產業用紡織品靜電性能測試標準概述

(中國產業用紡織品行業測試中心〔廣東〕;廣州市纖維產品檢測院，廣州，510220)

靜電產生的條件是出現電荷的積聚，即通常所說的帶電。帶電的方式或機理有多種，最常見的是摩擦帶電、接觸帶電。由于纖維材料，尤其是合成高分子纖維，大多是電的不良導體，一旦帶電就極易積聚形成靜電［1］。

在日常穿著、使用過程中，由于摩擦、接觸帶電體產生的靜電會使衣物與人體產生黏附現象，使人體感覺不舒適，同時還可能吸附周圍環境中的塵埃、細屑等。在特殊的環境中，如在易燃氣體、蒸汽或粉末旁，大量積蓄的靜電有可能會釋放而產生火花，導致火災或者爆炸等意外事故，對穿著者、周圍環境造成嚴重傷害［2-3］;在醫療領域，醫用防護產品如手術衣、手術單等的抗靜電性能尤為重要，在手術室中若醫用防護產品積聚靜電，就容易吸附空氣中的顆粒，而一定尺寸的顆粒則可能成為細菌、病毒等病原的載體［4］，嚴重威脅手術安全及病人的康復;而在電子器件、光學儀器、精密儀器等要求嚴格的潔凈生產車間，為避免造成嚴重的質量事故［5］，對潔凈室用工作服的抗靜電性能的要求則更高。

因此，產業用紡織品，如防護服、過濾材料等均對材料的靜電性能有明確的要求。國家強制性標準GB 19082—2009《醫用一次性防護服技術要求》中要求防護服材料的靜電衰減時間不超過0.5 s［6］。歐洲標準EN 1149-5:2008《防護服 靜電性能 第5部分:材料性能和設計要求》則規定，靜電耗散材料至少需滿足以下一個條件:①根據EN 1149-1測試，至少有一面的表面電阻小于或等于2.5×109Ω;②根據EN 1149-3中方法2測試，半衰期t50＜4 s或屏蔽系數 S ＞0.2［7］。GB/T 6719—2009《袋式除塵技術要求》對防靜電濾料的要求是，表面電阻小于1010Ω、體積電阻小于109Ω、靜電半衰期小于1 s［8］。

靜電現象往往在相對濕度較小的條件下更加明顯。合成高聚物纖維材料在低濕環境中極易產生靜電，而天然纖維正常使用中抗靜電性能較好，是由于天然高分子親水性較佳，容易與空氣中的水分結合，改善纖維本身的導電性能，但是在濕度較低的情況下也會發生類似的靜電問題。因此，在不同纖維材料的實際應用過程中，如何了解材料的靜電性能和潛在威脅，怎樣有效地控制風險、解決問題，如何在特定的應用場合選擇合適的材料，這些都需要對纖維材料進行測試、評價。本文主要介紹產業用紡織品常用的靜電性能測試方法:電阻(率)測試和靜電衰減測試。

1 電阻(率)測試

物理學中，電阻是表示材料對電流阻礙作用的大小，電阻越小，表示材料對電流的阻礙作用越小，材料中的電荷就越不容易積聚。電阻率是一個反映材料導電性能的物理量，與材料的長度、橫截面積等因素無關，是材料本身的電學性質，由材料本身決定，與溫度有關。材料的電阻率是由測得的電阻值通過公式計算得出的。

產業用紡織品電阻的測試通常分為表面電阻和垂直電阻測試。表面電阻測試的原理［9］是:將試樣放置于絕緣底盤上，試樣上再放置一個特殊的電極裝置，加一定電壓，在規定的時間后，測量樣品的表面電阻，有需要的情況下再計算樣品的表面電阻率。垂直電阻測試的原理［10］是:將電極放置于被測材料的正反兩面上，加一定電壓，在規定的時間后，測量樣品的垂直電阻，有需要的情況下再計算樣品的垂直電阻率。電阻測試儀通常采用的電極為同心環電極，其剖面結構［9］如圖1所示。

圖1 同心環電極結構圖

目前，產業用紡織品電阻測試采用的標準主要有:國家標準GB/T 22042—2008《服裝 防靜電性能 表面電阻率試驗方法 》［11］、GB/T 22043—2008《服裝防靜電性能通過材料的電阻(垂直電阻)試驗方法》［12］、GB/T 12703.4—2010《紡織品 靜電性能的評定 第4部分:電阻率》［13］;歐洲標準 EN 1149-1:2006《防護服 靜電性能 第1部分:測量表面電阻率的試驗方法》［9］、EN 1149-2:1997《防護服靜電性能 第2部分:測量通過材料的電阻(垂直電阻)的試驗方法》［10］;美國標準 AATCC 76—2011《紡織品表面電阻試驗方法》［14］，以及美國INDA、歐洲EDANA聯合發布的非織造布測試標準INDA/EDANA WSP 40.1(08)《非織造布表面電阻的標準試驗方法》［15］。

電阻測試方法的優點是能客觀反映產業用紡織品材料本身對電流阻礙作用的大小，但在不同使用環境下，材料的電阻會隨溫度、相對濕度而變化。因此不能直觀表征產業用紡織品在具體使用條件下電荷的耗散能力。

2 靜電衰減測試

紡織品在使用過程中，帶電后電荷衰減的快慢直接導致其是否會發生靜電現象。若纖維材料的導電性較好，電荷一旦產生會很快耗散掉，不會導致電荷積聚而發生靜電現象;若材料的絕緣性好，電荷不易導走，就容易累積，以致靜電現象嚴重。因此，可以模擬使用過程中紡織品帶電后其表面或內部電荷耗散的快慢來評價紡織品的靜電性能。根據不同標準，通常采用靜電半衰期、靜電衰減到初始值10%的時間、屏蔽系數等來表征樣品的抗靜電性能。

2.1 靜電半衰期測試

其測試原理是:在旋轉金屬平臺上，用高壓靜電場使安裝好的試樣感應帶電，試樣上的電壓穩定后斷開高壓電源，通過接地金屬平臺自然衰減，測定試樣所帶的穩定的靜電壓值及其衰減至初始值一半所需的時間。測試裝置結構示意圖［16］如圖2所示。適用標準包括國家標準GB/T 12703.1—2008《紡織品 靜電性能的評定 第1部分:靜電壓半衰期 》［16］、日本標準JIS L1094—1997《紡織品及針織品帶電性能試驗方法》［17］。靜電半衰期測試方法的優點是操作簡單、重復性好，缺點是不能有效模擬人體穿著時帶電的情形［18］，且對于含導電纖維的試樣，若放置試樣時導電纖維與接地金屬平臺接觸，則電荷能快速導走;若恰好導電纖維沒有接觸到接地金屬平臺，則導電纖維未起作用，其靜電衰減速率與普通紡織品類似。因此，同一試樣在不同放置條件下得到的測試結果可能差異極大，故此方法不適宜用于含導電纖維織物的評價［2］。

圖2 靜電半衰期測試裝置結構示意圖

2.2 靜電衰減時間測試

其測試原理是:將樣品夾在兩個電極之間，施加5 000 V電壓，當樣品帶電壓穩定在5 000 V后，斷開電壓同時電極接地，場強計記錄電壓降至一定數值(例如500 V)所需的時間。適用標準有INDA/EDANA WSP 40.2(08)《非織造布靜電衰減的標準試驗方法》［19］，以及美國的 MIL STD 010A—2005《包裝材料測試方法》［20］、Federal Test Method Standard Method 101c 4046.1《材料的靜電特性》［21］、NFPA 99《健康防護裝備標準》［22］。

該測試方法的優點同樣是操作簡單、測試結果的重現性好。但是試樣加壓5 000 V并不能保證試樣所帶電壓為5 000 V［18］，對于普通高分子材料，如聚丙烯紡黏非織造布，由于其電阻高達1012～1013Ω，加壓5 000 V時，僅能帶電500～2 500 V不等。因此，該方法不適用于阻值較高的產業用紡織品的靜電衰減性能測試。

此外，可用于評價產業用紡織品靜電性能的標準還有歐洲標準EN 1149-3:2004《防護服 靜電性能第3部分:測量電荷衰減的試驗方法》中的方法二，其測試裝置結構示意圖如圖3所示。與前面兩種裝置的最大區別在于其加壓電極與靜電感應探頭分別位于樣品的兩側，因此該裝置還可測試樣品的靜電屏蔽系數。其測試原理是:在水平放置的試樣下面，安裝一個不接觸試樣的電極，對電極提供高壓，在試樣上方通過一個適當的場強測量探頭測量試樣的帶電情況;隨后斷開高壓，測試樣品電量衰減到初加電壓一半的時間，評價樣品的靜電屏蔽效果和電荷衰減時間［23］。

3 結語

目前，對于靜電性能檢測的方法有很多，歐洲、美國、日本均有其自成體系的測試標準。我國規定了一系列的材料靜電性能標準測試方法，其中也參考了一些國外的標準，但這些方法各有優缺點。

圖3 靜電衰減裝置結構示意圖

因此，在評價產業用紡織品的靜電性能時，應當關注以下幾點:①樣品調濕的條件和測試的環境對靜電性能的測試結果影響較大。筆者試驗時發現，同樣的樣品在不同相對濕度(50%和65%)條件下調濕，表面電阻的測試結果相差一個數量級以上。②測試過程中要盡量消除人為因素的影響。測試時要嚴格按照規定步驟執行，使用手套、鑷子等輔助工具。③采用不同的測試方法。由于測試原理的差異，得到的結果不一定具有明確的相關性，因此，將不同指標綜合起來考慮才能全面評價樣品的靜電性能。

［1］ 戴晴.抗靜電織物及其抗靜電性能測試方法［J］.中國纖檢，2008(8):44-46.

［2］ 陸燕萍，于偉東.國外紡織品靜電性能檢測簡述［J］.中國纖檢，2006(12):45-49.

［3］ 楊金純.抗靜電紡織品的測試標準淺析與探討［J］.中國個體防護裝備，2010(5):38-41.

［4］ 國家食品藥品監督管理局.YY/T 0506.3—2005病人、醫護人員和器械用手術單、手術衣和潔凈服 第3部分:試驗方法［S］.北京:中國標準出版社，2005.

［5］ 徐明，黃建華，江日金.潔凈室服裝靜電和潔凈性能測試方法的研究［J］.產業用紡織品，2008，26(10):36-42.

［6］ 國家質量監督檢驗檢疫總局.GB 19082—2009醫用一次性防護服技術要求［S］.北京:中國標準出版社，2009.

［7］ Technical Committee CEN/TC 162.EN 1149-5:2008 Protective clothing，electrostatic properties，Part 5:Material performance and design requirements［S］.布魯塞爾:歐洲標準化委員會，2008.

［8］ 國家質量監督檢驗檢疫總局.GB/T 6719—2009袋式除塵技術要求［S］.北京:中國標準出版社，2009.

［9］ Technical Committee CEN/TC 162.EN 1149-1:2006 Protective clothing，electrostatic properties，Part 1:Test method for measurement of surface resistivity［S］.布魯塞爾:歐洲標準化委員會，2008.

［10］ Technical Committee CEN/TC 162.N 1149-2:1997 Protective clothing electrostatic properties，Part 2:Test method for measurement of the electrical resistance through a material(vertical resistance)［S］.布魯塞爾:歐洲標準化委員會，2008.

［11］國家質量監督檢驗檢疫總局.GB/T 22042—2008服裝防靜電性能 表面電阻率試驗方法［S］.北京:中國標準出版社，2008.

［12］國家質量監督檢驗檢疫總局.GB/T 22043—2008服裝防靜電性能通過材料的電阻(垂直電阻)試驗方法［S］.北京:中國標準出版社，2008.

［13］國家質量監督檢驗檢疫總局.GB/T 12703.4—2010紡織品靜電性能的評定 第4部分:電阻率［S］.北京:中國標準出版社，2011.

［14］ AATCC Committee RA32.AATCC 76—2011 Electrical surface resistivity of fabrics［S］.美國紡織化學師與印染師協會，2011.

［15］ INDA，EDANA.WSP 40.1(08)Standard test method for surface resistivity of nonwoven fabrics［S］.美國非織造布協會，歐洲用即棄及非織造材料協會，2008.

［16］國家質量監督檢驗檢疫總局.GB/T 12703.1—2008紡織品靜電性能的評定 第1部分:靜電壓半衰期［S］.北京:中國標準出版社，2008.

［17］日本工業標準委員會.JIS L1094—1997 Testing methods for electrostatic propensity of woven and knitted fabrics［S］.日本工業標準委員會，1997.

［18］韓希海.潔凈服性能檢測與標準探索［D］.上海，東華大學，2010.

［19］ INDA，EDANA.WSP 40.2(08)Standard test method for electrostatic decay of nonwoven fabrics［S］.美國非織造布協會，歐洲用即棄及非織造材料協會，2008.

［20］美國國防部.MIL STD 3010A—2005 Test procedures for packaging materials［S］.美國:HIS，2005.

［21］美國聯邦標準協會.Federal test method standard method 101c 4046.1:Electrostatic properties of materials［S］.美國:HIS，1969.

［22］美國消防協會.NFPA 99 Standard for health care facilities［S］.美國:HIS，2005.

［23］ Technical Committee CEN/TC 162.EN 1149-3:2004 Protective clothing， electrostatic properties，Part 3:Test methods for measurement of charge decay［S］.布魯塞爾:歐洲標準化委員會，2008.