靜電的危害及其在紡織材料中的產生機理

韓碩

(德州學院紡織服裝學院，山東 德州 253023)

前言

合纖的誕生標志著人類不再完全依賴天然的恩賜，可以用自己的智慧和勞動創造未來。合成纖維具有許多優于天然評準的性能(彈性好、強度高、耐磨損、耐腐蝕、不怕蟲蛀)，得到迅速發展和廣泛應用，但在生產和使用過程中也暴露了其顯著缺點，即濕性強、靜電強，帶來了各種各樣的麻煩[1-2]。由于靜電的種種干擾和危害，在各種產業部門的日常生活方面對抗靜電有著廣泛的需求，自60年代起就開始了開發抗靜電和導電纖維的工作，90年代導電及抗靜電仍是各國差別化開發的重點之一[3-6]。

1 靜電現象的危害

(1)纖維在紡織加工過程中，產生的靜電給纖維的開松、梳理帶來困難，紡紗時靜電排斥造成飛花、斷頭，紗絲的糾纏給織造帶來困難。造成生產效率下降，質量差，一般認為，當電荷密度大于10.8庫倉附頁/克or靜電壓大于100伏時，會引起加工困難。

(2)印染加工中經燒毛、烘干、熱定形等高溫處理會產生數千伏的靜電壓，織物的相互緊貼使落布困難，有時帶電織物放電會引電火花造成火災事故。

(3)在服用過程中，靜電造成織物易吸塵、易沾污，起毛起球衣服纏身(如干燥氣候下的滌綸女裙會發生使人步行困難的腿現象)襪子吸附腿部上膚屑、發癢、手套、在危險爆場合放電火花、引燃引爆。

(4)化纖及其織物的放電和電擊現象。在化纖地毯上行走后，再去接觸門的金屬把手，常有電擊感。電流很小時，不會使人致死，但使人極不舒服。因操作人員的化纖工作服發生磨擦產生火花會引起火災和爆炸。人體發生靜電放電時，產生的能量(2.5～32mJ)足以氣燃可燃物。穿上合纖衣裝的人體猶如“活動火柴”。

(5)靜電現象干擾計算機及其他靈敏的電子儀器的正常工作，造成元件破壞和電路，也會使降落傘開啟失效；PNT晶體管的發射投間的最大，耐壓僅7.5V，當操作人員衣裝上的靜電壓為1KV(常見)時，完全可能使西報間發生靜電未而使晶體管極度。

(6)在醫院手術室內進行乙醇麻醉手術時，由于織物磨擦靜電打火引起燃燒爆炸事故。

(7)由于靜電進入導體產生的放電現象，可能導致電流進入人體而引起病人心臟或主血管損傷。很多研究表明，靜電對一些心臟病、精神分裂癥、重度神經衰弱癥等不能承受強烈刺激的患者是一個潛在的威脅，可傷發心理失常穿合纖服裝。

(8)在外科手術的關鍵時刻，由于電擊作業引起的醫生不自覺的動作，可能導致重大醫療事故。

2 靜電的產生

靜電的“產生”是一種很復雜的物理過程。對于靜電產生機理的研究是近幾十年來隨著新技術的發展才開始的，目前這方面的理論尚不很成熟，有各種各樣的假說，概括起來產生靜電的途徑如下：(1)在沒有外場時，原來不帶電的物體相互作用而帶電；(2)帶電體和非帶電體間的電荷轉移；(3)存在外場時使物體帶電。但完全一致的觀點是兩個不同的物體接觸或摩托后分離，就會產生靜電。

在紡織加工過程及織物服用過程中，合成纖維和金屬機件或合成纖維間相互磨擦而發生一系列接觸與分離過程，造成了電荷在物體表面間的轉移，產生靜電。

3 紡織材料的靜電起電

紡織生產中常遇到的固體接觸帶電發生于金屬之間，金屬—電介質與電介質之間的相互接觸，金屬—金屬間緊密接觸雖能產生偶電層，但分離時接觸面兩連接正、負荷將互相中和，結果兩金屬均不帶電。而處于絕緣狀態的金屬——離分子電介質，高分子電介質之間緊密接觸時，兩者都會帶電。

在紡織加工過程中，纖維與設備表面或其他機件(羅拉)接觸屆此情況，當金屬與合成纖維緊密接觸時，對于金屬、電荷集中于表層，呈面分布，用面電荷密交等表征；對于電介質，電荷分布于一定深度的表層內，呈體分布，用體電荷等表征。

設電介質中電荷層厚度為d ε電介質的介電常數

則厚度為d的電荷層的接觸電勢差為

φA-金屬的逸出功φB-電介質的逸出功

兩種高分子固體電介質的接觸帶電

當兩種電介質相互接觸時，接觸面上的電荷皆分布在一定深度的表層內ε1、ε2分別表示兩種電介質的介電系數pm1、pm2兩接電介質表層的體電荷密度，d1、d2電荷層厚度(穿透深度)應用高斯定理可界面兩側X處電場強度。

4 結論

由于靜電的種種干擾和危害，在各種產業部門的日常生活方面對抗靜電有著廣泛的需求。紡織生產中常遇到的固體接觸帶電發生于金屬之間，金屬—電介質與電介質之間的相互接觸，金屬—金屬間緊密接觸雖能產生偶電層，但分離時接觸面兩連接正、負荷將互相中和，結果兩金屬均不帶電。而處于絕緣狀態的金屬——離分子電介質，高分子電介質之間緊密接觸時，兩者都會帶電。

參考文獻：

[1] 馮云生,佟白.聚醚磷酸酯兩性表面活性劑對滌綸和錦綸織物的抗靜電研究[J].染整技術,2017,(02):43-46.

[2] 馬娟,金劍,金欣,肖長發.抗靜電聚酯纖維及織物的研究現狀[J].合成纖維,2016,(10):1-5.

[3] 劉元軍,劉國熠,趙曉明.滑石粉涂層復合材料的制備及其介電性能和電導率[J].材料導報,2017,31(18):28-32.

[4] 劉元軍,趙家琪,趙曉明.反應溫度和時間對聚苯胺/滌綸復合材料介電性能的影響[J].成都紡織高等專科學校學報,2017,34(03):13-16.

[5] 劉元軍,郭映雪,趙曉明.碳纖維厚度和規格對介電性能影響[J].成都紡織高等專科學校學報,2017,34(01):1-7.

[6] 劉元軍,趙曉明,梁騰隆.聚苯胺復合材料的介電性能研究[J].材料導報,2016,30(S2):304-307.