织物抗静电性能影响因素分析

织物抗静电性能影响因素分析

因静电危害造成的人员伤亡、意外爆炸、电子元器件损坏、强电磁干扰等现象已引起相关部门的高度重视,确保相关行业安全生产的劳动防护标准也在不断完善, 抗静电织物的应用越来越广泛。生产抗静电织

物的方法主要有织物表面整理、纤维化学改性和嵌织导电纱3种。随着导电纤维技术的不断发展和完善,

在织物中植入导电纤维是目前公认的提高纺织品抗静电性能的理想方法。导电纤维的植入法主要有:第一,

混入法,即在天然纤维或化学纤维中混纺一定比例的导电纤维,经纺织加工成抗静电织物;第二, 网络复合法, 即将有机导电纤维与常规网络丝复合,间隔排列于抗静电织物中;第三, 直接并合法, 即将导电丝与涤纶

网络丝并捻, 间隔排列在抗静电织物中。第二种方法和第三种方法制得的织物又被称为嵌入式抗静电织物。嵌入式抗静电织物具有品种翻改方便,适应性强的优点,可根据具体产品的抗静电性能要求,灵活地调整导

电纱间距,满足特殊工作环境的需求, 也因此给嵌入式抗静电织物创造了更加广阔的发展空间。本研究采用正交试验法分析织物抗静电性能的影响因素。通过研究导电纱的配置方式、间距与织物抗静电性能关系, 将有助于产品设计者更好地发挥导电纤维的作用, 开发出更好的抗静电产品,拓宽产品开发思路。

一、织物抗静电性能的影响因素

1.1 试验方案

主要从主体纱线的选择、导电纱的选配、织物组织、紧度4个方面研究其对织物抗静电性能的影响。所用的主体纱线、导电纱规格如下:T/C65/35 13.06 tex×2, 45 tex腈纶纱, 51.11 tex涤纶网络丝, 28.12 tex碳黑型导电纱, 直径0.06 mm不锈钢长丝。按正交试验设计要求及试验条件限制, 将导电纱种类、织物紧度作2个水平, 主体材料、织物组织作3个水平, 各因素和水平如表1所示。导电纱沿纬向分布,间距均为0.6 cm。

由于各因素的水平数不相等, 故采用拟水平法[ 2]把水平不等的问题化为水平相等的问题来处理:根据实践经验, 从因素B的第一、第二两个水平中选出一个较好的水平作为第三水平的虚拟水平,从因素D的第一、第三两个水平中选出一个较好的水平作为第二水平的虚拟水平, 使因素B和D变为三水平,把问题转化为四因素三水平。用正交表L9(34 )安排试验, 共做了9次试验。以织物的摩擦静电压作为考察指标,建立如表2所

示的正交试验表,括号内的是因素B和D的真正水平安排。

1.2 摩擦静电压的测试

测试前对所有试样洗涤处理, 以消除纺纱油剂、浆料等对测试结果的影响。试样在温度16 ℃、相对湿度55%条件下调湿1天后在LFY-402型织物摩擦式静电测试仪上测试, 用摩擦静电压来表征织物的抗静电性能。试样大小:6 cm×8 cm,每次4块试样。磨料尺寸20 cm×2.5 cm(锦纶)。为避免导电纱分布随取样位置不同造成测试结果的很大差异,本次测试在夹持试样时始终使试样中1根导电纱对准同一直径位置,确保测试数据具有可比性。测试结果如表2所示。

1.3 方差分析

各因素对摩擦静电压影响的方差分析结果如表3所示。

由表3可以看出, 主体纱线材料(因素A)对织物抗静电性能影响非常显著, 导电纱材料(因素B)对织物抗静电性能影响显著,织物组织(因素C)、紧度(因素D)对织物抗静电性能影响不显著。

二、各因素对织物抗静电性能的影响

2.1 主体纱线材料

织物的抗静电性能与主体材料的电学性质有关。本次试验主体纱线选择抗静电工作服常用的涤棉纱、腈纶纱、涤纶网络丝, 3种材料的质量比电阻分别为涤棉。

体材料的质量比电阻越大,织物的摩擦静电压越大, 抗静电性能越差。

抗静电织物主要用于特殊工种的工作服,主体纱线材料一般根据抗静电织物使用环境的要求选择。选用主体原料时应注意:第一,在超洁净环境下使用的织物不能产生绒毛, 应选用长丝类纤维;第二,在接触酸类的环境下, 宜用涤纶为主体原料的织物;第三, 在接触碱类的环境中, 宜用锦纶为主体原料的织物;第四, 在无特殊要求的环境下, 可选用涤、棉短纤维为主体的织物[ 3]。

2.2 导电纱材料

正交试验的方差分析表明:导电纱材料对抗静电性能影响显著。用于嵌入式抗静电织物的导电纱材料有:金属纤维(如不锈钢、铜、镍、铝等金属纤维,纤维直径通常在4 μm ～16 μm)、碳纤维以及导电纤维(在化学纤维表面镀层或在其内部添加导电性物质制成)。

导电纱材料的选择必须以基础织物的物理性能和成品的抗静电性能要求为依据。以导电纤维为例:导电纤维的主要技术指标包括基体材质、导电物质种类、含量、结构形式、色泽、电阻率和细度等[ 4]。导

电纤维的基体材质理论上应与基础织物所用的纤维材质相一致为好;导电物质的种类、含量和结构形式决定了导电纤维的颜色和电阻率, 故应根据产品的抗静电性能和外观色泽要求合理选用。

2.3 导电纱的分布

2.3.1 不锈钢长丝在织物中的分布状态与抗静电性能本次采用不锈钢长丝和碳黑型导电纱作为导电纱材料安排试验。测试结果表明:碳黑型导电纱织物的摩擦静电压明显低于不锈钢长丝织物。经进一步测试两种导电材料的电阻,发现不锈钢长丝的电阻为360 Ψ/m, 碳黑型导电纱的电阻为8 800 Ψ/m。然而根据经验常识, 应该是不锈钢长丝织物摩擦静电压低于碳黑型导电纱织物。实测结果与经验常识之间出现矛盾。为进一步探明原委,以涤纶网络丝为主体纱线,两种导电纱纬向间隔2 mm, 复织两组试样测试。经测试,碳黑型抗静电织物的摩擦静电压为1 094 V,小于不锈钢长丝织物的摩擦静电压5 134 V,依然是碳黑型导电纱织物的摩擦静电压明显低于不锈钢长丝织物。

仔细分析试样发现:不锈钢长丝完全沉没在织物里,影响了其优良的导电性能的发挥。也许,导电纱在织物表面的分布状况会影响织物的抗静电性能? 为了证实这一观点, 又将不锈钢长丝与涤纶网络丝并捻后再次试织试样(织物规格同前)。经测试, 摩擦静电压结果为476 V、472 V、526 V, 低于碳黑型抗静电织物的摩擦静电压1 094V。由此表明:不锈钢长丝与涤纶网络丝并捻后交织成织物,使不锈钢长丝有机会显露在织物表面,从而使织物的抗静电性能得到较大程度的改善。

2.3.2 导电纱在织物中的配置方式和间距与抗静电性能

导电纱在织物中的配置方式共有纬向、经向、网状配置3种。为探求导电纱配置与织物抗静电性能的关系,分别以涤棉纱、腈纶纱、涤纶网络丝为主体纱线,采用平纹组织,碳黑型导电纱进行织造,织物总紧度51%, 导电纱以5 种间距分别呈经向、纬向和网状配置形成抗静电织物试样。对3种织物共45块小样的摩擦静电压进行测试, 结果如图1、图2、图3所示。