抗静电整理

浙江纺织服装职业技术学院教案

第七章抗静电整理

7．1 静电现象

7．1．1 静电的产生

“静电”这—术语是指与电荷积累有关的现象。例如，两物体因相互接触和/或摩擦而产生的带电现象。

所有的物质都是由原子组成的，而原子又是由带正电荷的原子核与带有等量负电荷的绕着核旋转的电子组成。因此，在一般情况下，物体是呈电中性的。但在一定条件下，物体会带电荷。例如，给物体施加外电场时，外电场使物体带电；带电体和非带电体接触时，发生电荷转移而使后者带电；在没有外电场，也未和带电体接触的情况下，两物体因相互接触和/或摩擦而带电。

物体可因多种原因而带电。在纺织工业中，我们最关注的是物体因相互接触和/或摩擦而带电。

由于物体中不同原子的原子核对核外电子的束缚能力（以逸出功表示）不相同，其间可能会发生电子转移。束缚能力小者，电子易逸出，因失去电子而带负电；束缚能力大者，电子不易逸出，反而易吸引其它原子的电子而带负电。

当两个物体接触时(两接触面间的距离小于25×10－4μm)，两个表面之间的接触可能使电子跨越界面在两个方向连续的流动。即使是相同材料，一个表面也可从另一个表面得到其失去的电子。两表面之间发生电子转移而形成双电层，由于双电层所带电荷极性相反电荷相等，因此在接触区对外呈电中性。当两个表面分离时，由于电子分布的变化将使相接触的每一材料产生数量相等而符号相反的电荷(带有多余电子的材料带负电荷，而缺少电子的材料带正电荷)。如果是导体，当物体分离时，通过电子的瞬间反向流动，而使电子数目平衡。但如果是绝缘体，则电荷可持续存在相当长的一段时间，从而产生静电现象，材料的导电性越低，则所带电荷越多。

在两物体相互接触和摩擦过程中，摩擦功可以转化为热能，也可以转化为静电能。“摩擦起电”这一术语是表示通过在物体上的摩擦作用产生电荷。虽然并非只有摩擦才能产生电荷，但是通过摩擦可增加电荷的产生量。纺织材料的静电现象可能主要是由于摩擦起电引起的。

纺织材料上积累的静电电荷可通过三种方式而流散：其一是材料与空气中带相反电荷的粒子或离子相互吸引而中和或通过电晕放电而流散；其二是借助与其它物体的接触，尤其是与良导体的接触而流散；其三是电荷沿材料表面流动至其它部位，然后通过与良导体的接触而流散，并扩大了向空气放电的面积。

纺织材料之间或与其它物体相互摩擦，两物体接触界面不断接触—分离，静电电荷不断积累，但同时静电电荷可通过上述三种途径而消散。因此，纺织材料的静电性能取决于材料的静电积累和静电流散性能的综合。如静电易产生但流散速度快，那么纤维实际带电少，静电障碍小，反之如流散性能差，那么就会产生严重的静电障碍。对于导电性较好，静电效应较小的纺织材料，它的静电起电、积累和流散仅在几秒钟甚至几分之一秒内即能完成。

两个物体相互接触摩擦时，哪一个带正(负)电是有一定规律的，可以排出各种物质的静电系列。在排列顺序中，相互摩擦的两种材料，排在序列前面的带正电荷。Ballou测定的纺织纤维的摩擦带电序列为：

(＋)羊毛、尼龙、蚕丝、粘胶纤维、玻璃纤维、棉、苎麻、

醋酯纤维、维纶、涤纶、腈纶、氯纶和聚乙烯(－)

Lehmicke和Blakemore则分别给出了不同的结果：

(＋)玻璃、人发、锦纶、羊毛、真丝、粘胶、棉、纸、苎麻、

钢、硬橡胶、醋纤、腈纶、聚偏氯乙烯(－)

(＋)玻璃、羊毛、锦纶、棉生丝、聚酯纤维、聚丙烯(－)

由于各自的测试条件不同，试样的超分子结构和表面形态(如粗糙度)不同，试样中杂质的成分和含量有差异，在现已发表的一些静电序列中，纤维的排列顺序不尽相同，但大体上相似，羊毛和聚酰胺纤维一般排在序列的靠正电荷端，纤维素纤维排在中间，而合成纤维中除聚酰胺以外都排在序列的负电荷端。一般地，介电常数较高的物质在正端，介电常数较低的物质在负端。静电序列可用于预测其产生电荷的符号，但不能预测所带的电荷量的多少。

影响材料接触或摩擦起电的因素很多，仍有一些现象不能圆满解释，例如，将粘胶丝织物与不锈钢棒摩擦时，压力小时织物带正电荷，压力大时则带负电荷。

在非导体上，也可通过诱导作用产生电荷。例如，当带负电荷的物体排斥另一个与其相接近的物体表面的电子时，就会使后者物体表面带正电荷。如果其质量非常小；则能被吸引到带负电荷的物体上。当接触时，正电荷逐渐被中和，又出现负电荷，并对小的物体产生排斥作用。

7．1．2 静电的危害

由于纺织纤维的静电现象，在纺织加工和消费者应用时，带来了各种各样的问题。例如，在纺织纤维制造加工中，将给纤维的开松、挤压相梳理，纱线的卷装成形及抗起毛起球和防污带来许多困难。由于静电作用而引起吸灰尘沾污，使衣服之间、衣服与人体产生缠绕现象，而且在地毯上走动或在装饰织物上摩擦时，会有电击作用。人在化纤地毯上行走时，人体就会带上3000～5000V的静电，相对湿度低时，可达5000～18000V。纺织品的静电现象也会干扰计算机及其他灵敏的电子仪器的正常工作，并且，当大量电荷放出时会导致可燃性气体和粉尘的燃烧。

7．1．3 防止静电危害的方法

防止静电危害的途径有以下几种：

(1) 在生产过程中使用静电消除器(高压直流电场针状电极放电装置)消除静电，或采用接地法，使静电泄漏。

(2) 控制静电荷的产生：

①采用能减少静电产生的材料，减少摩擦机会，降低摩擦压力和速度。这是消极的方法，受生产、使用条件和环境的制约。

②增加材料周围的空气湿度，从而增加材料表面吸湿，降低材料表面的电阻。同时，也可以增加通过空气泄漏电荷的速度。一般只有在相对湿度大于70％时，才会有消除静电的效果。

③与导电材料混用。导电材料主要有金属纤维、石墨、金属涂层材料和导电性聚合物。

④使材料表面改性。用亲水性化合物和材料表面的活性基团反应，在材料表面引入亲水性化合物或生成亲水性接枝聚合物。

⑤在材料内部添加或在材料表面使用抗静电剂。

7．2 抗静电机理

各种纺织纤维材料在相互接触和摩擦中，虽然都能产生电荷，而且形成的最大带电量接近相等，但不同纤维却表现出不同的静电现象。棉、羊毛、蚕丝织物在加工和服用中几乎不会感到有带电现象，而涤纶、腈纶等合成纤维在服用中表现出较强的电击和静电火花及静电沾污现象。这主要是由于各种纤维的表面电阻不同，产生静电荷以后的释放静电的速率差异较大。举例来说，金属是导电性较高的材料(体积比电阻108Ω)，水的导电能力比一般金属导体还高，而一般疏水性合成纤维的体积比电阻高达1014Ω，比纯水高108倍，比含有可