研究紡織品抗靜電技術的重要性
1.1 紡織品靜電現象及產生原理
產生靜電的機理有多種解釋,紡織材料靜電主要是由于表面間的相互摩擦產生的。紡織材料是電的不良導體,具有很高的比電阻。纖維及其制品在生產加工和使用過程中,由于受摩擦、牽伸、壓縮、剝離及電場感應和熱風干燥等因素的作用而易于產生靜電。特別是隨著合成纖維在紡織上生產和應用的越來越多,這些高分子聚合物所固有的高絕緣性和憎水性,使之極易產生、積累靜電。
1.2 紡織品靜電的危害
在民用方面,靜電會導致紡織品的使用過程中吸塵沾污,服裝糾纏人體產生粘附不適感,而且有研究表明,靜電刺激會對人體健康產生不利影響。在產業應用方面,靜電是火工、化工、石油等加工等行業引起火災、爆炸等事故的主要誘發因素之一,也是化纖等紡織行業加工過程中的質量及安全事故隱患之一。隨著高科技的發展,靜電障害所造成的后果已突破了安全問題的界限[3]。靜電放電造成的頻譜干擾危害,會引起電子、通信、航空、航天以及一切應用現代電子設備、儀器的場合導致設備運轉故障、信號丟失等結果。因此目前抗靜電紡織品的需求量越來越大。
2 紡織品抗靜電的機理
絕緣體表面的靜電可以通過三條途徑消失:(1)通過空氣(霧氣)消失;(2)沿著表面消失;(3)通過絕緣體體內消失。
通過空氣消除靜電,主要依靠空氣中相反符號的帶電粒子飛來與絕緣體表面的靜電中和或讓帶電粒子獲得動能而飛散。利用尖端放電原理,制成高壓電暈式靜電消除器,已在化纖生產中有應用。
靜電沿絕緣體表面消失的速度取決于絕緣體表面電阻率的大小。提高空氣的濕度,可以在親水性絕緣體表面形成連續的水膜,加上空氣中的CO2和其他雜質的溶解,而大大提高表面導電性。進一步的方法是使用抗靜電劑,主要是離子或非離子型的表面活性劑。
靜電通過絕緣體體內的泄漏速度,主要取決于絕緣體的電阻率的大小,一般說來,當聚合物電阻率小于107Ω·m時,產生靜電荷會很快泄漏掉。為了提高聚合物的體積導電率,最方便的方法是添加碳黑、金屬粉末或導電纖維。
纖維高分子材料理論上是比絕緣體,但實際纖維的導電性比理論估計值要高,原因在于纖維不是純高分子物質,其中含有水分、雜質等低分子物質,即纖維導電主要取決于纖維中的附屬物,其次與纖維分子本身的導電性以及外界條件的作用有關。在表面易電離物質導電性較高以及水汽分壓較大的情況下,纖維的導電性會大大提高。
3 紡織品抗靜電的途徑
抗靜電織物可分為民用和產業用靜電防護服兩大類。靜電防護服按照最終用途可分為無塵無菌工作服、防火防爆工作服、手術服、安全作業服(如電力工人工作時穿的靜電防護服、導電服等)等。
3.1 對纖維進行抗靜電處理
3.1.1 用表面活性劑對纖維進行親水化處理
作用原理為表面活性劑分子疏水端吸附于纖維表面,親水性極性基團指向空間,形成極性表面,吸附空氣中的水分子,降低纖維的表面電阻率,加速電荷逸散。所用表面活性劑包括陽離型、陰離子型和非離子型,其中陽離子表面活性劑的抗靜電效果最好,高分子量非離子型表面活性劑的抗靜電效果耐久性最好。此法的優點為簡便易行,特別適合于消除紡織加工過程中的靜電干擾;缺點為抗靜電效果的耐久性差,表面活性劑易揮發,更不耐洗滌,而且在低濕度環境中不顯示抗靜電性能。
3.1.2 對成纖高聚物進行共混、共聚合或接枝改性
與前面方法的相同之處是在成纖高聚物中添加親水性單體或聚合物,提高吸濕性,從而獲得抗靜電性能。除普通成纖高聚物與親水性聚合物共混的典型共混紡絲方式外,還有聚合過程中加入親水性聚合物,形成微多相分散體系的共混方式。例如將聚乙二醇加入到己內酰胺反應混合物中,聚乙二醇以原纖狀分散于PA6之中。同時聚乙二醇也有少量端羥基與己內酰胺開環后生成的氨基己酸中的羥基反應,提高了抗靜電性能的耐久性。
另外,用共聚合的方式將親水性極性單體聚合到疏水性合成纖維主鏈上,例如在PET大分子中嵌入聚乙二醇,也可提高纖維的吸濕性和抗靜電性能。
采用化學引發、熱引發、高能射線和紫外線輻照引發的接枝于纖維表面,可有效地改善合成纖維的吸濕性,且親水性單體的用量遠少于其他方法,耐久性好。此類抗靜電纖維仍以提高纖維的親水性來加速電荷的泄漏,故在相對濕度低于40%的干燥環境中,纖維的抗靜電性能將受損失。
3.2 生產抗靜電紗線
在紡紗中混入少量的導電短纖維,可以生產抗靜電紗線,同時可以減少甚至消除紡紗過程中存在的靜電問題。紡紗時使用普通紡織纖維作為主體纖維,其中混入少量的導電纖維。導電纖維混入量的多少根據產品的最終用途及成本決定。大量實驗表明,紗線中混入少量(百分之幾)的有機導電纖維后,紗線的電阻率會有明顯降低(導電性有大幅度提高)。
3.2.1 導電纖維
導電纖維包括金屬纖維、鍍金屬纖維和有機導電纖維。應用較為廣泛的金屬纖維主要是不銹鋼纖維,其制造方法主要是線材拉伸法、熔融紡絲法、切削法等。不銹鋼纖維具有較佳的導電性能和機械性能,但是對于紡織加工而言,金屬纖維抱合力小,紡紗性能較差,而且制成高細度時的價格昂貴,所以除一些特殊要求的場合,在開發抗靜電產品時金屬纖維的使用還不夠廣泛。鍍金屬纖維是在普通纖維表面涂敷金屬層以提高抗靜電效果,其成本比金屬纖維有大幅下降,但不耐洗滌,且手感較差。目前,用來開發抗靜電混紡紗多采用有機導電纖維。
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