紡織纖維制品靜電性能的標準與測試
紡織纖維制品在生產加工和使用過程中容易由于摩擦或者感應產生靜電，尤其使用回潮率低的合成纖維類紡織品的靜電積累現象更明顯［１?２］。 為了在實際應用中避免靜電積聚效應的危害，部分紡織纖維制品需要進行抗靜電處理，提高其自身導電能力。 紡織纖維制品抗靜電處理的本質主要包括兩個方面：一是使紡織品產生的靜電荷能夠迅速逸散消除，如加入導電性金屬纖維；另一個就是降低紡織品產生靜電的能力，如提高纖維材料的吸濕性能。
導體能夠將電荷從其產生處迅速轉移或傳導到其它部位，而電荷幾乎只能停留在產生處的物體叫絕緣體，通常將表面電阻大于 １０１４ Ω 的材料稱為絕緣材料。
各種材料的表面電阻如表 １ 所示，其中紡織纖維類產品表面電阻一般在 １０１３～１０２０ Ω 之間，這并不是嚴格意義上的范圍。 如果能夠將電阻降到 １０１３ Ω 以下，纖維制品就具有一定的抗靜電效應。 一些常用纖維的表面電阻如表 。
１ 抗靜電纖維
１．１ 抗靜電纖維
抗靜電纖維一般指電阻率在 １０８～ １０１３ Ω·ｃｍ 之間的纖維、導電纖維和纖維靜電序列［４］。 抗靜電纖維可以通過化學改性的方法提高纖維的吸濕性能，使纖維達到抗靜電的能力。 例如，將成纖聚合物與具有親水性基團的高分子化合物（或單體）接枝共聚；通過復合紡絲的方法，制成皮芯結構的纖維，芯層為抗靜電成分，皮層的聚合物對抗靜電組分起保護作用，保持持久的抗靜電性能；或使用抗靜電劑直接對纖維進行表面處理。 抗靜電纖維用于一般性抗靜電服裝和毛毯等。
１．２ 導電纖維
通常把電阻率小于 １０８ Ω·ｃｍ 的纖維定義為導電纖維。 導電纖維通過電子傳導和電暈放電的方式來消除織物中的靜電，靜電荷被隨時釋放而無法大量累積，所以具有抗靜電能力，且抗靜電、耐久，不受
環境濕度的影響［３］。導電纖維可分為金屬纖維、碳纖維、有機高分子導電纖維三大類。 金屬纖維主要指不銹鋼纖維、銅纖維、銀纖維和鋁纖維等。 金屬纖維具有導電性能優異穩定、可經受紡織染等工序而不改變性能等優點，缺點是柔韌性差、抱合力小，染色受限制等；碳纖維耐熱、耐化學腐蝕性，但缺乏柔韌性；有機高分子導電纖維指采用導電高分子材料直接紡絲成形的纖維，隨著聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯等導電高分子材料的迅速發展，利用導電高聚物制備導電纖維是未來的發展趨勢［５?７］。
導電纖維主要用于防靜電無塵工作服、潔凈服、無菌衣、抗靜電手套和抗靜電毛毯等高抗靜電性能要求的場合。
１．３ 纖維靜電序列
兩種不同的物質相互摩擦時，其中一種物質帶正電荷，另一種物質帶負電荷，根據兩種物質產生靜電極性的不同，將各種物質依次排成序列，叫做靜電序列。常用纖維的摩擦帶靜電序列：（ ＋） 錦綸、羊毛、蠶絲、粘膠、空氣、棉、麻、人體皮膚、滌綸、維綸、腈綸、丙綸、乙綸、氯綸（－）。
在靜電序列中靠前的纖維與靠后的纖維相互摩擦，靠前的纖維帶正電荷，靠后的纖維帶負電荷。史廣安等［８］ 研究了空氣在纖維靜電序列中的排位，將空氣作為一種物質排在靜電序列中，其位于粘膠纖維和棉纖維之間，認為同種織物摩擦產生靜電的原因是由于其與空氣的接觸分離，較好地解釋了同種織物摩擦產生靜電的現象。
他們還研究了人體皮膚在摩擦帶靜電序列中的位置，把人體皮膚的位置排在麻纖維與滌綸之間，這對于研究不同材料與皮膚摩擦產生靜電非常有幫助，例如預測產生正電荷還是負電荷，可能產生電荷量大小等。對于紡織服裝產品，在使用過程中將因與人體皮膚的摩擦而帶電，因此將人體皮膚排在靜電序列中，有利于研究人體與服裝摩擦產生靜電荷的狀況［９］。
根據靜電序列中纖維產生靜電的極性和程度不同，在設計產品時，首先盡量選用在帶電序列中位置相鄰近的纖維，可減少靜電荷的產生；其次在考慮可紡性和其它性能的同時，選擇適當的異類纖維混紡或交織，優化混紡比或交織比，使兩種纖維產生的異種電荷自行抵消。
２ 紡織品靜電性能評價
２．１ 紡織纖維制品靜電標準
目前，國內紡織纖維制品靜電性能標準按適用范圍可分為國家標準和紡織行業標準，按性質可分為方法標準和產品標準。 我國的紡織纖維制品靜電標準主要借鑒國際標準和國外的一些標準，包括日本標準（ＪＩＳ）、歐洲標準（ＥＮ）、美國標準（ＡＡＴＣＣ）和國際標準（ＩＳＯ）。 例如，ＧＢ ／ Ｔ １２７０３ 系列標準采用的是日本標準 ＪＩＳ Ｌ１０９４ 和 ＪＩＳ Ｔ８１１８；ＧＢ ／ Ｔ ２２０４２，ＧＢ ／ Ｔ ２２０４３則分別采用歐洲標準 ＥＮ １１４９－１，ＥＮ １１４９－２。 國內紡織纖維制品測試標準及采標情況如表 ３ 所示［１０?２２］，產品標準靜電性能的檢測項目和技術指標要求。
２．２ 帶電原理
不同標準采用的帶電方法和測試原理不同，目前比較常用的帶電方法包括接觸帶電和非接觸帶電，前者主要包括摩擦帶電和接觸充電，而后者主要指感應帶電。 摩擦帶電、接觸充電和感應帶電是目前見的三種紡織纖維制品靜電性能測試中的帶電原理。
２．２．１ 摩擦帶電
摩擦帶電是接觸起電的一種，指兩個物體接觸后相互作用和分離引起的材料間的電子轉移，這是材料產生靜電電荷見的過程。 紡織纖維制品在使用過程中被不斷摩擦，靜電一邊產生一邊逸散，纖維制品分離時，經過一系列的電子轉移，如逸散、放電、傳導、中和等過程，最后就用織物上殘留的剩余電荷量表征織物的靜電效應。
日常使用的大部分紡織纖維制品產生的靜電都屬于摩擦起電。 因此，采用摩擦的測試方法是實際使用情況的，可以模擬人穿著服裝摩擦以后的帶電情況。 該方法的關鍵點是對標準摩擦布的選擇，選擇不同的標準摩擦布將會有不同的測試結果，其結果不具有可比性。 例如，ＧＢ ／ Ｔ １２７０３ 系列標準使用的標準布是錦綸布，而 ＧＢ １２０１４ 用的標準布則是腈綸布。
利用摩擦帶電的方法測定紡織品靜電性能的標準主要包括：ＧＢ ／ Ｔ １２７０３．２—２００９ 《紡織品 靜電性能的評定 第 ２ 部分：電荷面密度》，采用人工摩擦的方法；ＧＢ ／ Ｔ １２７０３．３—２００９ 《紡織品 靜電性能的評定 第 ３部分：電荷量》，采用滾筒自動摩擦方法；ＧＢ ／ Ｔ １２７０３．
５—２０１０ 《紡織品 靜電性能的評定 第 ５ 部分：摩擦帶電電壓》，采用儀器自動摩擦方法；ＧＢ １２０１４—２００９《防靜電服》采用滾筒自動摩擦方法。
２．２．２ 感應帶電
利用高壓放電極產生的高壓電場，使試樣在高壓靜電場中感應帶電至穩定后，斷開高壓電源，使其電壓通過接地金屬臺自然衰減，從而測得感應電荷量、感應靜電壓和半衰期等，以此表征試樣的靜電性能［３０］。 通過感應帶電的原理測定紡織品靜電性能的標準主要包括：ＧＢ ／ Ｔ １２７０３．１—２００８《紡織品 靜電性能的評定 第
１ 部分：靜電壓半衰期》；ＥＮ １１４９－３：２００４ 《 靜電性能 第 ３ 部分：測量電荷衰減的試驗方法》。
２．２．３ 接觸充電
所謂接觸充電法就是將試樣安裝于兩個通電圓輥試樣夾之間，通過試樣夾直接對樣品進行充電。 例如，美國非織造材料協會（ ＩＮＤＡ）和歐洲非織造材料協會（ＥＤＡＮＡ）聯合制定了非織造布靜電標準 ＷＳＰ ４０． ２《非織造布靜電衰減標準測試方法》，把充電電壓升到５ ｋＶ，直接給試樣接觸充電，當充電過程中試樣的電壓不再上升時，讀取該穩定電壓，然后將試樣夾接地，通過正對著試樣中心的非接觸式傳感器來監測試樣表面電位的衰減過程［３１］。
２．３ 靜電性能評價指標
表征纖維材料制品靜電性能的主要評價指標有電阻類指標，如體積比電阻、質量比電阻、表面比電阻和泄露電阻等；電壓類指標，如摩擦帶電電壓和感應靜電電壓；時間類指標，如半衰期、１０％衰減時間、１％衰減時間和吸附時間；電荷量類指標，如電荷量和電荷面密度；其它指標，如吹灰試驗、吸附金屬片試驗等。 由于各個評價指標反映的是紡織品靜電產生、逸散及其平衡過程中各自的一個方面或者平衡過程中特定時刻的狀態，故各指標間不一定有明確的相關性。
２．３．１ 電荷量類指標
電荷量類指標主要指電荷量和電荷面密度。 電荷量及電荷面密度測試原理都是通過摩擦使樣品帶電，然后放入法拉第筒測定電荷量，面密度則指單位面積試樣的電荷量。 電荷量采用微庫侖（μＣ）表示，電荷面密度則采用微庫侖每平方米（μＣ ／ ｍ２）表示，其中電荷量指標適用于服裝，而電荷面密度則適用于織物面料。
測試時，將經過摩擦裝置摩擦后的試樣投入法拉第筒，測定樣品的帶電量。 例如標準 ＧＢ ／ Ｔ １２７０３．２—２００９《紡織品 靜電性能的評定 第 ２ 部分：電荷面密度》，摩擦標準布采用錦綸平紋布，摩擦起電通過人工操作實現，故測試條件的一致性、測試結果的準確性和重現性易受操作手法的影響；ＧＢ ／ Ｔ １２７０３．３—２００９《紡織品 靜電性能的評定 第 ３ 部分：電荷量》，其滾筒內襯材質采用錦綸標準布，通過滾筒自動摩擦的方法，減少了人為操作的影響。
２．３．２ 時間類指標
時間類指標主要指靜電衰減時間和吸附時間。 靜電衰減時間包括半衰期、１０％衰減時間和 １％衰減時間等。 通過一定方法，例如感應帶電或直接充電，讓試樣帶上一定的電荷量，以電荷量的衰減時間表示。
使試樣在高壓靜電場中帶電至穩定后，斷開高壓電源，使其電壓通過接地金屬臺自然衰減，測定靜電壓值及其衰減至初始值一半所需的時間，稱為半衰期。
例如，ＧＢ ／ Ｔ １２７０３．１—２００８《紡織品 靜電性能的評定第 １ 部分：靜電壓半衰期》；而 ＷＳＰ ４０．２（０８） 《非織造布靜電衰減標準測試方法》中的衰減時間則是指誘導電荷衰減到初始水平的 １０％所需的時間；ＥＮ １１４９－３：２００４《 靜電性能第 ３ 部分：測量電荷衰減的試驗方法》中的半衰期是指顯示電場強度衰減到電場強度的 １ ／ ２ 時所需的時間。
吸附時間是織物摩擦后吸附于金屬斜面，根據吸附時間評價織物靜電性能。 此法設備簡單，適合于反映服用織物因靜電吸附肢體的程度，然而，其測試結果易受操作手法的影響，屬于簡易測試方法，對含有導電纖維的織物試樣，測試結果穩定性差。
２．３．３ 電阻類指標
電阻類指標主要包括體積電阻（垂直電阻）、表面電阻、纖維比電阻和泄露電阻等。
體積電阻（垂直電阻）是指在一定的通電時間后，施加于與試樣的兩個相接觸面的兩個電極之間的直流電壓對于兩個電極之間電流的比值，采用環形組合電極。 主要標準有歐洲標準 ＥＮ １１４９ － ２：１９９７《靜電性能 第 ２ 部分：通過材料的電阻（垂直電阻）試驗方法》，國家標準如 ＧＢ ／ Ｔ ２２０４３—２００８《服裝 防靜電性能 通過材料的電阻（垂直電阻）試驗方法》和 ＧＢ ／ Ｔ１２７０３．４—２０１０《紡織品 靜電性能的評定 第 ４ 部分：電阻率》。
表面電阻是指在一定的通電時間后，施加于材料表面的電極之間的直流電壓對于電極之間電流的比值，通過表面電阻計算樣品的表面電阻率。 施加電壓一般的是 １００ Ｖ，５００ Ｖ 和 １ ０００ Ｖ，采用環形組合電極，相關標準主要包括國家標準有 ＧＢ ／ Ｔ １２７０３．４—２０１０《紡織品 靜電性能的評定 第 ４ 部分：電阻率》，ＧＢ ／ Ｔ ２２０４２ 《 服裝 防靜電性能 表面電阻率試驗方法》，美國標準 ＡＡＴＣＣ ７６—２００５《紡織品表面電阻試驗方法》和歐洲標準 ＥＮ １１４９－１：２００６《 靜電性能 第 １ 部分：測量表面電阻率的試驗方法》。
點對點電阻是指在規定時間內，施加在材料表面的兩個電極間的直流電壓與流過這兩點間的直流電流之比。 被測樣品必須放置在絕緣平板上，上面放置電極裝置。 例如，ＧＢ １２０１４—２００９《防靜電服》中對點對點電阻提出了技術要求，并且在附錄中詳細規定了點對點電阻的試驗方法。纖維比電阻是用于表征纖維導電性能的指標，纖維比電阻儀根據體積比電阻的公式 ρ ＝ ＲＳ ／ Ｌ 設計，測定在一定的幾何形狀下，具有一定密度的纖維的電阻值，根據纖維的填充度計算比電阻值，例如國家標準ＧＢ ／ Ｔ １４３４２—１９９３《合成短纖維比電阻試驗方法》。
纖維泄露電阻是用于表征纖維起靜電性的一種指標，它以不同容量的電容 Ｃ 對纖維固有電阻和纖維表面附著的抗靜電油劑等綜合電阻 Ｒ 的放電時間 ｔ，乘以電阻指數 １０ｎ 后的纖維電阻值 ｔ×１０ｎ（Ω）表示。 測定時利用阻容充放電原理，用不同纖維電阻 Ｒ 跨接于充以電荷的固定電容（Ｃ）兩端，以其放電速度來測定纖維電阻值，相關標準有 ＧＢ ／ Ｔ １２７０３．６—２０１０《紡織品靜電性能的評定 第 ６ 部分：纖維泄露電阻》。
２．３．４ 電壓類指標
電壓類指標主要包括摩擦帶電電壓和感應靜電電壓等。
摩擦帶電電壓以摩擦產生的電壓表示。 在一定張力條件下，使試樣與標準布相互摩擦，在規定時間內產生的電壓作為試樣摩擦帶電情況的評價。 相關標準為 ＧＢ ／ Ｔ １２７０３．５—２０１０《紡織品 靜電性能的評定 第 ５ 部分：摩擦帶電電壓》。
感應帶電電壓通過高壓放電針產生的靜電場使材料帶電，直到帶電電壓穩定，即為感應電壓值，用于表示試樣上能夠積聚的相對穩定的電荷所產生的對地電位，相關標準為國家標準 ＧＢ ／ Ｔ １２７０３．１—２００８《紡織品靜電性能的評定 第 １ 部分：靜電壓半衰期》。
２．４ 靜電性能技術要求
２．４．１ ＧＢ／ Ｔ １２７０３ 系列及 ＧＢ １２０１４—２００９ 技術要求在 ＧＢ １２７０３ 系列標準中，對于非耐久型抗靜電紡織品，洗前應達到表 ５ 要求；對于耐久型抗靜電紡織品，洗前、洗后均應達到表 ５ 要求。
２．４．２ 各國技術要求
國際電工委員會標準 ＩＥＣ ６１３４０－５－１ ２００７《靜電－電子設備的靜電防護通用要求》中規定：服裝點對點電阻必須 ＲＰ－Ｐ＜１×１０１２ Ω，靜電衰減從 １ ０００ Ｖ 到 １００Ｖ 的時間必須 ＜ ２０ ｓ。 德國標準 ＤＩＮ ＥＮ １０００１５ＴＩ：１９９２《對靜電危害的電子元件的保護》中部分規定裝表面電阻必須為 ７．５×１０５～１×１０１２ Ω，２ ｓ 之內靜電衰減從 １ ０００ Ｖ 降至 ５０ Ｖ。 德國《預防靜電造成火災危險的指南》中指明：在氣體爆炸危險場所必須穿表面電阻小于 １０９ Ω 的服裝。
美國國家標準學會靜電放電協會標準 ＡＮＳＩ／ ＥＳＤＳ２０．２０—２００７《靜電放電控制方案》中規定，靜電控制服必須＜１×１０１１ Ω，可接地的靜電控制服必須＜１×１０９Ω，可接地的靜電控制服系統必須＜３．５×１０７ Ω。
英國《防靜電通用規范》中規定，在高敏感易燃材料場合，若外衣的表面電阻率大于 ５×１０１０ Ω，則不能使用。
日本的《安全靜電指南》 要求在最小點火能小于０．１ ｍＪ 的和氧濃度有增大危險的場所，所用工作服帶電量指標定為 ０．２ μＣ ／ 件［３０］。中國電子行業標準 ＳＪ／ Ｔ １０６９４—２００６《電子產品制造與應用系統防靜電檢測通用規范》中規定工作服點對點電阻為 １×１０５～１×１０１０，電荷量＜０．６ μＣ。
２．５ 調濕和試驗環境條件
樣品的調濕與試驗環境對靜電性能測試結果影響非常大，尤其是濕度的影響。 因此，在靜電檢測中，濕度控制至關重要，對于調濕條件和試驗環境必須在檢測報告中特別注明。
紡織纖維制品靜電性能檢測中，樣品調濕時間必須足夠充分，試驗環境必須穩定。 不同溫濕度條件下，測試結果差異很大。 例如，在同一溫度下，隨相對濕度增大，織物產生靜電的能力減小，尤其對不含導電纖維的織物影響更大［３２］。 不同國家和地區關于測試靜電性能時的調濕和試驗環境如表 ６ 所示；我國不同標準采用不同的溫濕度調濕和試驗環境，如表 ７ 所示。
３ 結論
（１）采用不同的靜電測試方法及不同的帶電原理，其測試結果之間沒有明顯關聯性；不同環境條件下的測試結果差異很大，測試結果不具有可比性。
（２）不同測試方法適用于不同的紡織纖維制品類型，因此纖維制品靜電性能測試方法的選擇也很重要。
（３）樣品的調濕對于測試結果影響很大，必須保證樣品在規定環境下進行充分調濕。 試驗環境與調濕環境一致，測試過程中必須保證環境條件的穩定，并將實際測試過程中的環境條件在報告中注明。
（４）采用摩擦帶電原理測試方法時，對于標準布的選擇非常重要，主要包括標準布的材料類型，標準布的組織結構、使用期限等。
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