家紡產品對空間負氧離子含量和分布的影響實驗研究

劉金抗，葛 玲，袁 燕，陳 鳳

（紫羅蘭家紡科技股份有限公司，江蘇 南通 226300）

1 研究背景

目前，市場上的負氧離子發生器多利用脈沖、振蕩電器將低電壓升至直流負高壓，采用單個金屬或碳元素制作的放電針產生電暈，高速放出大量的電子，釋放的電子不穩定，壽命極短，很快被空氣中的氧分子（O2）捕捉，形成氧離子（O2-），再與空氣中的水蒸氣結合形成負氧離子[O2-(H2O)n]。由于空氣負離子的壽命比較短，且在被污染的空氣中壽命更短，在產生到擴散的過程中不斷衰減[1]。劉洪軍[2]對市場大部分空氣凈化機（包括日本知名品牌）進行了檢測，在設備的出風口使用日本3200空氣負離子檢測儀可以測出高達幾百萬個負離子，但是距離風口1 m后，檢測數據極低，大約500個/m3，距離風口2 m以后檢測負離子數據增量基本為零。由于負離子衰減速率太高，只能在局部范圍內達到很好的凈化和粉塵沉降效果，對整個室內空氣凈化的效果不大。負氧離子織物主要通過后整理的方式將負氧離子整理到織物上，面臨耐洗次數低的問題。因此，掌握空氣負離子的分布規律以及增加負離子的有效作用空間具有科學意義。

本研究通過采用面形的碳纖維釋放器取代傳統的放電針組建渦流電場，最重要的是通過對家紡產品的特殊整理形成復合離子場，消除家紡產品對負氧離子流動和分布的阻礙，擴大負氧離子在家紡產品附近的分布；提高室內負氧離子的含量和均衡負氧離子在室內空間的分布，進而達到改善家居環境中空氣質量的目的。

2 實驗研究

2.1 實驗空間設置

本實驗所用空間為5.12 m×3.97 m×2.98 m的空房間（圖1）。實驗時，在房間的M點和N點設置了負氧離子發生器的發射點，在空間中沿著M點負氧離子發生器放電頭的軸向平均設置了9個檢測點（間距50 cm），用來測試和對比空氣中負氧離子的含量。

圖1 負氧離子含量實驗空間設置示意

空間中的床上布置了經過負氧離子整理處理的家紡產品，經測量，其負氧離子的釋放量為（1 530±132）個/cm3。

2.2 負氧離子發生器放電頭設置

本實驗采用的負氧離子發生器電源和碳纖維發射板均采購于廈門方卓電子科技有限公司（圖2）。前期，筆者為了比較不同放電頭面積對空間負氧離子含量和分布的影響，設計組裝了3種形式的放電裝置：（1）單頭碳纖維發射板表示負氧離子發生器的放電頭為單個碳纖維發射板單元；（2）橫排和豎排碳纖維發射板表示負氧離子發生器的放電頭為一排碳纖維發射板單元（6個，間距10 cm）組成的放電裝置；（3）單面碳纖維發射板表示負氧離子發生器的放電頭為多個碳纖維發射板組成的放電面（9個，間距25 cm）。每種形式的放電裝置所接電源相同。前期實驗研究表明，放射面相比放射頭更有利于增加空間內的負氧離子含量，因此，本實驗采用單面碳纖維發射板的負氧離子發生器[3]。

圖2 碳纖維發射板和負氧離子發生器

2.3 負氧離子含量檢測

本實驗采用IMH01型空氣負氧離子測量儀（北京東創旭新測控技術有限公司，測量精度為0～5 000 000個/cm3）測定空氣中負氧離子的含量，待室內溫濕度穩定后，每個測量點測試5次。由于測量點比較多，實驗條件不能滿足同時測量的要求，每組實驗的測量順序一致。

2.4 渦流電場促進空間負氧離子分布原理

兩個負氧離子放射面不僅可以增加空間空氣中負氧離子的濃度，而且可以組建渦流電場，加速負氧離子在空氣中的流動，改善負氧離子分布不勻的情況。處于電場中的帶電粒子除了經常做不規則運動，不斷與其他粒子發生碰撞外，還受到電場力的作用，沿電場方向得以加速并積累動能。一個負氧離子放射面形成的是高壓負電壓，與之對應的墻面作為正極，兩者之間會形成一個高壓靜電場，空氣中的負氧離子在高壓靜電場庫倫力的作用下做加速運動，促進負氧離子在空氣中的流動。本項目采用兩個負氧離子放射面形成一定角度擺放，形成一個復合的高壓靜電場（圖3），空氣中的負氧離子會受到復合電場的庫倫力作用做加速運動。由于空間中每個點的電場復合后對負氧離子所形成的庫侖力方向不同，使負氧離子的運動軌跡為平拋運動，進而促進了負氧離子在空間中的分布。

圖3 復合電場下負氧離子受庫侖力作用的運動軌跡

2.5 測試結果分析

由表1和圖4可知，室內空間中設置了兩個負氧離子釋放面且布置了經過負氧離子整理技術處理的家紡產品。由圖4可見，空氣中負氧離子的濃度在靠近負氧離子釋放器的檢測點處最高，在遠離兩個釋放器的釋放面處最低，最低值為57 560個/cm3。此外，因家紡產品的加入，負氧離子濃度在1～2 m下降的幅度有所減小，說明家紡產品的加入影響了空氣中負氧離子的分布。

表1 兩個放射面發射的負氧離子數測試結果（個/cm3）

圖4 渦流電場下室內負氧離子數隨間距的變化

在垂直于負氧離子發生方向上，空間中的負氧離子濃度先升高再降低，處在負氧離子發生方向的軸線上負氧離子濃度高，而處在空間的兩側墻面，空氣中的負氧離子濃度最低，如圖5所示。但是，相比沒有家紡產品的加入，加入家紡產品使空間中負氧離子的濃度分布變寬。

圖5 兩個放射面發射的負氧離子數隨垂直軸向間距的變化

3 研究結論

應用碳纖維束圍成的放射面作為負氧離子發生器的釋放器，在空間負氧離子渦流電場中，加入經負氧離子整理技術處理的家紡產品，兩者疊加形成高濃度、均勻分布的居室空間負氧離子場，可以充分改善居室空氣環境[4]。

4 未來設想

在開發床品面料的基礎上進行負離子功能型家紡產品的系列化開發，設計整體配套家紡產品，如掛毯、抗菌防螨被芯、枕芯、窗簾、地毯、衛浴產品、家居服等。首先，符合現代家紡整體配套的發展趨勢；其次，室內空間全方位的抗菌防螨功能型家紡產品的配置可以明顯改善居室空氣環境；最后，豐富多樣的產品設計也可以增加產品銷量，有利于產品的市場推廣，可以進一步推動功能家紡產品技術更新和產業升級。