幾種過濾材料的靜電性能測試及分析

盧亞菁，布莎莎，柳靜獻，毛寧，孫熙

（1.太原工業(yè)學院，太原 030008；2.東北大學濾料檢測中心，沈陽 110819）

靜電火花是導致袋式除塵器發(fā)生火災(zāi)與爆炸事故最主要的原因[1]。濾袋多為絕緣體，顆粒物也多為絕緣體，隨著濾料與粉塵、氣流的摩擦會產(chǎn)生靜電，若靜電的產(chǎn)生量大于泄漏量便會產(chǎn)生電荷的積累，靜電增強，靜電電壓不斷增高，最終會產(chǎn)生火花放電。因此，在袋式除塵器的使用過程中，有必要對濾料的靜電性能進行研究，以減少靜電火花的產(chǎn)生，確保安全生產(chǎn)。

1 五項指標要求

《袋式除塵器技術(shù)要求》（GB/T 6719-2009）中規(guī)定防靜電技術(shù)的五項指標為：摩擦荷電電荷密度＜7μC/m2、摩擦電位＜500V、半衰期＜1s、表面電阻＜1010Ω、體積電阻＜109Ω。防靜電技術(shù)要求以上五項指標全部達標，只要有一項不達標均有可能引起爆炸。

2 織物靜電性能測試方法

紡織品靜電性能的測試方法主要根據(jù)《紡織纖維制品靜電性能的標準與測試》（GB/T12703）系列標準[2]，如表1所示。

表1 紡織品的靜電性能的測試方法

3 試驗內(nèi)容及裝置

3.1 摩擦荷電電荷密度

測試過程：濾料的經(jīng)向和緯向隨機各取3塊作為試樣，將試樣的一端縫制為套狀，并插入有機玻璃棒。用雙手握住摩擦棒的兩端，并均勻地對摩擦棒施加壓力，將摩擦棒從前向后拉以摩擦試樣。注意在摩擦試樣地過程中摩擦棒不得轉(zhuǎn)動，反復(fù)摩擦十次，注意保持摩擦的頻率為每分鐘一次。摩擦結(jié)束后立即握持絕緣棒的一端，投入法拉第筒內(nèi)，讀取試樣投入法拉第筒內(nèi)時的電位。再重復(fù)測試試樣4次，根據(jù)q=CV/A求得試樣帶電電荷密度。將5次結(jié)果按大小排序，取中間3個值的平均值，并以此作為一塊試樣的測試值。

3.2 摩擦電位

該試驗的測試儀器為LFY-402織物摩擦式靜電測試儀，測試時首先用1.0級接觸式靜電表對測量電極的電壓進行標定，使測量電極與試樣框架平面的距離為15±1mm。隨機采樣四塊，大小為8cm×8cm，將試樣分別夾在轉(zhuǎn)鼓的樣品夾上，調(diào)整夾于標準布夾間的標準布位置，標準布在500g負載下保持一定的張力，并與樣品進行切線方向摩擦，并對其進行消電處理，然后開動電機，使轉(zhuǎn)速保持400r/min，1min內(nèi)樣品帶電的最大值即為摩擦電位。改變樣品經(jīng)緯方向，再次測量[3]。

3.3 表面電阻率

根據(jù)標準《固體絕緣材料體積電阻率和表面電阻率的試驗方法》（GB/T 1410-2006），采用FTY-406材料電阻率測試儀進行測試。測試時，電壓線連接至圓環(huán)電極，測試線連接到中心電極，地線連接至金屬板電極。通過不同檔位的直流電壓加在試樣上再用標準電阻取樣放大微弱的電流，然后從高阻計上讀出表面電阻。

表面電阻率可經(jīng)過計算得到，計算公式為：

3.4 體積電阻率

3.5 半衰期

測試時，使試樣在高壓靜電場中帶電，帶電情況穩(wěn)定后斷開電源，然后通過接地金屬臺進行自然衰減放電，直至電壓衰減為初始值的一半，記錄下時間。同一塊試樣進行2次試驗，計算平均值作為該塊試樣的測量值。對3塊試樣進行同樣試驗，并取平均值。

4 濾料靜電性能測試結(jié)果與分析

4.1 過濾材料靜電性能測試結(jié)果

對玄武巖、P84、滌綸、芳綸、PPS、PTFE、經(jīng)向?qū)щ姕炀]纖維、面層均勻?qū)щ姕炀]纖維8種針刺過濾材料的五項靜電性能指標進行測試，測試室溫為22℃、相對濕度為32%，普通濾料靜電特性見表2、表3，滌綸抗靜電濾料靜電特性見表4。

表2 玄武巖、P84、滌綸、芳綸針刺濾料靜電性能指標

表3 PPS、PTFE針刺濾料靜電性能指標

表4 滌綸抗靜電濾料靜電性能指標

4.2 8種過濾材料靜電性能對比分析

（1）摩擦荷電電荷密度

摩擦面電荷密度表征了過濾材料摩擦后產(chǎn)生電荷量的大小，其值越小，說明越不容易帶電，抗靜電能力越強。由圖1可看出，摩擦面電荷密度：P84＜面層均勻?qū)щ姕炀]纖維＜芳綸＜經(jīng)向?qū)щ姕炀]纖維＜玄武巖＜滌綸＜PTFE＜PPS。

圖1 8種過濾材料的摩擦面電荷密度

（2）摩擦電位

摩擦電位越低說明過濾材料越不容易積累電荷，抗靜電能力越強。由圖2可看出，摩擦電位：面層均勻?qū)щ姕炀]纖維＜芳綸＜經(jīng)向?qū)щ姕炀]纖維＜P84＜滌綸＜玄武巖＜PPS＜ PTFE。從表3可看出，雖然僅從摩擦60s后得到峰值電壓來看，PTFE比PPS容易堆積電荷。但當磨料夾松開，摩擦停止后，衰減計時繼電器開始計時，靜電開始釋放，除PPS外的其他幾種過濾材料的摩擦電位均在摩擦停止后開始降低。PPS的衰減電壓卻比摩擦停止時得到的峰值電壓還要高，說明PPS和空氣摩擦都能積累電荷，抗靜電能力差。

（3）表面電阻率

表面電阻率的減小會加快過濾材料上電荷消散，增強導電性能。由圖3可看出，表面電阻率：面層均勻?qū)щ姕炀]纖維＜PPS＜經(jīng)向?qū)щ姕炀]纖維＜PTFE＜滌綸＜玄武巖＜芳綸＜P84。

圖2 8種過濾材料的摩擦電位

圖3 8種過濾材料的表面電阻率

（4）體積電阻率

體積電阻率越小，過濾材料上電荷消散的速率越快，其導電性能就越強，抗靜電能力就越強。由圖4可看出，體積電阻率：面層均勻?qū)щ姕炀]纖維＜滌綸＜經(jīng)向?qū)щ姕炀]纖維＜芳綸＜PTFE＜玄武巖＜P84＜PPS。

圖4 8種過濾材料的體積電阻率

（5）半衰期

半衰期的長短說明過濾材料電荷散逸程度的快慢，半衰期越小其抗靜電能力就相對較強。由圖5可看出，半衰期：玄武巖＜面層均勻?qū)щ姕炀]纖維＜經(jīng)向?qū)щ姕炀]纖維＜滌綸＜芳綸＜P84。

圖5 6種過濾材料的半衰期

5 小結(jié)

通過對比以上8種國內(nèi)主要類型的過濾材料的五項靜電性能指標，可得出：抗靜電濾料靜電特性比普通濾料抗靜電特性要好很多。因此，減少過濾材料產(chǎn)生的靜電火花，應(yīng)使用經(jīng)向?qū)щ姕炀]纖維、面層均勻?qū)щ姕炀]纖維等防靜電濾料。

參考文獻：

[1] 周善訓.CCP、CCY防靜電除塵濾料[J].勞動保護，1992（7）：12-14.

[2] 倪冰選，張鵬.紡織纖維制品靜電性能的標準與測試[J].印染，2013（4）： 40-45.

[3] 王金波，孫熙，柳靜獻，等.袋式除塵器濾料及配件手冊[M].沈陽：東北大學出版社，2007.