文|游侠儿
编辑|藏剑游侠儿
«——【·前言·】——»
聚对苯二甲酸丙二醇酯/聚对苯二甲酸乙二醇酯（PTT/PET）复合纤维利用其两个组分收缩率不同形成高度及稳定的三维卷曲结构，纤维的卷曲可以赋予织物类似于羊毛的弹性，可用于开发具有一定弹性、蓬松且舒适的织物，在服装面料领域具有十分广阔的应用前景。
尽管市面上的PTT/PET复合纤维卷曲性能优异，但是其抗静电性能有待提高。纺织品中的静电电荷的积聚容易导致吸附灰尘，服饰黏附身体，造成服用不适感，因此，开发出具有抗静电特性的织物十分必要。
作者采用PTT作为聚合物基体，CNT和CB为复合导电填料，并用熔融共混的方法制备CNT/CB/PTT共混切片，然后与PET切片进行复合纺丝，制备了CNT-CB协同改性PTT/PET复合纤维，并分析了复合填料和拉伸倍数对复合纤维导电性能的影响。
«——【·CNT/CB/PTT共混切片的制备·】——»
PTT：纤维级，市售；PET：特性黏数为0.64dL/g，纤维级，中国石化仪征化纤有限责任公司产；CB：产品型号F900A，工业级，苏州宝力塑胶材料有限公司产；CNT：产品型号TNIM2，工业级，中国科学院成都化学有限公司产。
ZC-9F型高绝缘电阻测量仪：上海太欧电子有限公司制；S-4800型场发射扫描电子显微镜：日本Hitachi公司制；HV-S4-30W型电子显微镜：深圳市海威电子有限公司制；SJZS-10J型微型锥形双螺杆挤出机：武汉瑞鸣试验仪器有限公司制；SHJ-20型同向双螺杆挤出机：南京杰恩特机电有限公司制。
采用熔融共混挤出的方法制备用于注塑成型的CNT/CB/PTT共混切片，将原料CNT，CB和PTT切片在鼓风干燥箱中100℃下烘干2h，再在真空干燥箱中105℃下烘干9h以上。
按配方将配好的料在搅拌机中搅拌均匀，投入SJZS-10J微型锥形双螺杆挤出机，制得CNT/CB/PTT共混切片。
再使用切粒机，将共混切片切割为一定长度的颗粒。螺杆三区的加热温度依次为205，230，235℃，螺杆转速为30Hz，切粒机转速为300r/min。
根据对CNT/CB/PTT共混切片中导电填料颗粒的分散性和导电性测试结果，确定用于纺丝的共混切片配方即CNT∶CB∶PTT质量比为1∶10∶100。
使用SHJ-20同向双螺杆挤出机制备用于纺丝的CNT/CB/PTT共混切片，一区至五区温度和机头温度分别设定为220，235，240，240，240，和240℃，螺杆转速为50Hz。
选用PET分别与改性的PTT和未改性的PTT进行复合纺丝，PET与PTT切片具有不同的特性黏数，高黏度组分PTT特性黏数为1.05dL/g，低黏度组分PET特性黏数为0.64dL/g，PET与PTT（改性PTT）的质量比为50∶50。
将PET切片依次在热风温度为100℃的条件下预结晶处理1h，120℃处理1h，140℃处理1h。干空气露点－40℃，水分含量小于30μg/g，干燥时间为7.5h，组件预热温度为300℃。
纺丝速度为800m/min，喷丝板直径为99.5mm，喷丝孔长径比为3∶1，喷丝板孔数为24。
对复合纺丝机制得的初生纤维进行拉伸，设置热盘温度为80℃，热板温度为160℃，为研究不同的拉伸比对PTT/PET复合纤维性能的影响，分别设置拉伸倍数为2.7，3.0，3.3，制得PTT/PET复合纤维试样。
PTT切片的特性黏数：依据GB/T14190—2008，采用型号为1C的乌氏黏度计测定，选择质量比为1∶1的苯酚/四氯乙烷作为溶剂，共混物导电性能：依据GB/T1410—2006采用ZC-90F型高绝缘电阻测量仪测试。
矩形共混物试样的尺寸参数用Meinaite公司生产的MNT-150T电子数显卡尺测得，测试前，为了降低接触电阻对测量体积电阻率的影响，用导电铜胶带缠绕样条的两端。实验选择的输出测量电压为100V。
共混物微观形貌：采用扫描电子显微镜（SEM）研究CNT和CB在基体PTT中的分散情况，使用S-4800型场发射扫描电子显微镜，截取小段CNT/CB/PTT共混切片，浸入液氮处理约5min后用镊子夹断，置于真空干燥箱干燥后将脆断后的断面作喷金处理。
«——【·共混物导电性能和微观形貌·】——»
当CB添加量较低时（质量分数小于5%），CNT/CB/PTT共混切片的ρ变化较小，当CB的添加量继续增大时（质量分数从5%增加到10%），共混切片的ρ下降幅度显著。
在CNT添加量较低（质量分数为1%）的条件下，CB含量的持续增加有利于导电粒子形成更加完整的导电网络，此时试样的ρ发生了几个数量级的变化，填料添加量达到最佳值；继续增大CB的添加量（质量分数从10%增加到15%），共混切片的ρ下降幅度变得平缓。
添加质量分数1%CNT的CNT/PTT体系相比未加入任何填料的PTT，其导电性能稍有改善，CNT与CB两种粒子在提高导电性能上具有协同效应，同时作为导电填料使用可以显著改善聚合物的电学性能。
较低浓度的CNT在PTT基体中形成的导电网络尚不完整，一维的CNT无规地穿插在基体中，存在大量的导电盲区。
CB添加量低于10%时，由于分散于聚合物PTT基体中的CB粒子浓度较低，无法有效地充盈基体材料、填补由CNT形成的导电网络中的导电盲区、弥补CNT在PTT基体中由于分散不均和团聚造成的缺陷，此时，CNT/CB/PTT共混切片仍呈现绝缘体的特性，导电性能较差。
虽然CNT具有极高的长径比，可以实现远距离导电通路的连接，但是CB聚集体相互接触的近距离导电通路以及粒子的“桥接”作用才是整个体系的导电网络骨架。
当CB添加量继续增加到最佳值（质量分数10%），整体上，零维的CB颗粒因为浓度增加而逐渐接触并团聚，从而提高了导电网络的密度；局部上，在一维的CNT之间的CB粒子充当了修补导电网络断路的作用。
此时，CNT/CB/PTT体系中形成了较为完善的复合导电网络，从绝缘体向半导体转变，其ρ下降的幅度明显增加。
当CB添加量在达到最佳值后持续增加时，由于复合导电网络已经足够完善，CB增加量对共混切片导电性能的影响减少，因此当添加CNT质量分数为1%、CB质量分数为10%时，二者可形成较为完善的复合导电网络。
研究共混体系的微观形貌，即CNT和CB在聚合物PTT基体中的分散情况，是评价导电填料改性可行性的重要问题。
对CB与CNT作为单一填料及复配下在PTT基体中的分散情况进行了研究。并根据导电填料与PTT共混体系的微观形貌，分析了两种导电填料在不同浓度下分散性与CNT/CB/PTT共混切片导电性能之间的联系。
CNT在PTT基体中分散较为均匀，没有出现明显的团聚现象，随着CB添加量增加，其在PTT基体中分布的密度逐渐提高，CB粒子的聚集体也逐渐变大，有利于提高纤维的导电性能。
但是CB颗粒聚集体太大，超过一定界限会影响CB组分的可纺性，因此，CB的含量要控制在一定范围内。
虽然共混切片的导电性能与CB添加量成正相关，但是当添加CB质量分数超过10%之后试样的ρ下降幅度大大减小。
考虑到CB聚集现象严重，可能会造成改性PTT切片可纺性急剧下降，影响制得的复合纤维的力学性能，所以，在保证抗静电改性效果的基础上，应当尽量减少导电填料的添加量。
«——【·复合纤维导电性能·】——»
在相同的拉伸倍数下，相比未改性PTT/PET复合纤维，改性PTT/PET复合纤维的ρ有明显的下降。
未改性复合纤维试样的ρ均在109Ω·cm以上，属于绝缘材料的范畴，改性复合纤维试样的ρ则均降低至107Ω·cm这一数量级，属于抗静电材料的范畴，例如拉伸倍数为2.7时，未改性复合纤维与改性复合纤维试样的ρ分别为1.05×1011Ω·cm与3.33×107Ω·cm，两者相差4个数量级。
这说明CB与CNT作为复合填料对PTT共混改性能降低FB试样的ρ，提高复合纤维的抗静电性能；随着拉伸倍数提高，复合纤维ρ逐渐降低，例如，拉伸倍数从2.7增加到3.3时，未改性复合纤维的ρ由1.05×1011Ω·cm下降至3.58×109Ω·cm。
这是由于随着拉伸倍数的提高，复合纤维受到更大的轴向拉伸应力而取向，出现了更多的微纤结构；随着拉伸倍数的提高，改性复合纤维的ρ下降幅度明显小于未改性复合纤维ρ的下降幅度，说明存在PTT基体中的CB与CNT在外力拉伸作用下分散状态可能发生了变化。
CNT具有极高的长径比，在聚合物基体中可以呈现长棍形或无规线团形的连续结构，而球形的导电CB不均匀地分布在聚合物基体中，为附近不相接触的CNT搭建导电通路
在添加了CNT的改性复合纤维试样中，拉伸取向使得纤维截面变细的同时促进了CNT之间的“搭桥”作用，形成了更多的导电通路，从而降低了复合纤维的ρ。
拉伸除了可以起到诱导取向提高纤维导电性能的作用之外，还存在着一种反作用，拉伸倍数过度提高导致拉伸过大，会使得CB粒子聚集体或CNT网络随着PTT分子链滑移从而造成导电网络被拉开甚至破坏，进而降低CNT和CB的导电效果。
«——【·结论·】——»
采用CNT和CB复合导电填料对PTT进行共混改性，制得不同填料浓度的CNT/CB/PTT共混切片。
根据共混物试样微观形貌和导电性能，确定了用于纺丝的填料配方，即CNT质量分数为1%，CB质量分数为10%。
制备了不同拉伸倍数的改性和未改性PTT/PET复合纤维，CNT与CB作为复合导电填料，能在聚合物中形成较为完善的复合导电网络。
当填料浓度达到一定值后，体系的ρ下降幅度大，提高拉伸倍数可促进PTT分子链取向和CNT的“搭桥”作用，复合纤维的ρ呈现下降的趋势，但过高的拉伸倍数会损坏CB与CNT在PTT基体中形成的导电网络。
«——【·参考文献·】——»
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