加入至到化学纤维中制备成抗静电纤维，制造方法如下：

(1)共混法

在聚合成的丝时，将聚合物或切片与导电炭黑粉体混合纺丝，可以制得抗静电纤维。为了提高导电炭黑的分散性能，一般利用偶联剂对导电炭黑进行表面处理。常用的的偶联剂有硅氧烷类、氨基硅氧烷类、乙二醇。

此法制备的抗静电纤维，抗静电效果相对耐久，这是因为导电炭黑粒子在纤维截面中以较高的密度存在。沿纤维轴向推列，在纤维内部形成运送或传导电荷的低电阻通路，纤维内部和外层表面都可以使电荷迅速逸散，抗静电效果显著提高。

(2)添加导电炭黑抗静电母粒纺丝法

利用乙二醇或其他偶联剂将导电炭黑表面进行处理，将处理后的导电炭黑粉体与聚合物载体，如聚酯切片，一起通过双螺杆挤出机挤出造粒，制得导电炭黑抗静电母粒。再将母粒和纺丝切片混合均匀后，通过熔融纺丝就可制得抗静电纤维。采用此法，可以保证导电炭黑具有较好的分散性能及较好的导电性能。

(3) 复合纺丝法

这是目前制备抗静电纤维常用的方法。 如制成海岛型或芯鞘型复合纤维，其中岛相或芯部为含抗静电剂的聚合物组分，而作为海相或鞘部的基体聚合物对抗静电组分有保护作用，以保持长期的抗静电性能，同时不影响纤维原有的风格和力学性能。

二、导电炭黑在导电纤维中的应用

       导电纤维是指在标准状态下电阻率小于10⁷Ω·cm的纤维。高比电阻导电纤维可用于防静电工作服、手套、地毯、窗帘、交通工具内装饰、计算机房工作室、医院等要求屏蔽静电的场所。中等比电阻导电纤维主要用于石油、石化、煤炭、塑胶、橡胶等行业。低比电阻导电纤维主要用于广播、电视台、电子仪器、精密设备等防止电磁波干扰的领域。

导电纤维常通过将无导电性能的有机纤维和导电组分复合改成。这种方法利用了聚合物的易成型性和柔软性，因面，不仅且还通过不同的复合方法和复合的程度来调节纤维的导电程度，而且还可以通过聚合物内的分子取向程度来调节其导电的各向异性。

(一)导电炭黑导电纤维的基本制备方法

1.表面涂覆法

将导电炭黑粉末加黏合剂涂覆于纤维表面后固化即可制得导电纤维。这种方法制得的纤维导电性能好，但染色性和耐久性较差，产量低且成本高。

2.复合纺丝法

采用混炼或混合的方法，将导电炭黑均匀地分散于基体聚合物中，形成导电组分，然后再与非导电组分(主体聚合物)复合纺丝来制得复合导电纤维。导电组分的基体聚合物有聚酰胺、聚酯、聚乙烯、聚乙二醇等。非导电组分可以是同一种聚合物，也可以选择两种或两种以上的聚合物。

(二)典型导电纤维工艺

以炭黑类(乙炔黑、槽法炭黑、炉黑、热裂解炭黑、软质炭黑等)作为导电成分的炭黑复合导电纤维，在工业化的导电纤维中，是发展较快、产量最大的品种。它所使用的炭黑要求电阻率小，且能很好地分散在基体聚合物(聚酰胺、聚乙烯、聚氧乙烯、脂肪酸聚酯等)中。导电组分中炭黑的含量视基体聚合物及炭黑种类而定，炭黑含量一般在3%~40%之间时，可保证纺丝顺利进行，纤维力学性能也不会大幅下降。非导电组分可采用聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚氨酯、聚丙希腈等成纤聚合物。由于炭黑的加入，导电纤维外观呈黑色，为了减少黑色外观对应用范围的限制，可设计制造不同复合形态和截面形状的炭黑复合导电纤维。

1.炭黑型聚酯导电纤维典型工艺

(1) 炭黑导电复合聚酯PET纤维

　    用这种方法生产的导电纤维电阻率在10⁵~10⁷Ω·cm。 加入炭黑虽然可以制得导电性能优良的化学纤维，但纤维颜色较深，多为黑色、灰色或灰白色，限制了纤维在某些领域应用。

    　(2) 发黑导电复合聚酯PT (聚对苯二甲酸丙二醇酯)纤维

日本专利曾报道了一种高效导电纤维的制造方法，质量配比:导电炎黑母粒5~8份，PPT聚酯粉体92~95份。其中，导电母粒配比:偶联剂CT-928,1%~6%;抗氧化剂采用1010和DLTP复配，两者所占份数相同，各为0.5%~2%;分散剂为聚乙烯醇2000，5%~20%;硬脂酸镁，1%~5%。

以上导电母粒质量配比均为炭黑质量百分比。制备方法:把导电炭黑作为导电组分通过包覆分散处理，使其均勾分散在载体聚酯中，通过高速搅拌混合挤出制成母粒，再用双螺杆进行复合纺丝，纺制成具有特殊功效的导电纤维。此导电粉体在载体聚酯中具有良好的分散性能，因而具有良好的可纺性，提高了纺丝速度，降低了制造成本。

2.炭黑型聚酰胺抗静电、导电纤维典型工艺

PAREL II炭黑导电复合锦纶6长丝制备工艺如下。在锦纶6中加人30%的炭黑，得到电阻率约为10Ω·cm,熔融黏度约102Pa·s(280℃)的导电组分(A);  在锦纶6中混人5%的消光剂TiO₂,得到熔融黏度为60Pa·s(280℃)的非导电组分(B)。 然后通过复合纺丝法制得芯层为导电组分(A)，外层为非导电组分(B)的复合导电纤维，并将其在高温(180℃) 下拉伸。当炭黑占纤维总重的5%时，即可得到具有良好导电性能的导电纤维。

3.炭黑型聚丙烯腈抗静电、导电纤维典型工艺

SA-7炭黑复合导电腈纶短纤维制备工艺如下。将导电性的油炉气炭黑以35%的比率混人聚醚酯接枝聚丙烯腈共聚物的二亚甲基砜溶液，在高速混合装置(均匀流动混合器)中混合，均匀分散，调制成导电组分(A)。 丙烯腈195.5 份，丙烯酸甲酯19.5份，丙烯磺酸钠2.2份，水10.0 份，二亚甲基砜760份，偶氮二异丁腈3.3份，以上体系进行共聚合反应制备非导电组分丙烯腈系聚合物(B)。将(A)混合分散于(B)后，进行湿法纺丝，并进行5倍拉伸。(A)与(B)属有一定亲和性的非相容体系，(A)以岛状存在于(B)中，使纤维具有导电性。用此法制得的SA-7短纤维，虽然加入炭黑量仅为纤维总量的7%，但因为炭黑高浓度集中在岛相中，纤维纵向形成导电通路，而使得纤维有充分的导电性。

4.炭黑导电黏胶短纤维典型工艺

炭黑导电黏胶纤维可采用纺前注射法生产，即在送纺黏胶管路上安装一个动态混合器，将制备好的炭黑导电色浆母液经过柱塞泵按加量要求均匀、稳定地注人动态混合器，黏胶和导电色浆母液在动态混合器中充分均勾混合后，连续不断地送至纺丝机纺丝。其中，粘胶组成甲纤8.7±0.2)%，含碱(5.0±0.1)%,黏度(40±5)s(落球黏度)，熟成度(10. 0±0. 5)mL(10%氯化铵值)，黏胶中炭黑加入量占甲纤含量的30%，纺丝酸浴组成:硫酸(110±2)g/L,硫酸锌(13±0.5)g/L硫酸钠(345土5)g/L 温度(50±1)C. 在此工艺条件下，可生产出1.67dtexX38mm的导电黏胶短纤维。

三、炭黑在纤维着色中的应用

炭黑作为染料在纤维中的应用，可以在纤维加工过程中直接加入炭黑，进行染色。但目前，应用较为广泛的染色方法是色母粒着色。它是化学纤维原液着色中的一种。将染(颜) 料制成色母粒后，用无色树脂(素粒或素片)按一定比例与之混合，纺制成有色纤维。由于使用色母粒产品，无粉尘飞扬，且能改善作业环境，而且与其他方法相比，具有色牢度好、色调均匀、色泽鲜艳、色谱齐全、加工成本低、后染均匀等优点，因此，近年来，炭黑色母粒在国内的生产发展非常迅速。

在多种多样、色彩缤纷的色母粒中，黑色母粒尤为人们所青睐。色母粒炭黑广泛用于合成纤维和塑料的着色。在黑色母粒中，通常加有高浓度的炭黑着色剂，这种黑色母粒再与素粒配合，能纺出理想的黑色或灰色长丝。纤维的染色通常要在250~ 300C的温度下进行，由于有机染料在此温度下不稳定，因而使用炭黑是最为合适的。对某些需要有高度耐晒、色牢度和热牢度及耐紫外线稳定性的产品，目前主要采用将色母粒混在切片中纺丝或在螺杆挤出机喂料前注人染料的方法。与其他染料相比，炭黑具有良好的耐热性，纤维截面上的颜料粒子分布良好，染色均匀。

色母粒着色因其具有更佳的经济效益和灵活性，而被广泛采用，色母粒着色聚脂、聚丙始纤维黑色丝也因此得到了较大的发展。炭黑在聚酯熔体色母粒着色中占据重要的位置，在溶体着色聚酯长纤、短纤中，黑色有70%此外，发照在聚酰胺纤维的着色中也有大量的应用。

炭黑除了在纤维常规染色中的应用外，在开发差别化纤维和回收料的处理方面都有着重要的应用。如中国石化仪征化纤股份有限公司所开发的有色涤纶短纤维及一些黑色细旦涤纶DT丝。而炭黑可用于处理回收料，则是将其制成黑色或深色纤维。