紡織纖維靜電性能測試探討

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紡織纖維制品靜電標(biāo)準(zhǔn)

目前，國內(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)。我國的紡織纖維制品靜電標(biāo)準(zhǔn)主要借鑒國際標(biāo)準(zhǔn)和國外的一些先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，包括日本標(biāo)準(zhǔn)(JIS)、歐洲標(biāo)準(zhǔn)(EN)、美國標(biāo)準(zhǔn)(AATCC)和國際標(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。國內(nèi)紡織纖維制品測試標(biāo)準(zhǔn)及采標(biāo)情況如表3所示［10-22］，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)靜電性能的檢測項目和技術(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)帶電是目前最常見的三種紡織纖維制品靜電性能測試中的帶電原理。

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)生靜電電荷最常見的過程。紡織纖維制品在使用過程中被不斷摩擦，靜電一邊產(chǎn)生一邊逸散，纖維制品分離時，經(jīng)過一系列的電子轉(zhuǎn)移，如逸散、放電、傳導(dǎo)、中和等過程，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)是對標(biāo)準(zhǔn)摩擦布的選擇，選擇不同的標(biāo)準(zhǔn)摩擦布將會有完全不同的測試結(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定第3部分:電荷量》，采用滾筒自動摩擦方法;GB/T12703．5—2010《紡織品靜電性能的評定第5部分:摩擦帶電電壓》，采用儀器自動摩擦方法;GB12014—2009《防靜電服》采用滾筒自動摩擦方法。

感應(yīng)帶電。利用高壓放電極產(chǎn)生的高壓電場，使試樣在高壓靜電場中感應(yīng)帶電至穩(wěn)定后，斷開高壓電源，使其電壓通過接地金屬臺自然衰減，從而測得感應(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］。通過感應(yīng)帶電的原理測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:測量電荷衰減的試驗方法》。

接觸充電。所謂接觸充電法就是將試樣安裝于兩個通電圓輥試樣夾之間，通過試樣夾直接對樣品進(jìn)行充電。例如，美國非織造材料協(xié)會(INDA)和歐洲非織造材料協(xié)會(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)充電過程中試樣的電壓不再上升時，讀取該穩(wěn)定電壓，然后將試樣夾接地，通過正對著試樣中心的非接觸式傳感器來監(jiān)測試樣表面電位的衰減過程［31］。

靜電性能評價指標(biāo)

表征纖維材料制品靜電性能的主要評價指標(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;時間類指標(biāo)，如半衰期、10%衰減時間、1%衰減時間和吸附時間;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、吸附金屬片試驗等。由于各個評價指標(biāo)反映的是紡織品靜電產(chǎn)生、逸散及其平衡過程中各自的一個方面或者平衡過程中特定時刻的狀態(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試原理都是通過摩擦使樣品帶電，然后放入法拉第筒測定電荷量，面密度則指單位面積試樣的電荷量。電荷量采用微庫侖(μC)表示，電荷面密度則采用微庫侖每平方米(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。測試時，將經(jīng)過摩擦裝置摩擦后的試樣投入法拉第筒，測定樣品的帶電量。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，摩擦起電通過人工操作實(shí)現(xiàn)，故測試條件的一致性、測試結(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，通過滾筒自動摩擦的方法，減少了人為操作的影響。

時間類指標(biāo)。時間類指標(biāo)主要指靜電衰減時間和吸附時間。靜電衰減時間包括半衰期、10%衰減時間和1%衰減時間等。通過一定方法，例如感應(yīng)帶電或直接充電，讓試樣帶上一定的電荷量，以電荷量的衰減時間表示。使試樣在高壓靜電場中帶電至穩(wěn)定后，斷開高壓電源，使其電壓通過接地金屬臺自然衰減，測定靜電壓值及其衰減至初始值一半所需的時間，稱為半衰期。例如，GB/T12703．1—2008《紡織品靜電性能的評定第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)測試方法》中的衰減時間則是指誘導(dǎo)電荷衰減到初始水平的10%所需的時間;EN1149－3:2004《防護(hù)服靜電性能第3部分:測量電荷衰減的試驗方法》中的半衰期是指顯示電場強(qiáng)度衰減到最大電場強(qiáng)度的1/2時所需的時間。吸附時間是織物摩擦后吸附于金屬斜面，根據(jù)吸附時間評價織物靜電性能。此法設(shè)備簡單，適合于反映服用織物因靜電吸附肢體的程度，然而，其測試結(jié)果易受操作手法的影響，屬于簡易測試方法，對含有導(dǎo)電纖維的織物試樣，測試結(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間后，施加于與試樣的兩個相接觸面的兩個電極之間的直流電壓對于兩個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:通過材料的電阻(垂直電阻)試驗方法》，國家標(biāo)準(zhǔn)如GB/T22043—2008《服裝防靜電性能通過材料的電阻(垂直電阻)試驗方法》和GB/T12703．4—2010《紡織品靜電性能的評定第4部分:電阻率》。表面電阻是指在一定的通電時間后，施加于材料表面的電極之間的直流電壓對于電極之間電流的比值，通過表面電阻計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)主要包括國家標(biāo)準(zhǔn)有GB/T12703．4—2010《紡織品靜電性能的評定第4部分:電阻率》，GB/T22042《服裝防靜電性能表面電阻率試驗方法》，美國標(biāo)準(zhǔn)AATCC76—2005《紡織品表面電阻試驗方法》和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN1149－1:2006《防護(hù)服靜電性能第1部分:測量表面電阻率的試驗方法》。點(diǎn)對點(diǎn)電阻是指在規(guī)定時間內(nèi)，施加在材料表面的兩個電極間的直流電壓與流過這兩點(diǎn)間的直流電流之比。被測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》中對點(diǎn)對點(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)對點(diǎn)電阻的試驗方法。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，測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)纖維的填充度計算比電阻值，例如國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14342—1993《合成短纖維比電阻試驗方法》。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的放電時間t，乘以電阻指數(shù)10n后的纖維電阻值t×10n(Ω)表示。測定時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，以其放電速度來測定纖維電阻值，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)定時間內(nèi)產(chǎn)生的最高電壓作為試樣摩擦帶電情況的評價。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為GB/T12703．5—2010《紡織品靜電性能的評定第5部分:摩擦帶電電壓》。感應(yīng)帶電電壓通過高壓放電針產(chǎn)生的靜電場使材料帶電，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穩(wěn)定的電荷所產(chǎn)生的對地電位，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T12703．1—2008《紡織品靜電性能的評定第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，對于非耐久型抗靜電紡織品，洗前應(yīng)達(dá)到表5要求;對于耐久型抗靜電紡織品，洗前、洗后均應(yīng)達(dá)到表5要求。各國技術(shù)要求國際電工委員會標(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)對點(diǎn)電阻必須RP－P＜1×1012Ω，靜電衰減從1000V到100V的時間必須＜20s。德國標(biāo)準(zhǔn)DINEN100015TI:1992《對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《預(yù)防靜電造成火災(zāi)危險的指南》中指明:在氣體爆炸危險場所必須穿表面電阻小于109Ω的服裝。美國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會靜電放電協(xié)會標(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《防靜電通用規(guī)范》中規(guī)定，在高敏感易燃材料場合，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的場所，所用工作服帶電量指標(biāo)定為0．2μC/件［30］。中國電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SJ/T10694—2006《電子產(chǎn)品制造與應(yīng)用系統(tǒng)防靜電檢測通用規(guī)范》中規(guī)定工作服點(diǎn)對點(diǎn)電阻為1×105～1×1010，電荷量＜0．6μC。

調(diào)濕和試驗環(huán)境條件

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

采用不同的靜電測試方法及不同的帶電原理，其測試結(jié)果之間沒有明顯關(guān)聯(lián)性;不同環(huán)境條件下的測試結(jié)果差異很大，測試結(jié)果不具有可比性。不同測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試方法的選擇也很重要。樣品的調(diào)濕對于測試結(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。試驗環(huán)境與調(diào)濕環(huán)境一致，測試過程中必須保證環(huán)境條件的穩(wěn)定，并將實(shí)際測試過程中的環(huán)境條件在報告中注明。采用摩擦帶電原理測試方法時，對于標(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)品檢測院、國家紡織品服裝產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心）