有机碳黑复合导电纤维混纺面料的设计

张岑岑，解敬文

(1.河南工程学院 纺织工程学院，河南 郑州 450007；2.河南省服用纺织品工程技术研究中心，河南 郑州 450007；3.纺织新产品开发河南省工程实验室，河南 郑州 450007)

集成电路具有高集成度、高输入阻抗、较快的运行速度等优点，对航空航天、通信及电子等产业的迅速发展至关重要。伴随着微纳米技术的应用，集成电路设计趋于简单化，使得集成电路类器件的功能、寿命对静电越来越敏感，故提升这类器件的静电防护能力尤为关键[1]。在集成电路类器件的生产、使用及维修过程中，使用有机导电纤维面料制作的工作服可起到特殊的抗静电效果[2]。有机导电纤维面料是在织物中应用一定比例的有机导电纤维或纱线，按照一定规律配置而制成的具有防止静电积聚功能的面料。其中，有机碳黑导电纤维以其优良的导电性和柔韧性在抗静电工作服领域具有很好的市场前景。纯有机碳黑导电纤维的开发成本较高，使用有机碳黑导电纤维与其他纤维混纺而成的有机碳黑复合导电纤维混纺面料，不但集抗静电性、穿戴舒适性和美观性于一体，而且还可以降低生产成本。

1 产品原料

本产品的经纱和纬纱均是外购筒子纱。以新乡市北方有限公司生产的14 tex涤纶/棉/碳黑(T/C/CB 65/35/20D3F)复合导电纱作为经纱，纱线加捻方向为Z捻，捻度为100捻/10 cm。导电纱由基纱和导电丝两部分组成，其中基纱为涤纶和棉纤维以65/35比例混纺的14 tex纱线，导电丝为20D/3F有机碳黑导电长丝。基纱和导电长丝在环锭纺纱机上混纺形成的有机碳黑复合导电纱导电性能优异[3]。导电纱利用纱线中导电长丝的电子导电和离子导电共同作用来消除静电，所以消除静电时不依赖环境的湿度，且短时间内可消除静电，可以解决导电纤维面料抗静电效果依赖湿度的问题。利用此导电纱织造的织物布面抗静电指标符合各项标准且抗静电性能稳定持久。导电纱的捻系数为340，断裂强力为414 cN，断裂伸长率为9.42%，10 cm长纱的电阻值为9.76×106Ω；纬纱是18 tex的S捻涤纶/棉65/35混纺色纱，捻系数为330，捻度为78捻/10 cm，断裂强力为279 cN。经纬纱不同捻向配置，可以使面料布面厚实、光泽柔和。

2 产品设计

本产品为兼具抗静电性、穿戴舒适性和美观性的导电纤维混纺面料，组织选用平纹地经起花，起花部分由两个系统的经纱(即花经和地经)和一个系统的纬纱进行交织而成。织物上机图如图1所示，花经和地经均采用灰白色碳黑复合导电纱，纬纱采用米白色涤棉混纺纱，花经与地经排列比为1∶1，进而形成“闪电”设计图样。起花以外的部分是平纹组织，由地经与纬纱交织而成。面料的花经和地经均采用导电纱线，导电纱线的间距小且均匀，能够增强面料的抗静电效果，且图案具有较强的设计感和科技感。

图1 织物上机图Fig.1 Looming drafting

本产品匹长为150 cm，幅宽为165.29 cm，经纱密度为445根/10 cm，纬纱密度为272根/10 cm，经向紧度为65%，纬向紧度为45%，总紧度为80.6%，总经根数为6 704。

3 产品关键织造工艺

在实际生产中，工艺设计是新产品投产前必须经过的一道流程，工艺设计的准确与否关系到生产过程是否顺利，同时也决定着生产效率与产品质量。本产品织造工艺流程如图2所示。

图2 织造工艺流程Fig.2 Weaving technology process

3.1 整经

根据纤维种类及纱线的线密度，选用GA123型分批整经机，整经速度为400 m/min，接头方式为自紧结。筒子架容量为560个，整经轴数为13，使筒子架利用率达到92%。整经根数分配如下：m1=m2=m3=…=m11=516根，m12=m13=514根。

3.2 浆纱

本产品为涤棉混纺导电纤维面料，经纱强力较高，基本能满足织造的需要。浆纱时侧重减少纱线表面的毛羽、落花及静电，采用被覆为主、渗透为辅的浆纱配方。配方中黏着剂选择PVA205、氧化淀粉和聚丙烯酸甲酯的混合浆料，具体配方见表1。选用祖克S432型双浆槽浆纱机，其全烘筒式烘燥使得浆纱效率较高。同时，每个浆槽有两个变频电机传动，可以有效减少纱线的湿态伸长。双浸四压的浸压方式和较长的穿纱路线可以提高浆液的浸透性和被覆能力，利于贴伏毛羽[4]。上浆工艺参数如下：浆纱速度为60 m/min，上浆率为12%，含固率为10%，回潮率为1.5%。

表1 浆料配方Tab.1 Size recipe

3.3 穿经

根据纱线原料、线密度、织机类型和织机工艺参数等来确定穿经工艺参数，选用G177-180型三自动穿经机。本产品为平纹地经起花织物，可直接采用顺穿法，即1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16；停经片质量为1.6 g，综丝密度为11根/cm，综丝号数(S.W.G)为28，综丝直径为0.35 mm，筘号为182，筘齿厚度为0.24 mm。

3.4 织造工艺

本产品选用GA747型挠性剑杆织机[5]，车速选择180 r/min。结合面料轻薄紧密的特点，必须适当提早开口时间，使梭口有好的清晰度，故开口时间选择310°。为保证剑头进梭口时有足够的高度以减少布面疵点，进剑时间选择75°，交接纬纱时间选择290°，剪纬时间选择70°。经起花织物并不适宜采用高后梁的设定，因为上层经纱和下层经纱的张力差异比较大，而上层经纱更容易松弛，会在布面产生疵点；后梁高度也不应太低，否则会导致停经片振动过大，引起经停误停车，故采用的后梁高度是800 mm。

4 结语

本产品为平纹地经起花组织的“闪电”图案导电纤维混纺面料，经纱为14 tex涤纶/棉/碳黑(T/C/CB 65/35/20D3F)复合导电纱线，纬纱为18 tex涤棉混纺色纱，经纱密度为445根/10 cm，纬纱密度为272根/10 cm，总紧度为80.6%，总经根数为6 704。该面料的开发解决了集成电路类器件静电防护工作服抗静电效果依赖环境湿度的问题，制成的静电防护工作服不但兼具抗静电性、穿戴舒适性和美观性，而且降低了生产成本，延长了集成电路类器件的使用寿命，在工业和民用领域具有较好的市场前景。