紡織品靜電性能檢測(cè)結(jié)果的影響因素分析

文/應(yīng) 樂(lè) 黃海燕 黃文斌 李叢灘 顏春梅

紡織品在使用過(guò)程中容易積聚靜電，當(dāng)紡織品帶有靜電時(shí)，輕則影響紡織品的美觀，對(duì)人體穿著產(chǎn)生不適感，重則引起生產(chǎn)障礙、火災(zāi)爆炸。因此，紡織品抗靜電性能的檢測(cè)就尤為重要。目前國(guó)內(nèi)測(cè)試紡織品抗靜電性能的標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12703.1—2021《紡織品 靜電性能試驗(yàn)方法第1部分：電暈充電法》（以下簡(jiǎn)稱新版標(biāo)準(zhǔn)）于2021年12月1日代替GB/T 12703.1—2008（以下簡(jiǎn)稱舊版標(biāo)準(zhǔn)）。新版標(biāo)準(zhǔn)修改采用ISO 18080—1:2015《紡織品 織物靜電性能評(píng)價(jià)的試驗(yàn)方法 第1部分：電暈充電法》，與舊版標(biāo)準(zhǔn)相比，有幾處比較關(guān)鍵的技術(shù)變化。本研究將圍繞新舊標(biāo)準(zhǔn)的差異點(diǎn)，對(duì)8種單組分試樣進(jìn)行試驗(yàn)，來(lái)對(duì)比分析新舊標(biāo)準(zhǔn)的差異點(diǎn)及纖維類型等因素對(duì)抗靜電測(cè)試結(jié)果的影響。

1 紡織品靜電壓半衰期測(cè)試方法

1.1 測(cè)試原理及測(cè)試結(jié)果表達(dá)

GB/T 12703.1的測(cè)試原理是通過(guò)充電裝置對(duì)試樣施加電壓至穩(wěn)定，然后斷開(kāi)高壓電源，試樣表面聚集的電荷開(kāi)始逸散，試樣上的靜電壓值隨之自然衰減。測(cè)試通過(guò)確定試樣的峰值電壓和靜電壓衰減至初始值一半所需的時(shí)間，來(lái)量化試樣的抗靜電性能。測(cè)試結(jié)果包含峰值電壓和半衰期兩個(gè)部分。

1.2 新舊標(biāo)準(zhǔn)比較

對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12703.1新舊版本的測(cè)試程序及結(jié)果表達(dá)，其差異主要集中在預(yù)處理的預(yù)烘溫度、環(huán)境濕度、放電時(shí)間、測(cè)試次數(shù)及抗靜電性能評(píng)價(jià)要求等方面，具體見(jiàn)表1和表2。

表1 標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12703.1新舊版本測(cè)試要求對(duì)比

表2 標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12703.1新舊版本抗靜電性能要求對(duì)比

2 紡織品靜電壓半衰期測(cè)試比對(duì)

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1.1 試驗(yàn)樣品

本次對(duì)比試驗(yàn)采用了8種單組分樣品，樣品信息見(jiàn)表3。

表3 試驗(yàn)樣品

2.1.2 試驗(yàn)儀器

本次對(duì)比試驗(yàn)主要采用了2款儀器，試驗(yàn)儀器信息見(jiàn)表4。

表4 試驗(yàn)儀器

2.1.3 試驗(yàn)方案

本研究結(jié)合新舊標(biāo)準(zhǔn)的差異點(diǎn)，采用控制變量法（A組、B組、C組）討論預(yù)烘溫度對(duì)紡織品抗靜電性能的影響，通過(guò)按新舊標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行測(cè)試（D組、A組）討論環(huán)境濕度、評(píng)級(jí)系統(tǒng)等更新差異點(diǎn)對(duì)紡織品抗靜電性能的影響，試驗(yàn)方案見(jiàn)表5。

表5 抗靜電性能試驗(yàn)方案

紡織品抗靜電性能的影響因素很多，本研究為分析不同單組分纖維的吸濕性能對(duì)紡織品抗靜電性能的影響，對(duì)A～D組不同狀態(tài)下的試樣回潮率進(jìn)行了測(cè)定，回潮率的測(cè)定方案見(jiàn)表6。

表6 回潮率測(cè)定試驗(yàn)方案

目前紡織品主要的抗靜電整理方法有：織物表面親水整理、纖維化學(xué)改性法、混紡或嵌織導(dǎo)電纖維、涂覆法等。抗靜電整理的主要改進(jìn)方向是：減少電荷的聚集、加速電荷的泄漏、中和產(chǎn)生的靜電電荷。為分析靜電整理的效果和耐久性，按GB/T 12703.1—2021測(cè)定了成分為滌綸的樣品洗前、洗后狀態(tài)下（8#、9#）的抗靜電性能。水洗程序?yàn)槭褂肎B/T 8629—2017規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)洗滌劑3，按照程序4N在40℃水溫條件下循環(huán)水洗3次后烘干。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)對(duì)8種試樣按不同方案進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)得峰值電壓和半衰期的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7，試驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)見(jiàn)表8，測(cè)得試樣的回潮率結(jié)果見(jiàn)表9。

表7 抗靜電測(cè)試結(jié)果

表8 抗靜電測(cè)試結(jié)果評(píng)價(jià)

表9 回潮率測(cè)試結(jié)果

2.3 結(jié)果對(duì)比與分析

2.3.1 預(yù)烘處理對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

A組、B組、C組進(jìn)行了不同預(yù)烘方式的處理。由表7和表8可知，進(jìn)行了預(yù)烘處理的A組和B組，測(cè)試結(jié)果基本一致，而未進(jìn)行預(yù)烘處理的C組試樣的半衰期（或殘余電壓百分比）均小于A組和B組的測(cè)試結(jié)果。其中，4#（羊毛）試樣半衰期結(jié)果受預(yù)烘處理影響最大，未進(jìn)行預(yù)烘處理的半衰期測(cè)試結(jié)果只有A組測(cè)試結(jié)果的29%；3#試樣（粘纖）三組試驗(yàn)結(jié)果抗靜電性能均為A級(jí)，但C組測(cè)得的峰值電壓明顯小于A組和B組，是A組測(cè)試結(jié)果的60%；5#～7#在不同預(yù)處理狀態(tài)下抗靜電結(jié)果較為一致，抗靜電性能均較差，預(yù)處理方式對(duì)其影響很小。

由表9可知，試樣進(jìn)行預(yù)烘處理后，回潮率下降，且預(yù)烘溫度越高，回潮率下降越大（50℃預(yù)烘的e組回潮率大于70℃預(yù)烘的f組）。預(yù)烘后的試樣在放入相同的試驗(yàn)環(huán)境中進(jìn)行吸濕，調(diào)濕24h后，達(dá)到吸濕平衡狀態(tài)時(shí)回潮率基本一致（a組、b組），因此A組和B組的抗靜電性能結(jié)果相近。

而未進(jìn)行預(yù)烘處理的C組試樣在放入試驗(yàn)環(huán)境中，由于實(shí)際回潮率（g組）較大，試樣進(jìn)行放濕。因?yàn)槔w維的吸濕滯后現(xiàn)象，如圖1所示，放濕達(dá)到的平衡回潮率（c組）大于吸濕達(dá)到的平衡回潮率（a組、b組）。因此C組的抗靜電試驗(yàn)結(jié)果優(yōu)于A組、B組。試樣的吸濕性能越好，吸濕滯后現(xiàn)象的影響就越大。3#（羊毛）試樣和4#（粘纖）試樣在8種樣品的吸濕性能中位列前二，因此受到預(yù)烘處理的影響最為顯著，二者在C組抗靜電試驗(yàn)結(jié)果上出現(xiàn)較為明顯的差異；而幾種化學(xué)纖維的回潮率較小，放濕和吸濕達(dá)到平衡回潮率造成的誤差較小，因此預(yù)烘處理對(duì)其影響較小。

圖1 吸濕滯后性圖[6]

2.3.2 新舊版本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響對(duì)比

A組按舊版標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12703.1—2008執(zhí)行測(cè)試，D組按新版標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12703.1—2021執(zhí)行測(cè)試。由表7可知，D組試樣的半衰期（或殘余電壓百分比）均小于A組的測(cè)試結(jié)果，相同樣品按新版標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行測(cè)試，測(cè)得的抗靜電性能較好。

由表1和表2可知，新舊版本標(biāo)準(zhǔn)的主要差異體現(xiàn)在預(yù)烘溫度、試驗(yàn)環(huán)境濕度、試驗(yàn)次數(shù)、放電時(shí)間和性能評(píng)定等方面。結(jié)合上文及表7～表9的試驗(yàn)結(jié)果，新舊版本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)相同紡織品抗靜電性能的主要影響因素是試驗(yàn)環(huán)境濕度和性能評(píng)定要求。

已知預(yù)烘處理不影響試樣在相同環(huán)境達(dá)到的平衡回潮率，試樣在相對(duì)濕度更高的環(huán)境下，達(dá)到的平衡回潮率更高，相應(yīng)的試樣抗靜電性能更好。D組測(cè)得回潮率（d組）大于A組回潮率（a組），因此抗靜電結(jié)果D組各試樣均優(yōu)于A組。

對(duì)于紡織品的抗靜電性能評(píng)價(jià)，2021版的評(píng)價(jià)名稱為“優(yōu)異”“較好”“一般”“差”， 2008版的評(píng)價(jià)名稱為“A級(jí)”“B級(jí)”“C級(jí)”，在表述形式上2021版相較更為直接明確。對(duì)于級(jí)別評(píng)定的要求上，2021版抗靜電性能判定為一般及以上的半衰期要求，相比2008版C級(jí)及以上的要求放寬了4倍，并且越高的級(jí)別所要求的半衰期區(qū)間也越大。如#4（羊毛）試樣按照2008版測(cè)試的抗靜電性能評(píng)級(jí)為“C級(jí)”，而按照2021版測(cè)試的結(jié)果評(píng)價(jià)則為“優(yōu)異”。

綜上所述，相同的樣品，按新標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行測(cè)試，測(cè)得抗靜電性能的結(jié)果和評(píng)價(jià)較好。

2.3.3 纖維成分對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響對(duì)比

根據(jù)表7可知，試驗(yàn)測(cè)得紡織品的靜電電壓結(jié)果基本集中在1.2kV～1.5kV的范圍內(nèi)，表明多數(shù)紡織材料的最大帶電量是接近相等的，結(jié)果的差異主要體現(xiàn)在半衰期，半衰期反映了靜電在紡織品材料上的衰減速度。影響靜電聚集能力和衰減速度的主要因素是材料的比電阻，而比電阻的影響因素也和纖維回潮率和試驗(yàn)環(huán)境有關(guān)，纖維含水率及環(huán)境濕度越大，纖維質(zhì)量比電阻最小。根據(jù)表9可計(jì)算得到A組、D組試樣的含水率，如表10所示。

表10 含水率測(cè)試結(jié)果匯總表

6#（錦綸）試樣和7#（腈綸）試樣在標(biāo)準(zhǔn)要求的低濕度的環(huán)境中，空氣相對(duì)濕度小，纖維含水率低，質(zhì)量比電阻大，抗靜電性能差。對(duì)于#5（蠶絲）試樣，當(dāng)lg

M

在0.8～1.2間，質(zhì)量比電阻變化尤為顯著；而當(dāng)lg

M

小于0.8時(shí)，其比電阻很大，甚至高于相同含水率的錦綸纖維，因此在標(biāo)準(zhǔn)要求的低濕度環(huán)境下，5#同6#、7#一樣，其抗靜電性能表現(xiàn)差。3#（羊毛）、4#（粘纖）含水率最高，lg

M

均在0.9以上，但同樣的含水率，粘纖的比電阻較小，其抗靜電性能較好。

2.3.4 抗靜電整理對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響對(duì)比

表9中，滌綸樣品測(cè)得回潮率在所有試樣中最小，并且受預(yù)處理的影響也最小，但根據(jù)表7和表8，洗前樣（8#）的抗靜電性能表現(xiàn)優(yōu)異，洗后樣（9#）的性能為差。

#8試樣使用了離子型化合物的抗靜電劑，通過(guò)提升織物的導(dǎo)電性能來(lái)改善其抗靜電性能。但這類表面整理方法存在的問(wèn)題是抗靜電效果耐久性較差，經(jīng)數(shù)次洗滌后，織物的抗靜電效果便趨于消失。

因此，功能整理工藝在滿足改善性能的前提下，也應(yīng)當(dāng)考慮提高紡織品抗靜電的耐久性。

3 結(jié)論

本文按照GB/T 12703.1的新舊版本，測(cè)定了8種單組分試樣的抗靜電性能，通過(guò)對(duì)8種試樣的靜電電壓、半衰期、回潮率等測(cè)試結(jié)果比較與分析，得出如下結(jié)論：

（1）預(yù)烘溫度對(duì)抗靜電測(cè)試結(jié)果影響較小，未進(jìn)行預(yù)烘處理會(huì)影響測(cè)試結(jié)果，試樣吸濕性能越好，纖維的吸濕滯后現(xiàn)象會(huì)越嚴(yán)重，預(yù)烘處理對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響越大。

（2）環(huán)境濕度對(duì)抗靜電測(cè)試結(jié)果有影響，濕度越高，試樣平衡回潮率越大，試樣比電阻越小，試樣的抗靜電性能越好。

（3）相同織物按照新舊版本標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，新版本測(cè)得的抗靜電結(jié)果較好，新版標(biāo)準(zhǔn)提高了試驗(yàn)環(huán)境濕度，并擴(kuò)大了性能評(píng)價(jià)要求的半衰期區(qū)間。

（4）抗靜電整理可以顯著提升紡織品的抗靜電性能，但使用時(shí)應(yīng)注意選擇適合紡織品用途及使用壽命的整理助劑，不耐水洗的抗靜電整理并不能維持長(zhǎng)期使用產(chǎn)品的抗靜電性能。