1.織物的抗靜電研究進展
當兩種固體材料接觸和迅速分開時,緊密接觸的兩物體表面互相摩擦而發生一系列的接觸和分離過程,造成電荷在物體表面間的轉移,一種材料具有較大的吸附電子的能力而使電子轉移到材料表面上,獲得電子的表面呈現出負電荷,而另一個表面由于失去了電子而帶正電荷,由此產生了靜電現象。
靜電作為一種近場自然危害源,給人類社會已經造成了重大損失和危害。1969年底在不到一個月的時間里,由于靜電放電(ESD)引發荷蘭、挪威、英國三艘20萬噸超級油輪洗艙時相繼發生爆炸;第一個阿波羅載人宇宙飛船也是由于靜電放電導致火災、爆炸,使三名宇航員喪生。在石油、化工、粉體和炸藥生產、加工的過程中由于ESD火花引發的惡性事故也時有發生。
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產生靜電。雖然靜電電流很小,不會對人體生命產生威脅,但卻給人們生產加工和服用過程帶來諸多不便。
使用合成纖維制成的床單、毛毯或汽車坐墊時,人們經過摩擦后立即接觸金屬門把,就會有一定程度的電擊感。在干燥的氣候條件下,脫去合成纖維的衣服時,會聽到清脆的“劈啪”聲,此時若在暗處,還可以看到電火花。這種放電的電壓很高,而放電量較小,雖然不會帶來直接生命危險,但卻給人們帶來不適和煩惱,也有可能因此而間接地帶來事故?;瘜W纖維在摩擦條件下易產生靜電,靜電現象比天然纖維嚴重的多。但即使是天然纖維,在冬季和低濕環境下,纖維及其制品也會產生靜電。
穿著合成纖維服裝受靜電干擾較突出的一種表現是纏貼現象,如女裙因靜電吸引纏繞人腿,在干燥氣候條件下的滌綸女裙,甚至會使人步行困難。穿著此類服裝并在周圍存在易燃易爆氣體的環境中活動時,存在一定的危險性,會引起火災和爆炸。服裝帶電后的又一特征是很容易吸附灰塵?;w織物在使用過程擦而帶上靜電,容易吸附空氣中的塵埃。塵土吸附后,還不易掉落。穿著未經抗靜電加工
要減小甚或避免靜電的危害就必須采取防靜電的措施,研究這些措施的前提是必須首先了解靜電的產生機理或過程。
2.1.2靜電產生的機理
靜電產生的先決條件是出現電荷聚集,即通常所說的起電。起電的方式或機制有多種,如接觸起電,摩擦起電,變形起電(壓電效應)以及光電和熱電效應等。由于纖維高聚物為不良導體,故電荷一旦生成,就極易形成靜電。
a接觸起電
兩種物質只要接觸,其間并不發生任何摩擦,由于表面性質的不同,當兩接觸物分離時,就會產生靜電,而這種形式產生的靜電就稱為接觸起電。接觸起電的關鍵,在于材料接觸表面電層性質的變化,兩種物體相互接觸時,因物質表面性質不同而誘導取向和界面極化,.在表層產生雙電層排列a此時,表面分子層的電荷和排列與內層不同。當分離時,某物質就將接觸時吸引的電子捕獲而走,形成帶電荷層和極化層。顯然,電荷的形成可能是由極化作用引起的電離和吸附,或由電子的親和力作用引起的電動現象,并在極薄的表層中形成電荷層,與次內層有別。
酸性高聚物易于丟失正離子而變為負電荷表面;堿性高聚物則反之。不論接觸物質的性質如何,其接觸表面狀態的影響是至關重要的,一是表面的清潔度,一是表面的平滑性。
b摩擦起電
摩擦起電比接觸起電要復雜得多,其不僅僅是接觸,還包括擠、壓、拉、磨、剝離、粘附等各種物理機械作用。摩擦過程實際上就是相互摩擦的兩個物體接觸面上不同接觸點之間連續不斷地進行接觸和分離的過程。接觸面兩側溫度的非對稱性引起的電荷轉移以及摩擦中的質量轉移引起的生電現象,部分剝離、粘合以及溫度差引起的擴散等,其終止為表面的分離和形變的停止。
纖維摩擦起電的復雜性,不僅體現在摩擦起電機理的多樣性,而且表現在摩擦作用的多重性,如壓電生電,熱電生電,質量轉移生電,各種變形生電,使同一材料表面(織物表面)的電荷量和正負電性均
C壓電起電
在一定壓力作用下,纖維的變形,尤其是晶格的變形會產生帶電現象。而壓力大小的變化,會導致電荷量或感應電勢的變化。有人對羊毛做過試驗,隨著壓力的增大,羊毛的微電勢會上升,帶電量增加壓電效應在晶體中用得最多,如壓電陶瓷片用于電子打火、音響傳感器頭和測量傳感器等等。
d熱電效應
加熱可使纖維表面的分子產生強烈的布朗運動和降低纖維表面的功函數、費米能組以及價帶和禁帶作用。這都會導致電荷的逸出和熱解離子,同時纖維表面的晶格也會發生變化,產生附加電勢而帶電。Henry認為,兩個接觸面溫度存在差異,或在同樣溫度作用下,因為材料的變形和熱效應不同,會導致電荷由高溫區向低溫區的擴散,以及由高濃度區向低濃度區的擴散。不過這種情況較多地還是發生在金屬物質上,如各種金屬熱電偶,就是利用溫度變化,引起材料功函數以及導、價帶能級的變化,產生附加熱電勢而作為材料熱學量的測量傳感器w。
2.2織物抗靜電的基本原理
根據靜電產生的機理,紡織材料在生產加工或使用中,發生了兩個相反的靜電過程,即靜電的產生和散佚。因此,實際的靜電荷水平是這兩個相反過程達到動態平衡的過程。
.導電纖維的抗靜電機理是使導電纖維間產生電暈放電。電暈放電是一種很緩和的放電現象,當靜電壓達到一定數值后,即產生無火花的電暈放電使靜電消除。
如圖2-1所示,穿著的工作服因磨擦而帶電,帶.電體(工作服)各部分的電力線集中于細的導電纖維(靜電感應)。這樣,在導電纖維的近旁就形成不均勻的強電場。使導電纖維附近的空氣電離成正負離子對,空氣的絕緣被破壞,發生電暈放電。根據電荷“同性相斥,異性相吸”原理,產生的新空氣離子與工作服所帶電荷相反的離子迅速移向帶電工作服,而與帶電工作服所帶電荷相同的
這種現象通常認為是織物中的導電纖維在靜電場的作用下,使周圍的空氣產生
迅速移向帶電工作服,而與帶電工作服所帶電荷相同的離子則向人體移動,人體導向大地,結果是帶電工作服的電荷被中和。這樣,導電纖維由于帶電工作服本身形成的電場引起自身放電而達到消除靜電的目的。
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