紡織品抗靜電整理的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

朱傳龍+黃時建+王磊磊+李凌宇+婁鈞淞

摘要：從靜電產(chǎn)生的危害談起，綜述了紡織品產(chǎn)生靜電的原因，紡織品靜電消除的機理。探討了目前紡織品抗靜電整理方法及其優(yōu)缺點。比較了國內外紡織品靜電性能測試評價方法。

關鍵詞：紡織品；抗靜電整理；測試方法

中圖分類號：TS101.8 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）43-0089-03

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，雖然紡織品的靜電放電引起的電擊能量較小，但也造成許多干擾，在一些特殊場合甚至造成重大傷害。衣料與皮膚所帶電荷極性不同時，使衣服相互糾纏出現(xiàn)“裙抱腿”現(xiàn)象，引起肢體不適感。靜電可以對人的機體生理平衡和人的情緒產(chǎn)生影響：短時間的靜電干擾會對人的皮膚產(chǎn)生刺激致皮膚瘙癢；長時間靜電干擾會使人體的血糖濃度升高，血液中鈣和維C含量下降，導致人們出現(xiàn)焦燥、頭痛、胸悶、咳嗽等不良反應，甚至還會引發(fā)支氣管哮喘和心率失常。紡織生產(chǎn)過程中，靜電會影響紡紗織造產(chǎn)品的質量；影響染整加工過程。在原油碼頭、輕質油品運輸領域、加油站由靜電火花放電引起爆炸或火災造成多起重大事故。在航空航天領域，靜電是造成固體火箭發(fā)動機研制、生產(chǎn)和使用過程中發(fā)生燃燒或爆炸的主要原因。綜上所述，在日常生產(chǎn)生活中應充分認識到靜電防護的重要性，對紡織品進行抗靜電整理很有必要，而既能防止靜電的產(chǎn)生又能保持紡織品原有性能的研究成為紡織科研的重要課題之一。

一、靜電在紡織品上產(chǎn)生的原因

靜電（起電）是兩種物質摩擦后，接觸面發(fā)生脫離并在其表面間發(fā)生的電子或離子的激動能，出現(xiàn)電荷聚集而產(chǎn)生的。接觸起電、摩擦起電、變形起電以及光電和熱電效應等都是靜電產(chǎn)生的主要原因。紡織材料產(chǎn)生靜電的主要原因是紡織材料之間的相互摩擦。大部分的紡織材料是不良導體，比電阻較高，在生產(chǎn)加工的過程中，難免會有摩擦、牽伸、壓縮、剝離及電場感應和熱風干燥等因素的影響而產(chǎn)生靜電。

二、影響紡織品靜電特性的因素

影響紡織品靜電特性的因素很多，主要有纖維的結構與導電性能、織物結構、環(huán)境溫濕度等。

1.毛、絲、纖維素纖維以及合成纖維的電荷載體是離子，導電機理為離子導電。研究結果表明，離子移動與纖維結構及其表面狀態(tài)有關，離子大部分來源于纖維高分子以外的物質如殘留的催化劑、添加物、染料等，離子的移動主要發(fā)生在無定形區(qū)，無定形區(qū)內的分子聚集狀態(tài)對離子移動度影響很大，在玻璃化溫度以上，離子移動度急劇增大，電導率急劇增加，纖維吸附的水分的離子化，水分誘導周圍不純物質的離子化以及對無定形區(qū)域的可塑化等，都能使電導率增加，也就是說纖維內部縫隙及表面的吸附狀態(tài)對其電導率影響極大。

2.一般織物的結構越緊密，內聚能越高，或者織物表面平滑度越低，越易受到較強烈的摩擦而使溫度升高，摩擦時越易首先活化失去電子，從而帶正靜電荷。

3.環(huán)境的相對濕度對纖維和織物的抗靜電性能影響顯著，纖維的比電阻、靜電電壓半衰期都隨著相對濕度的增高而降低。溫度對纖維和織物的影響比起相對濕度的影響要小很多。

三、紡織品抗靜電機理及改善紡織品抗靜電性能的方法

一般靜電現(xiàn)象是電荷發(fā)生過程（電荷移動、分離）和消失過程（電暈放電、靜電泄露）復雜交錯而產(chǎn)生的現(xiàn)象。當這兩個相反的過程達到平衡時就是實際的靜電荷水平。紡織品抗靜電的機理及其方法可以總結為：（1）減少電荷的產(chǎn)生。（2）加快電荷的泄露。（3）中和產(chǎn)生的靜電荷。由靜電產(chǎn)生的原因，紡織品抗靜電的機理以及影響因素，紡織品抗靜電主要有以下幾種方法：

1.織物表面親水整理。即用抗靜電劑對織物表面進行親水整理。這些抗靜電劑大多數(shù)與被整理的纖維有相似的高分子結構。抗靜電劑通過浸、軋、烘等熱處理與織物發(fā)生交聯(lián)作用而固著，或者是用樹脂載體粘附在織物表面。而這些整理劑和樹脂是親水的，通過吸濕作用，加快織物表面的靜電荷的散逸從而織物上不會聚集較多的靜電荷，使織物的導電性提高。這種方法工藝流程短，投資少，見效快；但不耐洗滌，手感差，受空氣濕度影響大。現(xiàn)階段有用超支化型抗靜電劑和殼聚糖整理劑整理的織物具有良好的耐水洗性和持久的抗靜電效果，但整理后的織物白度和透濕性有所下降，工藝煩瑣，反應條件要求較高。

2.纖維化學改性法。大多數(shù)合成纖維比電阻在1013Ω·cm以上，通過改性方法，可以使纖維獲得抗靜電的性能，從而得到抗靜電纖維。這種方法是將抗靜電劑滲入纖維內部，如磷酸酯、磺酸鹽等表面活性劑，或是引入第三體，如聚氧乙烯及其衍生物，使纖維在生產(chǎn)出來本身就具有抗靜電效果。現(xiàn)在纖維化學改性的方法有兩種：（1）在纖維表面引入親水性基團，其機理和優(yōu)缺點與織物表面處理相同。（2）與親水性的聚合物進行共聚或接枝聚合，纖維及織物能較好地保持原有的風格和力學性能，同時具有耐水洗性、持久的抗靜電性能，但耐堿性差，成本高，而且有些抗靜電劑在與其他助劑混合使用時，在綜合整理過程中必須要慎重選擇合適的抗靜電劑，以獲得理想的效果。

3.混紡或嵌織導電紗線。目前紡織品抗靜電整理的主要途徑之一就是采用導電纖維。如金屬纖維（不銹鋼纖維，銅纖維，鋁纖維等）、碳纖維和有機導電纖維。在生產(chǎn)過程中把導電纖維以一定的比例混紡，經(jīng)紡織加工后可以降低織物的表面電阻，同時導電纖維之間的電暈放電使靜電消除。這種方法獲得的抗靜電織物在各種環(huán)境和條件下具有良好的抗靜電性和持久性。現(xiàn)在常用的是有機導電纖維如將CuI等導電分子制備導電纖維，其抗靜電效果沒有鍍銀纖維好。碳纖維和金屬纖維柔韌性差，洗滌及揉搓過程中會發(fā)生脆損，抗靜電性下降，同時金屬纖維存在染色困難，造成色系不全的問題。

4.涂覆法。將導電材料如石墨、銅粉或銀粉摻進涂層中，對織物表面進行涂層。用納米溶膠和納米二氧化鈦整理的織物抗靜電效果好，但耐水洗性一般。現(xiàn)在最新研究的納米導電粉末銦摻雜二氧化錫（ITO）涂覆在織物上具有優(yōu)異的導電性和透明性，且不受氣候和使用環(huán)境的限制，且性能持久、方法簡單，缺點是透氣性差。在織物表面鍍金屬也是一種有效的抗靜電方法。鍍銀后織物的導電性極強，質地輕薄，柔軟透氣，工藝簡單但價格昂貴。鍍銅后織物的導電性良好，但手感較硬不透氣，服用性不好，耐氣候性差。鍍鎳后織物導電性低于銀、銅，但耐氣候性好，性能均衡。復合鍍如鍍銅-鎳具備復合金的優(yōu)點，又能避免缺點。該方法設備簡單，投資少操作容易易于控制，織物柔軟，服用性能好，可推廣性強，具有良好的前景。endprint

四、紡織品靜電特性測試評價方法

在早期人們曾經(jīng)采用的測試方法有吸灰試驗法、張帆試驗法、吸附金屬片試驗法。但這些方法測試簡單相對的精度也較低，人們也逐步淘汰。對紡織品靜電特性的評價有電阻類指標（體積比電阻，質量比電阻，表面比電阻，泄漏電阻，極間等效電阻等），靜電電壓計半衰期，電荷面密度等指標。國外對紡織品靜電性能檢測標準有日本JIS1094-1980《靜電行為的評估方法》；德國DIN54346-1993《電阻測定》以及美國的ASTMD 4238-1990《紡織品靜電性能的標準檢測方法》，AATCC 76-1995《織物的阻抗測試》，AATCC 84-1995《紗線的阻抗測試》和AATCC115-1995《織物的靜電粘著性能測試》。如美國AATCC76-1995，84-1995，115-1995標準中只是測試電阻，卻沒有能反映出材料的靜電衰減特性。在我國，采用的是新的GB/T 12703紡織品靜電測試方法標準，它分為7個部分：已實施3個部分：GB/T 12703.1—2009《紡織品靜電性能的評定第1部分靜電壓半衰期》：GB/T 12703.2—2009《紡織品靜電性能的評定第2部分電荷面密度》；GB/T 12703.3—2009《紡織品靜電性能的評定第3部分電荷量》；另外4個部分正在修訂中分別是：第4部分：電阻率；第5部分：摩擦帶電電壓：第6部分：纖維漏電電阻；第7部分：動態(tài)靜電壓。紡織生產(chǎn)過程中和服裝穿著使用中所產(chǎn)生的靜電及其干擾的程度都能通過這7個部分的靜電測試方法測得。目前針對面料織物的抗靜電性能，從測試的方法標準來說，主要有半衰期法、摩擦帶電電壓法、電荷面密度法，以及針對服裝脫衣時衣物帶電法、工作服摩擦帶電法、極間等效電阻法。這6種方法電荷面密度法適合各類織物；半衰期法、摩擦帶電電壓法、極間等效電阻法不適合含導電纖維的織物；工作服摩擦帶電量法主要適合服裝測試；脫衣時的衣物帶電量限于服裝，可比性差。抗靜電性能測試中如果采用GB/T12703中兩種以上的測試方法，測出的數(shù)據(jù)可能出現(xiàn)相互矛盾的現(xiàn)象如電荷密度很低符合技術指標要求，但靜電半衰期降不下來。所以紡織品靜電性能測試也應根據(jù)產(chǎn)品不同來選擇合適的測試方法進行。但靜電半衰期是靜電性能測量的必要指標，它是反映累積在紡織品表面的靜電逸散的快慢程度。

五、結語

目前，織物的抗靜電整理取得了一定的成效，然而在這些工藝中都不同程度地存在一些缺點，經(jīng)整理后的織物雖然具有抗靜電性能，但可能導致整理后織物的手感、白度及透氣性有一定程度地下降，影響了使用的舒適性能，同時還存在著抗靜電性能不能持久的缺點。所以在保持織物原有風格的同時，具有提高織物的抗靜電性能的工藝仍是當今紡織染整領域重要的研究課題，而涂覆法是織物抗靜電整理的主要研究方向之一。

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基金項目：本文受上海市大學生創(chuàng)新實驗計劃CS-1309003項目資助

作者簡介：朱傳龍，男，在讀本科生，研究方向為紡織工程。

通訊作者：黃時建，男，高級工程師，研究方向為功能性紡織品的開發(fā)。endprint