织物静电测试仪工作原理解析

织物静电测试仪工作原理解析

一、织物的抗静电研究进展

当两种固体材料接触和迅速分开时，紧密接触的两物体表面互相摩擦而发生一系列的接触和分离过程，造成电荷在物体表面间的转移，一种材料具有较大的吸附电子的能力而使电子转移到材料表面上，获得电子的表面呈现出负电荷，而另一个表面由于失去了电子而带正电荷，由此产生了静电现象。

静电作为一种近场自然危害源，给人类社会已经造成了重大损失和危害。1969年底在不到一个月的时间里，由于静电放电（ESD)引发荷兰、挪威、英国三艘20万吨超级油轮洗舱时相继发生爆炸;第一个阿波罗载人宇宙飞船也是由于静电放电导致火灾、爆炸，使三名宇航员丧生。在石油、化工、粉体和炸药生产、加工的过程中由于ESD火花引发的恶性事故也时有发生。

纤维及其制品在生产加工和使用过程中，由于受摩擦、牵伸、压缩、剥离及电场感应和热风干燥等因素的作用而产生静电。虽然静电电流很小，不会对人体生命产生威胁，但却给人们生产加工和服用过程带来诸多不便。

使用合成纤维制成的床单、毛毯或汽车坐垫时，人们经过摩擦后立即接触金属门把，就会有一定程度的电击感。在干燥的气候条件下，脱去合成纤维的衣服时，会听到清脆的“劈啪”声，此时若在暗处，还可以看到电火花。这种放电的电压很高，而放电量较小，虽然不会带来直接生命危险，但却给人们带来不适和烦恼，也有可能因此而间接地带来事故。化学纤维在摩擦条件下易产生静电，静电现象比天然纤维严重的多。但即使是天然纤维，在冬季和低湿环境下，纤维及其制品也会产生静电。

穿着合成纤维服装受静电干扰较突出的一种表现是缠贴现象，如女裙因静电吸引缠绕人腿，在干燥气候条件下的涤纶女裙，甚至会使人步行困难。穿着此类服装并在周围存在易燃易爆气体的环境中活动时，存在一定的危险性，会引起火灾和爆炸。服装带电后的又一特征是很容易吸附灰尘。化纤织物在使用过程擦而带上静电，容易吸附空气中的尘埃。尘土吸附后，还不易掉落。穿着未经抗静电加工的合成纤维服装，不仅易吸灰沾污，还会沾污与其紧贴穿着的其他服装，甚至会使人体皮肤也迅速受到沾污。

要减小甚或避免静电的危害就必须采取防静电的措施，研究这些措施的前提是必须首先了解静电的产生机理或过程。

二、静电产生的机理

静电产生的先决条件是出现电荷聚集，即通常所说的起电。起电的方式或机制有多种，如接触起电，摩擦起电，变形起电（压电效应）以及光电和热电效应等。由于纤维高聚物为不良导体，故电荷一旦生成，就极易形成静电。

1、接触起电

两种物质只要接触，其间并不发生任何摩擦，由于表面性质的不同，当两接触物分离时，就会产生静电，而这种形式产生的静电就称为接触起电。接触起电的关键，在于材料接触表面电层性质的变化，两种物体相互接触时，因物质表面性质不同而诱导取向和界面极化，.在表层产生双电层排列a此时，表面分子层的电荷和排列与内层不同。当分离时，某物质就将接触时吸引的电子捕获而走，形成带电荷层和极化层。显然，电荷的形成可能是由极化作用引起的电离和吸附，或由电子的亲和力作用引起的电动现象，并在极薄的表层中形成电荷层，与次内层有别。

酸性高聚物易于丢失正离子而变为负电荷表面；碱性高聚物则反之。不论接触物质的性质如何，其接触表面状态的影响是至关重要的，一是表面的清洁度，一是表面的平滑性。

2、摩擦起电

摩擦起电比接触起电要复杂得多，其不仅仅是接触，还包括挤、压、拉、磨、剥离、粘附等各种物理机械作用。摩擦过程实际上就是相互摩擦的两个物体接触面上不同接触点之间连续不断地进行接触和分离的过程。接触面两侧温度的非对称性引起的电荷转移以及摩擦中的质量转移引起的生电现象，部分剥离、粘合以及温度差引起的扩散等，其终止为表面的分离和形变的停止。

纤维摩擦起电的复杂性，不仅体现在摩擦起电机理的多样性，而且表现在摩擦作用的多重性，如压电生电，热电生电，质量转移生电，各种变形生电，使同一材料表面(织物表面）的电荷量和正负电性均会不同。材料表面的形状也会影响电荷的转移，而且随着环境条件、加压大小、摩擦快慢，带电量和电性都会发生较大的变化，因此纤维材料的摩擦起电试验必须在严格的条件下进行和比较。

3、压电起电

在一定压力作用下，纤维的变形，尤其是晶格的变形会产生带电现象。而压力大小的变化，会导致电荷量或感应电势的变化。有人对羊毛做过试验，随着压力的增大，羊毛的微电势会上升，带电量增加压电效应在晶体中用得最多，如压电陶瓷片用于电子打火、音响传感器头和测量传感器等等。

4、热电效应

加热可使纤维表面的分子产生强烈的布朗运动和降低纤维表面的功函数、费米能组以及价带和禁带作用。这都会导致电荷的逸出和热解离子，同时纤维表面的晶格也会发生变化，产生附加电势而带电。Henry认为，两个接触面温度存在差异，或在同样温度作用下，因为材料的变形和热效应不同，会导致电荷由高温区向

低温区的扩散，以及由高浓度区向低浓度区的扩散。不过这种情况较多地还是发生在金属物质上，如各种金属热电偶，就是利用温度变化，引起材料功函数以及导、价带能级的变化，产生附加热电势而作为材料热学量的测量传感器w。

三、织物抗静电的基本原理

根据静电产生的机理，纺织材料在生产加工或使用中，发生了两个相反的静电过程，即静电的产生和散佚。因此，实际的静电荷水平是这两个相反过程达到动态平衡的过程。

.导电纤维的抗静电机理是使导电纤维间产生电晕放电。电晕放电是一种很缓和的放电现象，当静电压达到一定数值后，即产生无火花的电晕放电使静电消除。

如图2-1所示，穿着的工作服因磨擦而带电，带.电体(工作服)各部分的电力线集中于细的导电纤维(静电感应)。这样，在导电纤维的近旁就形成不均匀的强电场。使导电纤维附近的空气电离成正负离子对，空气的绝缘被破坏，发生电晕放电。根据电荷“同性相斥，异性相吸”原理，产生的新空气离子与工作服所带电荷相反的离子迅速移向带电工作服，而与带电工作服所带电荷相同的离子则向人体移动，人体导向大地，结果是带电工作服的电荷被中和。这样，导电纤维由于带电工作服本身形成的电场引起自身放电而达到消除静电的目的。

这种现象通常认为是织物中的导电纤维在静电场的作用下，使周围的空气产生迅速移向带电工作服，而与带电工作服所带电荷相同的离子则向人体移动，人体导向大地，结果是带电工作服的电荷被中和。这样，导电纤维由于带电工作服本身形成的电场引起自身放电而达到消除静电的目的。