負離子功能性紡織品測試平臺的研究與探討

楊金純+賀志鵬+楊萍+耿軼凡

摘要：基于負離子功能性紡織產品的特點，從基本原理出發，結合現有儀器設備適用性和實驗合理性研究了評價特定紡織品釋放負離子這一屬性的測試方法。根據測試方法搭建了負離子功能性紡織品測試平臺，并基于實驗探討了該測試平臺的影響因素和利弊。

關鍵詞：紡織品；功能性；負離子；測試方法；測試平臺

中圖分類號：TS107 文獻標志碼：B

Research and Practice on Test Platform for Negative-ion Functional Textiles

Abstract： Based on the characteristics of negative-ion functional textiles， a testing method for evaluating negative-ion released from particular textiles is introduced by discussing basic principle， the adaptability of existing testing instruments and rationality of the experiment， based on which， a test platform for negativeion functional textiles is set up. The influential factors as well as pros and cons of the test platform are analyzed based on practical experiments.

Key words： textiles； functional； negative-ion； testing method； testing platform

當空氣負離子與人體健康、環境安全的關系日益清晰之后，具有負離子功能的紡織品吸引了國內外研究者的關注，各種負離子紡織品應運而生。

1 負離子紡織品概述

1.1 負離子

負離子是指帶 1 個或多個負電荷的離子，稱為“負離子”，亦稱“陰離子”。例如，氧的離子狀態一般就為陰離子，也叫負氧離子。

在自然狀態下，空氣分子呈中性，即不帶電荷。但在宇宙射線、紫外線、微量元素輻射，雷擊閃電等作用下，空氣分子會失去一部分圍繞原子核旋轉的最外層電子，使空氣發生電離。逃逸原子核束縛的電子稱為自由電子，帶負電荷。當自由電子與其它中性氣體分子結合后，就形成帶負電荷的空氣負離子。以上是自然現象中產生的負離子。隨著人工負離子生成技術的產生和發展，目前人工產生的負離子已達“生態級”負離子水平。

1.2 負離子紡織品

負離子紡織品是指在一定物理刺激下能夠激發產生負離子的紡織品，是功能性紡織品中的一個種類，包括通過物理、化學等方法加工得到的含有負離子發生體的紡織材料，其應用涉及服用、家用、醫用、裝飾、過濾材料等領域。

從電子圖書館檢索以負離子為關鍵詞的專利申請數量來看，自1993年以來共有698件，其中屬專利的為567件，實用技術為131件。如以具體內容分析，與紡織品關系較密切的寢裝、寢具類33件，纖維類32件。

負離子紡織品的生產加工可分為兩大類：（1）通過使用表面涂覆改性法、共混紡絲法或共聚紡絲法生產的負離子纖維材料，加工制成具有負離子功能的紡織產品；（2）通過后整理技術，使紡織制品具有產生負離子的功能。日本廣泛采用后整理技術開發負離子紡織品，如Komatsu Seiren公司推出的以Verbano冠名的負離子整理織物；東麗工業公司開發的新型后整理技術aquaheal等。

2 負離子紡織品測試方法

2.1 常見的負離子測試方法

2.1.1 開放式測試法

手搓法：在一定的溫度、濕度條件下，以手握住紡織品做10 s搓揉的物理刺激后，通過空氣離子測試儀讀數。這種方法操作簡單、方便，但手搓樣品過程中摩擦時的有效面積、摩擦力大小以及測試人手的干濕程度對測試結果有很大的影響，通過織物中負離子添加劑的壓電和熱電效應激發產生負離子，由于人為的原因，測試條件無法量化。不同的測試人對于同一樣品的測試可能得到差異很大的結果，因此，必須設計一種機械操作來代替人手。同時由于是在開放空間測試，環境的影響如大氣流動、周圍電場也給測試帶來較大誤差。測試結果誤差大、重現性差、沒有可比性，測試過程受人為因素影響無法進行規范。

靜置法：將紡織品樣品裁成A4紙大小，粘在硬紙板上卷成長290 mm、直徑60 mm的圓筒，并將負離子濃度測試儀置于一側開口內，測量通過紙筒的負離子濃度。由于紡織品樣品未受任何形式的物理刺激，樣品釋放負離子的效果不明顯，測試結果無法完全反映負離子紡織品的性能。

2.1.2 封閉式法

負離子測定室法：特別造一個獨立的小房間，在此房間內進行紡織品的負離子測試，該測定室要求達到密閉空間的要求，保證不受環境因素的影響，但沒有排除人為影響，且加工要求高，造價也高。

負離子測試箱法：在絕緣的亞克利箱子內，將A4紙大小的試樣加以小擺動進行測試。缺點是人為操作的擺動不能量化，仍然帶來誤差，箱體如不密閉，也要受環境的影響。

2.1.3 懸垂擺動式

懸垂擺動式激發裝置模擬織物在實際使用過程中懸垂擺動的運動狀態，同時，懸垂擺動也是激發紡織品產生負離子的另一種物理刺激模式，面料在擺動過程中產生負離子，然后借由負離子檢測裝置進行測量。此法可作為窗簾等懸掛式紡織品的測試，但是能否真實模擬其摩擦還有待研究，對服裝的測試由于摩擦作用不明顯，因此不能很好的反映其功能性。

2.2 本課題負離子測試方法的研究

負離子功能性紡織品的性能檢測，在本項目研究之前尚無紡織領域的專用測試標準，因此缺少統一公正的評價方法。本項目意在研究負離子功能性紡織品測試可行過程，結合標準測試方法規范，依據自行設計和研發的測試儀器，研究科學合理的負離子功能性紡織品性能檢測標準。

擬定解決的關鍵技術問題主要是封閉環境下測試條件規范的機械摩擦負離子發生裝置和空氣離子測試儀組合的測試系統研究，確定并優化負離子發生條件，分析測試系統的影響因素。圖 1 是本課題搭建的負離子功能性紡織品測試平臺框架圖。

與其他方法相比，本測試方法所研究的對象和目標的創新性如下：（1）從紡織品的面料或成衣作為待測試樣，直接研究對應于紡織產品的測試儀器和測試方法，而不是某些研究領域所針對的泛泛的“材料”或“平面材料”；（2）結合紡織產品的實際穿著和使用方式，直接模擬負離子的發生過程；（3）選擇封閉環境下機械摩擦的物理方式刺激負離子樣品，使之產生負離子，排除了環境和人為因素對測試的影響，提高了測試的準確性和重現性，測試方法更為科學和規范；（4）對測試過程中產生的靜電進行屏蔽，消除了靜電對測試的影響。

主要創新集中在封閉環境下測試條件規范的機械摩擦負離子發生裝置和空氣離子測試儀組合的測試系統，確定并優化負離子發生條件，分析測試系統的影響因素，在此基礎上確定和建立科學規范的負離子功能紡織品測試平臺，以及依托中國紡織工業聯合會檢測中心實驗室研究制定的方法標準——《FCL中國流行面料技術要求 TM 9》。

3 負離子紡織品測試平臺的建設與探索

3.1 負離子發生裝置

借鑒現有國際、國內通行標準中設備的摩擦模式，采用“平摩”運動方式模擬織物實際使用過程中的受力情況，這種摩擦形式的摩擦作用明顯，便于控制。

摩擦部件分上下兩部分，兩部分應均可承載并固定樣品，用以檢測同種紡織樣品互相摩擦后的性能變化。上部分為摩擦頭，摩擦頭大小可調，最大不超過底盤面積；下部分為摩擦底盤，底盤面積應可容納100 mm × 100 mm紡織樣品。摩擦速度可分為若干檔位，每檔速度應勻速。摩擦正壓力可調節，調節范圍為 0 ～ 10 N。

控制系統（圖 2）的控制核心是微控制器電路板，上面的微處理器運行有控制軟件，能夠接收操作者通過操作面板輸入的預定次數、速度等信息，向電機驅動器發出控制指令，控制電機以一定的速度運行相應的次數，且能夠實時檢測當前電機的運行次數，并顯示到操作面板的液晶屏上。同時，微處理器通過通訊模塊與遠處的計算機進行通訊，接收計算機的控制指令，并向計算機返回運行狀態。

測試艙內是負離子實際測試環境，本測試方法將測試環境固定為環境溫度（20 ± 2）℃和相對濕度（65% ±4%）。大多數權威實驗室機構都擁有恒溫恒濕實驗間，完全可以獲得該較為常規的測試環境條件。測試艙規格需固定，防止空氣流動對測試結果的影響。

3.3 空氣離子測試器

本項目中選用的COM-3200PRO空氣離子測試器采用日本JIS空氣中離子密度測定方法認證的同軸二重圓筒式構造（圖 4），其測試原理屬于雙重圓筒式。

3.4 操作界面

按下RANGE測量范圍鈕，可切換測量范圍，控制面板如圖 7 所示。此時，離子倍率LED燈亦同時切換。開啟電源時，測量范圍自動設定于R1。離子數量為屏幕顯示數值乘以離子倍率。離子分辨能力為10 ions/CC。

4.1 測試范圍

適用于各類織物，包括水洗或干洗后干燥的織物。

4.2 測試環境

本測試方法須在環境溫度（20 ± 2）℃和相對濕度（65% ± 4%）條件下進行。

4.3 取樣

取 3 組試樣，在標準測試條件下放置 4 h后進行測量。

4.4 測試程序

（1）將試樣分別安裝到負離子發射裝置的摩擦頭，設定好摩擦時間，將測試儀置于垂直摩擦動程方向的平面上，并高于該平面10 mm。用測試艙將負離子發射裝置和負離子測試儀罩住；（2）啟動負離子發射裝置，使其摩擦12 min；（3）當摩擦時間達到10 min時，啟動測試裝置；（4）1 min后停止測試，記錄負離子濃度平均值，單位為個/cm3，并保存圖像和數據界面；（5）重復上述步驟，將其他測試樣和空白樣測試完畢。每次測試前要將測試艙內空氣置換為環境大氣空氣。

4.5 測試結果計算

計算 3 個空白測試樣負離子濃度（i1，i2，i3）的平均值，記為I0；計算 3 個樣品測試樣負離子濃度（i11，i21，i31）的平均值，記為I1；利用公式（2）計算樣品的負離子濃度I。（2）

4.6 實驗部分

樣品：同一負離子面料以 2 個試樣為一組，共計A、B、C 3 組。實驗操作依據：《FCL中國流行面料技術要求 TM 9》。測試條件：溫度（20 ± 1）℃，相對濕度65%。實驗結果如表 1 和圖 9 所示。

4.7 結果分析

從測試結果可以看出，本測試平臺測試的標準差和數據離散度（CV值）遠小于手搓法，說明本套測試平臺測試結果更加可靠，所得數據穩定，誤差更小。本測試系統所用負離子發生裝置可有效激發出紡織品中的負離子，與手搓法相比，大大降低了環境和人為因素等產生的影響。

5 結語

經過測試方法的研究和實驗平臺的搭建，構架了負離子紡織品的測試平臺。該測試工具為封閉式測試箱內使用機械摩擦負離子發生裝置（帶計數器）和空氣離子測試儀組合的平臺，測試方法摒除了人為因素、環境因素等諸多因素的干擾，測試結果更加準確、可靠，說服力更強，最大限度地發揮了實驗室現有設備的功效。本項目的研究為負離子紡織產品生產的監督、流通中的驗證，以及使用和消費中的引導，都提供了參考。

參考文獻

[1] 中華人民共和國建材行業標準.材料負離子發生量的測試方法[S].JC/T 1016 — 2006.

[2] 中國紡織工業聯合會檢測中心.FCL中國流行面料技術要求 TM 9[S].2010.

[3] 伏廣偉，閻巖，楊萍.FCL織物負離子測試方法的研究[J].紡織導報，2010（2）：88-89.

[4] 畢鵬宇，陳躍華，李汝勤.負離子紡織品及其應用的研究[J].紡織學報.2003，24（6）：99-101.

2.2 本課題負離子測試方法的研究

負離子功能性紡織品的性能檢測，在本項目研究之前尚無紡織領域的專用測試標準，因此缺少統一公正的評價方法。本項目意在研究負離子功能性紡織品測試可行過程，結合標準測試方法規范，依據自行設計和研發的測試儀器，研究科學合理的負離子功能性紡織品性能檢測標準。

擬定解決的關鍵技術問題主要是封閉環境下測試條件規范的機械摩擦負離子發生裝置和空氣離子測試儀組合的測試系統研究，確定并優化負離子發生條件，分析測試系統的影響因素。圖 1 是本課題搭建的負離子功能性紡織品測試平臺框架圖。

與其他方法相比，本測試方法所研究的對象和目標的創新性如下：（1）從紡織品的面料或成衣作為待測試樣，直接研究對應于紡織產品的測試儀器和測試方法，而不是某些研究領域所針對的泛泛的“材料”或“平面材料”；（2）結合紡織產品的實際穿著和使用方式，直接模擬負離子的發生過程；（3）選擇封閉環境下機械摩擦的物理方式刺激負離子樣品，使之產生負離子，排除了環境和人為因素對測試的影響，提高了測試的準確性和重現性，測試方法更為科學和規范；（4）對測試過程中產生的靜電進行屏蔽，消除了靜電對測試的影響。

主要創新集中在封閉環境下測試條件規范的機械摩擦負離子發生裝置和空氣離子測試儀組合的測試系統，確定并優化負離子發生條件，分析測試系統的影響因素，在此基礎上確定和建立科學規范的負離子功能紡織品測試平臺，以及依托中國紡織工業聯合會檢測中心實驗室研究制定的方法標準——《FCL中國流行面料技術要求 TM 9》。

3 負離子紡織品測試平臺的建設與探索

3.1 負離子發生裝置

借鑒現有國際、國內通行標準中設備的摩擦模式，采用“平摩”運動方式模擬織物實際使用過程中的受力情況，這種摩擦形式的摩擦作用明顯，便于控制。

摩擦部件分上下兩部分，兩部分應均可承載并固定樣品，用以檢測同種紡織樣品互相摩擦后的性能變化。上部分為摩擦頭，摩擦頭大小可調，最大不超過底盤面積；下部分為摩擦底盤，底盤面積應可容納100 mm × 100 mm紡織樣品。摩擦速度可分為若干檔位，每檔速度應勻速。摩擦正壓力可調節，調節范圍為 0 ～ 10 N。

控制系統（圖 2）的控制核心是微控制器電路板，上面的微處理器運行有控制軟件，能夠接收操作者通過操作面板輸入的預定次數、速度等信息，向電機驅動器發出控制指令，控制電機以一定的速度運行相應的次數，且能夠實時檢測當前電機的運行次數，并顯示到操作面板的液晶屏上。同時，微處理器通過通訊模塊與遠處的計算機進行通訊，接收計算機的控制指令，并向計算機返回運行狀態。

測試艙內是負離子實際測試環境，本測試方法將測試環境固定為環境溫度（20 ± 2）℃和相對濕度（65% ±4%）。大多數權威實驗室機構都擁有恒溫恒濕實驗間，完全可以獲得該較為常規的測試環境條件。測試艙規格需固定，防止空氣流動對測試結果的影響。

3.3 空氣離子測試器

本項目中選用的COM-3200PRO空氣離子測試器采用日本JIS空氣中離子密度測定方法認證的同軸二重圓筒式構造（圖 4），其測試原理屬于雙重圓筒式。

3.4 操作界面

按下RANGE測量范圍鈕，可切換測量范圍，控制面板如圖 7 所示。此時，離子倍率LED燈亦同時切換。開啟電源時，測量范圍自動設定于R1。離子數量為屏幕顯示數值乘以離子倍率。離子分辨能力為10 ions/CC。

4.1 測試范圍

適用于各類織物，包括水洗或干洗后干燥的織物。

4.2 測試環境

本測試方法須在環境溫度（20 ± 2）℃和相對濕度（65% ± 4%）條件下進行。

4.3 取樣

取 3 組試樣，在標準測試條件下放置 4 h后進行測量。

4.4 測試程序

（1）將試樣分別安裝到負離子發射裝置的摩擦頭，設定好摩擦時間，將測試儀置于垂直摩擦動程方向的平面上，并高于該平面10 mm。用測試艙將負離子發射裝置和負離子測試儀罩住；（2）啟動負離子發射裝置，使其摩擦12 min；（3）當摩擦時間達到10 min時，啟動測試裝置；（4）1 min后停止測試，記錄負離子濃度平均值，單位為個/cm3，并保存圖像和數據界面；（5）重復上述步驟，將其他測試樣和空白樣測試完畢。每次測試前要將測試艙內空氣置換為環境大氣空氣。

4.5 測試結果計算

計算 3 個空白測試樣負離子濃度（i1，i2，i3）的平均值，記為I0；計算 3 個樣品測試樣負離子濃度（i11，i21，i31）的平均值，記為I1；利用公式（2）計算樣品的負離子濃度I。（2）

4.6 實驗部分

樣品：同一負離子面料以 2 個試樣為一組，共計A、B、C 3 組。實驗操作依據：《FCL中國流行面料技術要求 TM 9》。測試條件：溫度（20 ± 1）℃，相對濕度65%。實驗結果如表 1 和圖 9 所示。

4.7 結果分析

從測試結果可以看出，本測試平臺測試的標準差和數據離散度（CV值）遠小于手搓法，說明本套測試平臺測試結果更加可靠，所得數據穩定，誤差更小。本測試系統所用負離子發生裝置可有效激發出紡織品中的負離子，與手搓法相比，大大降低了環境和人為因素等產生的影響。

5 結語

經過測試方法的研究和實驗平臺的搭建，構架了負離子紡織品的測試平臺。該測試工具為封閉式測試箱內使用機械摩擦負離子發生裝置（帶計數器）和空氣離子測試儀組合的平臺，測試方法摒除了人為因素、環境因素等諸多因素的干擾，測試結果更加準確、可靠，說服力更強，最大限度地發揮了實驗室現有設備的功效。本項目的研究為負離子紡織產品生產的監督、流通中的驗證，以及使用和消費中的引導，都提供了參考。

參考文獻

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[4] 畢鵬宇，陳躍華，李汝勤.負離子紡織品及其應用的研究[J].紡織學報.2003，24（6）：99-101.

2.2 本課題負離子測試方法的研究

負離子功能性紡織品的性能檢測，在本項目研究之前尚無紡織領域的專用測試標準，因此缺少統一公正的評價方法。本項目意在研究負離子功能性紡織品測試可行過程，結合標準測試方法規范，依據自行設計和研發的測試儀器，研究科學合理的負離子功能性紡織品性能檢測標準。

擬定解決的關鍵技術問題主要是封閉環境下測試條件規范的機械摩擦負離子發生裝置和空氣離子測試儀組合的測試系統研究，確定并優化負離子發生條件，分析測試系統的影響因素。圖 1 是本課題搭建的負離子功能性紡織品測試平臺框架圖。

與其他方法相比，本測試方法所研究的對象和目標的創新性如下：（1）從紡織品的面料或成衣作為待測試樣，直接研究對應于紡織產品的測試儀器和測試方法，而不是某些研究領域所針對的泛泛的“材料”或“平面材料”；（2）結合紡織產品的實際穿著和使用方式，直接模擬負離子的發生過程；（3）選擇封閉環境下機械摩擦的物理方式刺激負離子樣品，使之產生負離子，排除了環境和人為因素對測試的影響，提高了測試的準確性和重現性，測試方法更為科學和規范；（4）對測試過程中產生的靜電進行屏蔽，消除了靜電對測試的影響。

主要創新集中在封閉環境下測試條件規范的機械摩擦負離子發生裝置和空氣離子測試儀組合的測試系統，確定并優化負離子發生條件，分析測試系統的影響因素，在此基礎上確定和建立科學規范的負離子功能紡織品測試平臺，以及依托中國紡織工業聯合會檢測中心實驗室研究制定的方法標準——《FCL中國流行面料技術要求 TM 9》。

3 負離子紡織品測試平臺的建設與探索

3.1 負離子發生裝置

借鑒現有國際、國內通行標準中設備的摩擦模式，采用“平摩”運動方式模擬織物實際使用過程中的受力情況，這種摩擦形式的摩擦作用明顯，便于控制。

摩擦部件分上下兩部分，兩部分應均可承載并固定樣品，用以檢測同種紡織樣品互相摩擦后的性能變化。上部分為摩擦頭，摩擦頭大小可調，最大不超過底盤面積；下部分為摩擦底盤，底盤面積應可容納100 mm × 100 mm紡織樣品。摩擦速度可分為若干檔位，每檔速度應勻速。摩擦正壓力可調節，調節范圍為 0 ～ 10 N。

控制系統（圖 2）的控制核心是微控制器電路板，上面的微處理器運行有控制軟件，能夠接收操作者通過操作面板輸入的預定次數、速度等信息，向電機驅動器發出控制指令，控制電機以一定的速度運行相應的次數，且能夠實時檢測當前電機的運行次數，并顯示到操作面板的液晶屏上。同時，微處理器通過通訊模塊與遠處的計算機進行通訊，接收計算機的控制指令，并向計算機返回運行狀態。

測試艙內是負離子實際測試環境，本測試方法將測試環境固定為環境溫度（20 ± 2）℃和相對濕度（65% ±4%）。大多數權威實驗室機構都擁有恒溫恒濕實驗間，完全可以獲得該較為常規的測試環境條件。測試艙規格需固定，防止空氣流動對測試結果的影響。

3.3 空氣離子測試器

本項目中選用的COM-3200PRO空氣離子測試器采用日本JIS空氣中離子密度測定方法認證的同軸二重圓筒式構造（圖 4），其測試原理屬于雙重圓筒式。

3.4 操作界面

按下RANGE測量范圍鈕，可切換測量范圍，控制面板如圖 7 所示。此時，離子倍率LED燈亦同時切換。開啟電源時，測量范圍自動設定于R1。離子數量為屏幕顯示數值乘以離子倍率。離子分辨能力為10 ions/CC。

4.1 測試范圍

適用于各類織物，包括水洗或干洗后干燥的織物。

4.2 測試環境

本測試方法須在環境溫度（20 ± 2）℃和相對濕度（65% ± 4%）條件下進行。

4.3 取樣

取 3 組試樣，在標準測試條件下放置 4 h后進行測量。

4.4 測試程序

（1）將試樣分別安裝到負離子發射裝置的摩擦頭，設定好摩擦時間，將測試儀置于垂直摩擦動程方向的平面上，并高于該平面10 mm。用測試艙將負離子發射裝置和負離子測試儀罩住；（2）啟動負離子發射裝置，使其摩擦12 min；（3）當摩擦時間達到10 min時，啟動測試裝置；（4）1 min后停止測試，記錄負離子濃度平均值，單位為個/cm3，并保存圖像和數據界面；（5）重復上述步驟，將其他測試樣和空白樣測試完畢。每次測試前要將測試艙內空氣置換為環境大氣空氣。

4.5 測試結果計算

計算 3 個空白測試樣負離子濃度（i1，i2，i3）的平均值，記為I0；計算 3 個樣品測試樣負離子濃度（i11，i21，i31）的平均值，記為I1；利用公式（2）計算樣品的負離子濃度I。（2）

4.6 實驗部分

樣品：同一負離子面料以 2 個試樣為一組，共計A、B、C 3 組。實驗操作依據：《FCL中國流行面料技術要求 TM 9》。測試條件：溫度（20 ± 1）℃，相對濕度65%。實驗結果如表 1 和圖 9 所示。

4.7 結果分析

從測試結果可以看出，本測試平臺測試的標準差和數據離散度（CV值）遠小于手搓法，說明本套測試平臺測試結果更加可靠，所得數據穩定，誤差更小。本測試系統所用負離子發生裝置可有效激發出紡織品中的負離子，與手搓法相比，大大降低了環境和人為因素等產生的影響。

5 結語

經過測試方法的研究和實驗平臺的搭建，構架了負離子紡織品的測試平臺。該測試工具為封閉式測試箱內使用機械摩擦負離子發生裝置（帶計數器）和空氣離子測試儀組合的平臺，測試方法摒除了人為因素、環境因素等諸多因素的干擾，測試結果更加準確、可靠，說服力更強，最大限度地發揮了實驗室現有設備的功效。本項目的研究為負離子紡織產品生產的監督、流通中的驗證，以及使用和消費中的引導，都提供了參考。

參考文獻

[1] 中華人民共和國建材行業標準.材料負離子發生量的測試方法[S].JC/T 1016 — 2006.

[2] 中國紡織工業聯合會檢測中心.FCL中國流行面料技術要求 TM 9[S].2010.

[3] 伏廣偉，閻巖，楊萍.FCL織物負離子測試方法的研究[J].紡織導報，2010（2）：88-89.

[4] 畢鵬宇，陳躍華，李汝勤.負離子紡織品及其應用的研究[J].紡織學報.2003，24（6）：99-101.