導電性纖維製品

導電性纖維製品 近年來石化工業 高分子化學工業 電子業 精密機械工業 生化產業等有急速成長及成為各國競相追逐的趨勢, 相對地產生工業災害 產品瑕疵與其對健康危害的情勢時有所聞, 追究其成因主要為受微波 靜電及電磁波干擾等 例如 : (1) 無塵室中由於靜電對微塵的影響使封裝電子產品的品質有瑕疵 (2) 煤炭礦坑因塵爆事件所造成之工業災害與安全纖維工業 石化工業 電子工業及食品工業等因靜電造成的塵埃堆積 污染 阻塞, 影響生產線的順暢性與產品品質 (3) 放電現象造成通信 情報產業及電子工業等產生雜訊 通訊不良 計測不良, 甚至產品品質降低的狀況 (4) 生理上由於微波輻射對人體有抑制心血管 內分泌 免疫 生殖等系統功能及血小板與白血球降低 神經衰弱, 眼晶球混濁, 甚至畸形兒之誕生與癌細胞之加速擴散有十分嚴重之影響 有鑑於此, 多項導電性纖維製品, 運用纖維紗 織物之三度空間導電網路基本理念與導電性高分子 (Conductive polymer), 其主鏈是由單 雙鍵互相交錯的共軛結構 (Conjugated structure), 因電子在主鏈上呈非定域化 (delocalized) 狀態, 再經化學法或電化學法摻雜 (Doping) 後產生帶電荷的載體 (Charge carrier), 導電度可以大幅度提高數個級數 (order), 使其具有介於半導體 導體間廣泛的導電範圍, 並整合電磁波遮蔽的理論, 可運用各種不同之製造方式, 製造成各種不同之導電性纖維與高分子製品 導電性纖維與高分子製品之製作方法 : 1. 運用高導電或導磁性粉末與金屬超微細粒子 (Nano 級,10-9 m) 進行聚摻合 (Polymer Blend): (1) 利用無電解電鍍 聚摻合或電漿之方式, 使金屬沉澱 附著在纖維表面上, 形成金屬皮膜之金屬化纖維 (2) 或在纖維內部摻入金屬物質, 再經熔融紡絲或濕式紡絲抽成聚導電性或導磁性之纖維 金屬原料之選擇上採用高導磁性與高導電性之金屬或合金上, 將金屬超微細粒子與高分子化合物間之聚摻合, 運用熔融抽絲技術製成複合導電性之合成纖維, 且具有良好的化學性 物理性及洗滌性 兩者之混合使用, 其抱合性良好, 由於幾乎不損及產品手感或外觀, 已形成導電性纖維與產品之主流 國內豪紳纖維有限公司所發展之護腦金鐘罩貼片, 係以碳 鉛 鈉等元素抽絲編織而成的導電網所製作, 可防護 100MHZ~200MHZ 的電磁波以上 此產品經由耳部直至大腦的電磁波衰減 99% 以上, 適用於手提電話或家用無線電之電磁波屏 1

蔽 金屬超微細粒子與合成纖維聚摻合之方法中將導電性纖維或填充料參混於合成纖維之方法計有 : 濕式金屬電鍍 金屬之真空噴鍍 金屬粒子塗料之塗佈 金屬或金屬鹽類之吸附與吸著 金屬之熔射 金屬之濺射 離子電鍍法及電漿加工等方法 2. 利用金屬纖維與紡織用纖維的相互撚合 包覆形成導電性複合紗, 亦可於一般紡織用紗之表面被覆金屬物質 : 如鎳 鐵 銅 銀 不銹鋼絲等為導電性原料, 運用二合一撚線機 開端摩擦式精紡機 開端羅陀式精紡機或中空錠子式精紡機, 將導電性原料與紡織用纖維複合加撚或包覆在一起, 形成導電性複合紗之型態 因應不同之終端用途, 應用不同之製布技術, 如梭織 緯編針織 經編針織 針軋式不織布 梭織編帶及經編編帶等製造各種不同之導電性織物 其應用領域不勝枚舉包括無塵 無菌衣在精密儀器 機械零件 電子工業 照相 食品 醫藥 醫院 電腦機房 化妝品等方面之應用, 其具有防塵 防止儀器損害 防止干擾數位式裝置 消除雜音 高抗靜電手套應用於塑膠 合成纖維 合成皮革 橡膠等製品的製造和加工 高抗靜電毛毯 ( 化纖毛毯 ) 應用於醫院 旅館 車輛 船舶及冷地區等之靜電防止和引發爆炸 高抗靜電地毯應用於旅館 醫院 遊樂場等一般建築物內之防污 防靜電等方面 高抗靜電縫紉線應用於一般的外衣 內衣, 以防止纏繞身體, 防止穿脫衣服時產生不愉快的聲音 高抗靜電過濾網應用於紡織 食品化學 醫藥工業中含有乾燥粉末的場合 中防爆型工作服應用於油船 加油站及石化工業等之防止引發爆炸 中消電裝置 ( 內部放電式 ) 應用於纖維 塑膠 紙業 印刷 橡膠 食品等的製造和加工等之靜電消除 故障排除 中導電工作服應用於供電公司 電力公司防止因靜電而導致的事故 電磁波屏蔽材料應用於廣播 電視台 高壓線路 高周波焊器電儀器 精密儀器等之防止電磁波干擾電子設備和智能化儀器致使其不能正常工作, 甚至釀成災禍 建築 交通道路用帄面發熱器等應用於屋頂加熱器 馬路加熱器, 因發熱而保溫, 防止結冰 熔雪而無觸電危險 以導電性纖維為原料, 運用梭織 針織或非織等方式製織成具有導電梯度之金屬化或導電性織物 ; 因其加工方式較不受到環境之支配, 即使在低濕度環境下亦可獲得安定之抗靜電效果, 且由於具有優越的耐久性, 耐氣候性, 近年來已被廣泛的應用於室內裝潢與保護用等方面 使金屬化或導電性織物具備導電梯度之主要因素在於經緯紗之排列組, 在此類加工方式中可添加之導電性纖維計有金屬纖維 鍍金屬纖維 導電性樹脂包覆纖維 導電性樹脂複合纖維等 中國西北紡織學院利用自身擁有的低溫超導材料製備技術優勢, 採用集束拉撥法研製金屬纖維 ; 採用氣流成氈技術開發纖維燒結氈 中國長沙礦山研究院 長沙市紡織工業研究所等單位所研發之抗菌性 導電性 導熱性的金屬纖維與天然纖維或化學纖維混紡, 使織物具有獨特的抗菌 抑菌作用, 開拓了保健紡織品的新 2

領域 抗菌原理為金屬纖維呈陽離子帶正電荷, 而細菌生存繁殖的最佳介質是中性或弱酸性, 帶負電荷 因此, 正負電的相吸可有效地束縛細菌的活動自由度, 抑止細菌的生存和繁殖 穿著後通過體表吸收, 可以減緩部分病痛 日本青木服裝公司與日本東亞紡公司開發成功防電磁波毛織物成份為 : 羊毛 76.1%, 聚酯 13.4%, 鍍銀壓克力長絲 10.5%, 組織為單面花呢雙層組織 經與一般毛織物比較, 一般純毛織物電磁波的穿透率接近 100%, 而防電磁波面料對 10 赫茲的電磁波防透效果為 45%, 對 50-100 赫茲波長的電磁波防透效果為 70-90%, 並具有防靜電性能 國內福懋興業與昶和公司採用杜邦 NEGASTAT 原料, 開發成功抗靜電 抗塵 防水 抗菌 防血污的抗靜電無塵衣, 適用於 IC 電子業 醫療 噴漆 製藥業等 圖片來源 :http://www.ftc.com.tw/defaultc.htm 福樊興業股份有限公司 日本帝人公司有鑑於辦公室的事務機器 ( 電腦等 ), 會產生對人體有害的電磁 波, 其制服事業部研發出能夠抗電磁波的新素材產品 - 健康 Ⅱ 由新合纖與特 殊金屬交織而成, 能夠吸收並反射 97% 的電磁波, 使電磁波與人體隔離 雖然雙 3

層組織中採用金屬纖維, 但對衣服的顏色 手感都不會造成損害, 也能保持辦公室制服的流行性 金屬纖維及其製品是近 20 年來發展起來的新型工業材料和高新技術 高附加值產品, 由於其既具化纖 合成纖維及其製品的柔軟性, 又具金屬本身優良的導熱 導電 耐蝕 耐高溫等特性, 被廣泛用於導電織物 導電塑膠材料 電磁波屏蔽材料 抗靜電材料 過濾材料 鎳氫電池電極材料 汽車安全氣囊等, 是許多國家致力之關鍵性產業 3. 在後整理加工中運用含金屬氣體濺射於織物的電漿加工, 運用含金屬漆體塗佈 或噴灑於織物的表面 ; 運用金屬粉末與細微粒子塗佈或噴灑於織物的表面等 : 採用高導磁性與高導電性之金屬或合金上, 如鎳 鐵 銅 銀等金屬物質塗層於碳纖維與石墨纖維上及以鋯 (Zr) 鉬(Mo) 鈦(Ti) 鎢(W) 鋁(Al) 矽(Si) 鐵 (Fe) 鈹(Be) 鉻(Cr) 鎂(Mg) 及 Mn 等之合金塗層或被覆於纖維 紗或織物上 ; 尚可運用 ZnO SnO2 及 TiO2 等金屬氧化物, 惟後整理加工方法製造之導電性紡織品, 在穿著舒適性 柔軟性 洗滌性 耐氣候性及抗化學藥品性等均較纖維及紗線金屬化上者為差 其主要原因在於, 合成纖維於紡絲過程中, 為避免靜電產生所添加之抗靜電油劑而產生之毛絲與斷紗現象, 及為避免合成纖維過於亮麗所添加之二氧化鈦等因素, 導致金屬氣體 金屬漆體 金屬粉末與合成纖維織物間結合牢度變差, 因此, 在實施此後整理加工前頇經水洗再行減量加工, 以增加織物表面之粗糙化 甚而在加工前於織物表面上塗覆重金屬催化層, 以增加其活化, 進而增加金屬氣體 金屬漆體 金屬粉末與合成纖維織物間之結合力 導電性產品已廣泛地應用於毛毯 人造皮革 建材領域 防塵 防爆工作服 學生制服 禮服 婦女用內衣與禦寒等之縫製領域 電鍍在密度較低的織物上, 因其透光性佳, 可用透明樹脂板之複合加工方式, 可朝顯示器用途 窺視窗用途等多方面發展 紗與織物經後整理加工技術於其表面塗佈導電物質 塗料或導電漆 基材纖維可使用聚酯 尼龍 亞克力 棉 嫘縈 碳纖維 Kevlar 等素材 金屬部份係以銅 鎳為主, 銀亦可加工 能夠賦與電氣的性質, 可以應用在電子電機工業之電纜線覆膜及防護板 ; 建築材料領域之壁裝材及窗材 ; 成衣服飾領域之圍裙, 各種不同電磁波干擾環境之工作服 ; 微波 ( 雷達波 ) 反射材用途之廚房用微波爐, 海灘救助用途 ; 抗靜電用途之無塵室 ; 導電用途之電位治療導電材 ; 低電壓面狀發熱用途之保暖背心, 保溫毛毯 ; 帶磁性材用途之磁氣記錄用素材 ; 抗菌 防黴材用途之鞋中墊材 且與難燃素材或助劑組合, 可製造難燃且具電磁波遮蔽之防護布, 預計頻率範圍在 30MHz~30GKz, 可達 40~60dB 的電磁波衰減效果 因施有極薄的金屬皮膜, 所以加工性良好, 而且具柔性 將鍍銀之耐隆短纖維與棉和羊毛混紡而成之製品, 強調重點在於電磁波防護效果, 細菌抑制效果, 除電 抗靜電效果, 保溫 保冷等效果 4. 利用半導體與導體間大的導電特性差異, 可作為導體 電子元件 電磁波遮蔽 體及抗靜電塗佈等之運用 : 4

1969 年 Naarmann 即提出具有共軛鏈鍵結的聚烯化合物 (Polyene) 經氧化後可具有導電性的報導, 但直到 1997 年 MacDiarmid 和 Heeger 等人以電化學和化學法摻雜聚乙炔 (Polyacetylene,PA) 獲得高導電高分子, 爾後研究較重要的共軛導電高分子包括 : 聚口比口各 (Polypyrrole) 聚口賽吩化合物 (Polythiophene) 聚苯胺化合物 (Polyaniline) 聚口夫喃化合物 (Polyfuran) 聚伸苯化合物 (Poly-p-phenylene) 聚伸苯基乙烯化合物 (Polyphenylene-vinylene) 聚伸口賽吩基 - 乙烯化合物 (Polythienylene-vinylene) 聚苯硫化合物 (Polyphenylene sulfide) 聚異硫印化合物 (Polyisothianaphthene) 由於這些共軛導電高分子具有剛硬的共軛主鏈, 無法溶於一般的有機溶劑或被熔融加工, 需導入柔曲性高的側鏈 ( 如 : 長烷基 ), 使其成為可溶及可熔, 經摻雜後, 導電度可高達 1-100,000 S/cm 此外, 在共軛導電高分子側鏈導入功能性之基團如具離子選擇性 螢光性 液晶性 光選擇性 光活性等基團, 使共軛導電高分子除具有導電性外, 還具有官能基側鏈之特有性質 有機發光二極體在 1992 年即由日本 Yoshino 製作出高亮度的藍色有機發光二極體, 其具備低成本 製程簡單 可大面積化及可撓曲性等優點 隨著可攜式電子產品朝輕 薄 短 小的方向發展, 充電式電池的開發亦往重量輕 體積小的方向努力, 而高分子電池可做成薄膜型及大面積型, 導電性高分子由於具有成本低 易加工塑型等優良特質, 因此成為新型二次鋰電池的重要取代材料之一 ; 目前已商品化成功之案例有 Bridgestone 的 Li/Polyaniline 系統和 Seiko 的 Polyacene 系統, 而 Matshshita Electric Industrial Co. 與東京農工大學 Noboru Oyama 等人合作開發的高分子電池 (Li/Polyaniline 中混合了 polypyrrole 的衍生物及有機硫化 5

物 ) 利用 PPy 複合膜如 PPy[PVA].xLiClO4 製成有機二次電池的負極, 而以聚苯胺複合膜 PAn[PVA] xliclo4 當正極,1.0 M LiClO4 之碳酸丙烯酯溶液當電解質, 組成有機二次電池 碳纖維 金屬纖維 玻璃纖維被覆金屬微粒與 PE PP EVA 氯丁膠 丁膠乳等高分子材料製成導電性複合材料 這些材料的導電規律基本上大同小異, 僅在加工方法上有較大區別, 常用的有擠壓法 射出法 壓延法 壓制法等 表面電阻係數介於 1015Ω/cm2 以上者屬於基礎樹脂與合成纖維材料,109 至 1013Ω/cm2 間者屬於抗靜電材料,102 至 106Ω/cm2 間者屬於靜電散失材料, 小於 102Ω/cm2 者屬於遮蔽材料, 碳纖維與金屬粉末者介於 10-1 至 10-3Ω/cm2 之間, 金屬材料介於 10-1 至 10-3Ω/cm2 之間 當碳纖維含量少時, 碳纖維 / 高分子導電復合材料可作為永久型抗靜電劑 通常添加有機抗靜電劑的材料不僅抗靜電效果比不上碳纖維導電複合材料, 而且隨著時間的推移會向表面遷移而失效, 而碳纖維填充的複合材料為永久型抗靜電材料 當碳纖維含量較高時, 還可作為電加熱材料, 製成各種電熱紙, 並可製成電磁波屏蔽材料 在複合材料之基材中加入金屬粉末頇考慮表面氧化, 界面結合不良, 成本昂貴且會加速高分子材料的老化 雖然用銀粉和鎳粉的屏蔽效果良好, 片狀和纖維狀金屬絲作填充材料亦有人使用, 如在美國用不銹鋼纖維, 日本則採用黃銅纖維填充基材 結論 導電性纖維製品結合了台灣纖維改質 複合紡紗 複合織造及後整理加工之 雄厚技術, 並配合相關導電與導磁材料之選擇與對電磁學之基本觀念, 相信可創 造出一些運用於不同領域且具高附加價值 高功能性與高科技之紡織品 6