紡織纖維靜電性能測(cè)試探討

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紡織纖維制品靜電標(biāo)準(zhǔn)

目前，國(guó)內(nèi)紡織纖維制品靜電性能標(biāo)準(zhǔn)按適用范圍可分為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和紡織行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，按性質(zhì)可分為方法標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)的紡織纖維制品靜電標(biāo)準(zhǔn)主要借鑒國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外的一些先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，包括日本標(biāo)準(zhǔn)(JIS)、歐洲標(biāo)準(zhǔn)(EN)、美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)(AATCC)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(ISO)。例如，GB/T12703系列標(biāo)準(zhǔn)采用的是日本標(biāo)準(zhǔn)JISL1094和JIST8118;GB/T22042，GB/T22043則分別采用歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN1149－1，EN1149－2。國(guó)內(nèi)紡織纖維制品測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)及采標(biāo)情況如表3所示［10-22］，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)靜電性能的檢測(cè)項(xiàng)目和技術(shù)指標(biāo)要求如表4所示［23-29］。

帶電原理

不同標(biāo)準(zhǔn)采用的帶電方法和測(cè)試原理不同，目前比較常用的帶電方法包括接觸帶電和非接觸帶電，前者主要包括摩擦帶電和接觸充電，而后者主要指感應(yīng)帶電。摩擦帶電、接觸充電和感應(yīng)帶電是目前最常見(jiàn)的三種紡織纖維制品靜電性能測(cè)試中的帶電原理。

摩擦帶電。摩擦帶電是接觸起電的一種，指兩個(gè)物體接觸后相互作用和分離引起的材料間的電子轉(zhuǎn)移，這是材料產(chǎn)生靜電電荷最常見(jiàn)的過(guò)程。紡織纖維制品在使用過(guò)程中被不斷摩擦，靜電一邊產(chǎn)生一邊逸散，纖維制品分離時(shí)，經(jīng)過(guò)一系列的電子轉(zhuǎn)移，如逸散、放電、傳導(dǎo)、中和等過(guò)程，最后就用織物上殘留的剩余電荷量表征織物的靜電效應(yīng)。日常使用的大部分紡織纖維制品產(chǎn)生的靜電都屬于摩擦起電。因此，采用摩擦的測(cè)試方法是最接近實(shí)際使用情況的，可以模擬人穿著服裝摩擦以后的帶電情況。該方法的關(guān)鍵點(diǎn)是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)摩擦布的選擇，選擇不同的標(biāo)準(zhǔn)摩擦布將會(huì)有完全不同的測(cè)試結(jié)果，其結(jié)果不具有可比性。例如，GB/T12703系列標(biāo)準(zhǔn)使用的標(biāo)準(zhǔn)布是錦綸布，而GB12014用的標(biāo)準(zhǔn)布則是腈綸布。利用摩擦帶電的方法測(cè)定紡織品靜電性能的標(biāo)準(zhǔn)主要包括:GB/T12703．2—2009《紡織品靜電性能的評(píng)定第2部分:電荷面密度》，采用人工摩擦的方法;GB/T12703．3—2009《紡織品靜電性能的評(píng)定第3部分:電荷量》，采用滾筒自動(dòng)摩擦方法;GB/T12703．5—2010《紡織品靜電性能的評(píng)定第5部分:摩擦帶電電壓》，采用儀器自動(dòng)摩擦方法;GB12014—2009《防靜電服》采用滾筒自動(dòng)摩擦方法。

感應(yīng)帶電。利用高壓放電極產(chǎn)生的高壓電場(chǎng)，使試樣在高壓靜電場(chǎng)中感應(yīng)帶電至穩(wěn)定后，斷開(kāi)高壓電源，使其電壓通過(guò)接地金屬臺(tái)自然衰減，從而測(cè)得感應(yīng)電荷量、感應(yīng)靜電壓和半衰期等，以此表征試樣的靜電性能［30］。通過(guò)感應(yīng)帶電的原理測(cè)定紡織品靜電性能的標(biāo)準(zhǔn)主要包括:GB/T12703．1—2008《紡織品靜電性能的評(píng)定第1部分:靜電壓半衰期》;EN1149－3:2004《防護(hù)服靜電性能第3部分:測(cè)量電荷衰減的試驗(yàn)方法》。

接觸充電。所謂接觸充電法就是將試樣安裝于兩個(gè)通電圓輥試樣夾之間，通過(guò)試樣夾直接對(duì)樣品進(jìn)行充電。例如，美國(guó)非織造材料協(xié)會(huì)(INDA)和歐洲非織造材料協(xié)會(huì)(EDANA)聯(lián)合制定了非織造布靜電標(biāo)準(zhǔn)WSP40．2《非織造布靜電衰減標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法》，把充電電壓升到5kV，直接給試樣接觸充電，當(dāng)充電過(guò)程中試樣的電壓不再上升時(shí)，讀取該穩(wěn)定電壓，然后將試樣夾接地，通過(guò)正對(duì)著試樣中心的非接觸式傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)試樣表面電位的衰減過(guò)程［31］。

靜電性能評(píng)價(jià)指標(biāo)

表征纖維材料制品靜電性能的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)有電阻類指標(biāo)，如體積比電阻、質(zhì)量比電阻、表面比電阻和泄露電阻等;電壓類指標(biāo)，如摩擦帶電電壓和感應(yīng)靜電電壓;時(shí)間類指標(biāo)，如半衰期、10%衰減時(shí)間、1%衰減時(shí)間和吸附時(shí)間;電荷量類指標(biāo)，如電荷量和電荷面密度;其它指標(biāo)，如吹灰試驗(yàn)、吸附金屬片試驗(yàn)等。由于各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)反映的是紡織品靜電產(chǎn)生、逸散及其平衡過(guò)程中各自的一個(gè)方面或者平衡過(guò)程中特定時(shí)刻的狀態(tài)，故各指標(biāo)間不一定有明確的相關(guān)性。

電荷量類指標(biāo)。電荷量類指標(biāo)主要指電荷量和電荷面密度。電荷量及電荷面密度測(cè)試原理都是通過(guò)摩擦使樣品帶電，然后放入法拉第筒測(cè)定電荷量，面密度則指單位面積試樣的電荷量。電荷量采用微庫(kù)侖(μC)表示，電荷面密度則采用微庫(kù)侖每平方米(μC/m2)表示，其中電荷量指標(biāo)適用于服裝，而電荷面密度則適用于織物面料。測(cè)試時(shí)，將經(jīng)過(guò)摩擦裝置摩擦后的試樣投入法拉第筒，測(cè)定樣品的帶電量。例如標(biāo)準(zhǔn)GB/T12703．2—2009《紡織品靜電性能的評(píng)定第2部分:電荷面密度》，摩擦標(biāo)準(zhǔn)布采用錦綸平紋布，摩擦起電通過(guò)人工操作實(shí)現(xiàn)，故測(cè)試條件的一致性、測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性易受操作手法的影響;GB/T12703．3—2009《紡織品靜電性能的評(píng)定第3部分:電荷量》，其滾筒內(nèi)襯材質(zhì)采用錦綸標(biāo)準(zhǔn)布，通過(guò)滾筒自動(dòng)摩擦的方法，減少了人為操作的影響。

時(shí)間類指標(biāo)。時(shí)間類指標(biāo)主要指靜電衰減時(shí)間和吸附時(shí)間。靜電衰減時(shí)間包括半衰期、10%衰減時(shí)間和1%衰減時(shí)間等。通過(guò)一定方法，例如感應(yīng)帶電或直接充電，讓試樣帶上一定的電荷量，以電荷量的衰減時(shí)間表示。使試樣在高壓靜電場(chǎng)中帶電至穩(wěn)定后，斷開(kāi)高壓電源，使其電壓通過(guò)接地金屬臺(tái)自然衰減，測(cè)定靜電壓值及其衰減至初始值一半所需的時(shí)間，稱為半衰期。例如，GB/T12703．1—2008《紡織品靜電性能的評(píng)定第1部分:靜電壓半衰期》;而WSP40．2(08)《非織造布靜電衰減標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法》中的衰減時(shí)間則是指誘導(dǎo)電荷衰減到初始水平的10%所需的時(shí)間;EN1149－3:2004《防護(hù)服靜電性能第3部分:測(cè)量電荷衰減的試驗(yàn)方法》中的半衰期是指顯示電場(chǎng)強(qiáng)度衰減到最大電場(chǎng)強(qiáng)度的1/2時(shí)所需的時(shí)間。吸附時(shí)間是織物摩擦后吸附于金屬斜面，根據(jù)吸附時(shí)間評(píng)價(jià)織物靜電性能。此法設(shè)備簡(jiǎn)單，適合于反映服用織物因靜電吸附肢體的程度，然而，其測(cè)試結(jié)果易受操作手法的影響，屬于簡(jiǎn)易測(cè)試方法，對(duì)含有導(dǎo)電纖維的織物試樣，測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定性差。

電阻類指標(biāo)。電阻類指標(biāo)主要包括體積電阻(垂直電阻)、表面電阻、纖維比電阻和泄露電阻等。體積電阻(垂直電阻)是指在一定的通電時(shí)間后，施加于與試樣的兩個(gè)相接觸面的兩個(gè)電極之間的直流電壓對(duì)于兩個(gè)電極之間電流的比值，采用環(huán)形組合電極。主要標(biāo)準(zhǔn)有歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN1149－2:1997《防護(hù)服靜電性能第2部分:通過(guò)材料的電阻(垂直電阻)試驗(yàn)方法》，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)如GB/T22043—2008《服裝防靜電性能通過(guò)材料的電阻(垂直電阻)試驗(yàn)方法》和GB/T12703．4—2010《紡織品靜電性能的評(píng)定第4部分:電阻率》。表面電阻是指在一定的通電時(shí)間后，施加于材料表面的電極之間的直流電壓對(duì)于電極之間電流的比值，通過(guò)表面電阻計(jì)算樣品的表面電阻率。施加電壓一般最常用的是100V，500V和1000V，采用環(huán)形組合電極，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要包括國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有GB/T12703．4—2010《紡織品靜電性能的評(píng)定第4部分:電阻率》，GB/T22042《服裝防靜電性能表面電阻率試驗(yàn)方法》，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)AATCC76—2005《紡織品表面電阻試驗(yàn)方法》和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN1149－1:2006《防護(hù)服靜電性能第1部分:測(cè)量表面電阻率的試驗(yàn)方法》。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電阻是指在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，施加在材料表面的兩個(gè)電極間的直流電壓與流過(guò)這兩點(diǎn)間的直流電流之比。被測(cè)樣品必須放置在絕緣平板上，上面放置電極裝置。例如，GB12014—2009《防靜電服》中對(duì)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電阻提出了技術(shù)要求，并且在附錄中詳細(xì)規(guī)定了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電阻的試驗(yàn)方法。纖維比電阻是用于表征纖維導(dǎo)電性能的指標(biāo)，纖維比電阻儀根據(jù)體積比電阻的公式ρ=RS/L設(shè)計(jì)，測(cè)定在一定的幾何形狀下，具有一定密度的纖維的電阻值，根據(jù)纖維的填充度計(jì)算比電阻值，例如國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14342—1993《合成短纖維比電阻試驗(yàn)方法》。纖維泄露電阻是用于表征纖維起靜電性的一種指標(biāo)，它以不同容量的電容C對(duì)纖維固有電阻和纖維表面附著的抗靜電油劑等綜合電阻R的放電時(shí)間t，乘以電阻指數(shù)10n后的纖維電阻值t×10n(Ω)表示。測(cè)定時(shí)利用阻容充放電原理，用不同纖維電阻R跨接于充以電荷的固定電容(C)兩端，以其放電速度來(lái)測(cè)定纖維電阻值，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有GB/T12703．6—2010《紡織品靜電性能的評(píng)定第6部分:纖維泄露電阻》。

電壓類指標(biāo)。電壓類指標(biāo)主要包括摩擦帶電電壓和感應(yīng)靜電電壓等。摩擦帶電電壓以摩擦產(chǎn)生的最高電壓表示。在一定張力條件下，使試樣與標(biāo)準(zhǔn)布相互摩擦，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的最高電壓作為試樣摩擦帶電情況的評(píng)價(jià)。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為GB/T12703．5—2010《紡織品靜電性能的評(píng)定第5部分:摩擦帶電電壓》。感應(yīng)帶電電壓通過(guò)高壓放電針產(chǎn)生的靜電場(chǎng)使材料帶電，直到帶電電壓穩(wěn)定，即為感應(yīng)電壓值，用于表示試樣上能夠積聚的相對(duì)穩(wěn)定的電荷所產(chǎn)生的對(duì)地電位，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T12703．1—2008《紡織品靜電性能的評(píng)定第1部分:靜電壓半衰期》。

靜電性能技術(shù)要求

GB/T12703系列及GB12014—2009技術(shù)要求在GB12703系列標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)于非耐久型抗靜電紡織品，洗前應(yīng)達(dá)到表5要求;對(duì)于耐久型抗靜電紡織品，洗前、洗后均應(yīng)達(dá)到表5要求。各國(guó)技術(shù)要求國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)IEC61340－5－12007《靜電－電子設(shè)備的靜電防護(hù)通用要求》中規(guī)定:服裝點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電阻必須RP－P＜1×1012Ω，靜電衰減從1000V到100V的時(shí)間必須＜20s。德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DINEN100015TI:1992《對(duì)靜電危害的電子元件的保護(hù)》中第一部分規(guī)定防護(hù)服裝表面電阻必須為7．5×105～1×1012Ω，2s之內(nèi)靜電衰減從1000V降至50V。德國(guó)《預(yù)防靜電造成火災(zāi)危險(xiǎn)的指南》中指明:在氣體爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所必須穿表面電阻小于109Ω的服裝。美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)靜電放電協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)ANSI/ESDS20．20—2007《靜電放電控制方案》中規(guī)定，靜電控制服必須＜1×1011Ω，可接地的靜電控制服必須＜1×109Ω，可接地的靜電控制服系統(tǒng)必須＜3．5×107Ω。英國(guó)《防靜電通用規(guī)范》中規(guī)定，在高敏感易燃材料場(chǎng)合，若外衣的表面電阻率大于5×1010Ω，則不能使用。日本的《安全靜電指南》要求在最小點(diǎn)火能小于0．1mJ的易燃?xì)怏w和氧濃度有增大危險(xiǎn)的場(chǎng)所，所用工作服帶電量指標(biāo)定為0．2μC/件［30］。中國(guó)電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SJ/T10694—2006《電子產(chǎn)品制造與應(yīng)用系統(tǒng)防靜電檢測(cè)通用規(guī)范》中規(guī)定工作服點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電阻為1×105～1×1010，電荷量＜0．6μC。

調(diào)濕和試驗(yàn)環(huán)境條件

樣品的調(diào)濕與試驗(yàn)環(huán)境對(duì)靜電性能測(cè)試結(jié)果影響非常大，尤其是濕度的影響。因此，在靜電檢測(cè)中，濕度控制至關(guān)重要，對(duì)于調(diào)濕條件和試驗(yàn)環(huán)境必須在檢測(cè)報(bào)告中特別注明。紡織纖維制品靜電性能檢測(cè)中，樣品調(diào)濕時(shí)間必須足夠充分，試驗(yàn)環(huán)境必須穩(wěn)定。不同溫濕度條件下，測(cè)試結(jié)果差異很大。例如，在同一溫度下，隨相對(duì)濕度增大，織物產(chǎn)生靜電的能力減小，尤其對(duì)不含導(dǎo)電纖維的織物影響更大［32］。不同國(guó)家和地區(qū)關(guān)于測(cè)試靜電性能時(shí)的調(diào)濕和試驗(yàn)環(huán)境如表6所示;我國(guó)不同標(biāo)準(zhǔn)采用不同的溫濕度調(diào)濕和試驗(yàn)環(huán)境，如表7所示。

采用不同的靜電測(cè)試方法及不同的帶電原理，其測(cè)試結(jié)果之間沒(méi)有明顯關(guān)聯(lián)性;不同環(huán)境條件下的測(cè)試結(jié)果差異很大，測(cè)試結(jié)果不具有可比性。不同測(cè)試方法適用于不同的紡織纖維制品類型，因此纖維制品靜電性能測(cè)試方法的選擇也很重要。樣品的調(diào)濕對(duì)于測(cè)試結(jié)果影響很大，必須保證樣品在規(guī)定環(huán)境下進(jìn)行充分調(diào)濕。試驗(yàn)環(huán)境與調(diào)濕環(huán)境一致，測(cè)試過(guò)程中必須保證環(huán)境條件的穩(wěn)定，并將實(shí)際測(cè)試過(guò)程中的環(huán)境條件在報(bào)告中注明。采用摩擦帶電原理測(cè)試方法時(shí)，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)布的選擇非常重要，主要包括標(biāo)準(zhǔn)布的材料類型，標(biāo)準(zhǔn)布的組織結(jié)構(gòu)、使用期限等。（本文作者：倪冰選、張鵬 單位：廣州市纖維產(chǎn)品檢測(cè)院、國(guó)家紡織品服裝產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心）