紡織品常用導(dǎo)電纖維鑒別

海勇+李振+杜軍+呂興軍+索一拉+官杰

摘要：

本文采用長度電阻率、點(diǎn)對點(diǎn)電阻、電荷面密度對導(dǎo)電纖維的導(dǎo)電性能進(jìn)行評定，結(jié)合纖維的形態(tài)特征和化學(xué)特性進(jìn)行鑒別。結(jié)果表明：在溫度（20±2）℃、相對濕度（35±5）%的測試環(huán)境下，長度電阻率≤109Ω/cm，點(diǎn)對點(diǎn)電阻≤108Ω，電荷面密度≤2μC/m2，可作為紡織用導(dǎo)電纖維的評定依據(jù)；同時對紡織常用導(dǎo)電纖維鑒別和定量測定進(jìn)行了系統(tǒng)分析。

關(guān)鍵詞：紡織；導(dǎo)電纖維；纖維鑒別

1 引言

紡織品中的靜電問題是個普遍現(xiàn)象，大部分化學(xué)纖維織物因摩擦?xí)a(chǎn)生靜電，在天然纖維中羊毛等動物纖維也有靜電問題。靜電問題極大地影響了織物外觀以及舒適性等，靜電電荷的積聚容易引起灰塵附著、服裝糾纏肢體產(chǎn)生粘附不適感；較高的靜電壓可對人體產(chǎn)生電擊，并可引起電子元件損壞。目前紡織常用導(dǎo)電纖維主要有：金屬纖維、碳纖維和有機(jī)導(dǎo)電纖維等，其中以有機(jī)導(dǎo)電纖維為主。然而，在目前的檢驗(yàn)工作中還沒有關(guān)于紡織品中導(dǎo)電纖維的定性和定量的系統(tǒng)鑒別方法，無法對此類產(chǎn)品進(jìn)行有效評價。因此，建立紡織用導(dǎo)電纖維鑒別方法非常必要。

2 導(dǎo)電纖維導(dǎo)電性能評價

2.1 電阻法

測試系統(tǒng)由測試電極 、高阻計、絕緣臺面組成。測試電壓有100V、250V、500V、1000V，測量范圍105Ω～1016Ω，電阻計的精度±10%。電極為兩個直徑（65±5）mm的金屬圓柱體，電極材料不銹鋼，電極單重（2.5±0.5）kg。電阻表：測試電壓9V，測量范圍103Ω～106Ω。

測試環(huán)境：溫度（20±2）℃，相對濕度（35±5）%。

2.1.1 長度電阻率

纖維的電阻直接反映纖維導(dǎo)電性能的優(yōu)劣，可以通過纖維的電阻值對其導(dǎo)電性能進(jìn)行評價。以聚酯纖維有機(jī)導(dǎo)電纖維為例，不同測試電壓和測試距離下的電阻測試結(jié)果不同。為了便于比較，將纖維單位長度的電阻定義為長度電阻率（Ω/cm）。相同電壓、不同測試距離時長度電阻率與距離的關(guān)系見圖1；相同長度、不同測試電壓時長度電阻率與電壓的關(guān)系見圖2。

同一電壓、不同測試距離下纖維長度電阻率測試結(jié)果基本一致，5cm、10cm和30cm測試結(jié)果的精密度性要高一些。同一長度、不同測試電壓下纖維的長度電阻率在電壓250V以上的測試結(jié)果和精密度都趨于平穩(wěn)。故在測量導(dǎo)電纖維長度電阻率時采用測試電壓500V，測試距離10cm。對于金屬纖維、碳纖維等導(dǎo)電性比較強(qiáng)的纖維，可選擇合適的電壓和測試距離進(jìn)行測量。不同導(dǎo)電纖維的長度電阻率測試結(jié)果見1。

為了比較導(dǎo)電纖維與普通纖維的導(dǎo)電性能差異，選用不同纖維種類的紗線，測試其電阻，結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用測試電壓500V、測試距離10cm時，所選不含導(dǎo)電纖維的紗線：純棉纖維紗線（15.5tex）、羊毛纖維紗線（17.2 tex×2）、苧麻纖維紗線（23.9tex）、粘膠纖維紗線（30.0 tex×2）、錦綸纖維紗線（21.4 tex）、桑蠶絲纖維紗線（5.9 tex）、聚酯纖維紗線（18.2 tex）電阻均大于1014Ω。相比較而言，導(dǎo)電纖維或含有導(dǎo)電纖維的紗線的電阻要小，導(dǎo)電纖維的種類不同，長度電阻率亦有差距。從測試結(jié)果看，在溫度（20±2）℃、相對濕度（35±5）%條件下，導(dǎo)電纖維或含有導(dǎo)電纖維的紗線的長度電阻率小于109Ω/cm。

2.1.2 點(diǎn)對點(diǎn)電阻

將測試樣品放置絕緣臺面上，測試電極組放在試樣上，測試電壓100V或其他合適電壓，電極之間的距離30cm，測試時間15s，選擇合適的倍率，記錄電阻值。不同材質(zhì)面料的點(diǎn)對點(diǎn)電阻的測試結(jié)果見表2。

點(diǎn)對點(diǎn)電阻就是纖維或紡織品兩點(diǎn)之間的電阻，從以上測量結(jié)果看，點(diǎn)對點(diǎn)電阻反映了纖維的導(dǎo)電性強(qiáng)弱。若面料含有導(dǎo)電纖維長絲或嵌線，沿著長絲或嵌線方向測量，點(diǎn)對點(diǎn)電阻小于108Ω。例如試樣1、2和3。但無導(dǎo)電纖維的方向或拆除導(dǎo)電纖維以后，點(diǎn)對點(diǎn)電阻比較大。本文選擇的含導(dǎo)電纖維的毛滌面料，都是混紡面料，導(dǎo)電纖維比較分散，所以點(diǎn)對點(diǎn)電阻比較大，基本在1013Ω以內(nèi)；不含導(dǎo)電纖維的毛滌面料的點(diǎn)對點(diǎn)電阻則稍大一些。含有棉等吸濕性比較強(qiáng)的纖維，由于含水率比較高，表現(xiàn)出一定的導(dǎo)電性，測得的點(diǎn)對點(diǎn)電阻在1013Ω以內(nèi)。

電阻法適用于以長絲形式存在的導(dǎo)電纖維的評定，從測試結(jié)果看，在溫度（20±2）℃、相對濕度（35±5）%條件下，長度電阻率≤109Ω/cm或30cm的點(diǎn)對點(diǎn)電阻≤108Ω，可作為導(dǎo)電纖維的一種評價依據(jù)。

2.2 電荷面密度

如果含導(dǎo)電纖維的紗線無法拆下來或?qū)щ娎w維與其他纖維混紡無法感官識別，可采用電荷面密度的方法來對導(dǎo)電性能進(jìn)行評價。

法拉第筒及測試系統(tǒng)[1]；測試環(huán)境：溫度（20±2）℃，相對濕度（35±5）%。

以錦綸面料（214根/10cm×209根/10cm，21.8tex×2+21.4tex）作為摩擦布，選擇不同成分的面料，按照方法GB/T 12703.2—2009進(jìn)行摩擦帶電電荷面密度測試，結(jié)果見表3。

比較表3試驗(yàn)結(jié)果，含有導(dǎo)電纖維的毛滌面料經(jīng)、緯向摩擦帶電電荷面密度均小于2μC/m2；不含導(dǎo)電纖維的毛滌面料則要高出2倍多。摩擦起電的強(qiáng)弱與纖維的性質(zhì)和表面粗糙程度有關(guān)，毛纖維和合成纖維比較容易摩擦起靜電，棉等吸濕性比較強(qiáng)的纖維摩擦起電較弱，試樣10摩擦帶電量較低，一方面是含棉纖維的吸濕性，另一方面是面料比較光滑；而試樣11 滌綸含量高于棉，表面又比較粗糙，相比摩擦帶電量比較高。試樣6含導(dǎo)電纖維的經(jīng)向摩擦帶電量小于2μC/m2；去除導(dǎo)電纖維以后，經(jīng)緯向電荷面密度均明顯增大。因此，摩擦帶電量≤2μC/m2，可作為導(dǎo)電纖維的一種評價依據(jù)。

2.3 結(jié)果與討論

對于導(dǎo)電纖維或含有導(dǎo)電纖維的紗線可直接測量長度電阻率；對于含導(dǎo)電纖維的面料，如果導(dǎo)電纖維存在特定的紗線中，可以測定其點(diǎn)對點(diǎn)電阻；如果導(dǎo)電纖維采用混紡形式，可以測定其摩擦帶電電荷面密度。另外，纖維的吸濕性能對導(dǎo)電性能有很大的影響，需要根據(jù)試樣的實(shí)際情況選擇合適的方法。紡織品中常用導(dǎo)電纖維的評價方法對比見表4。

3 常見導(dǎo)電纖維的形態(tài)和鑒別

紡織品中通常加入導(dǎo)電纖維來降低靜電效應(yīng)，導(dǎo)電纖維長絲或短纖維和其他纖維混紡，可通過纖維的燃燒特征、顯微鏡下的縱向形態(tài)及橫向形態(tài)、化學(xué)溶解性等特性，再結(jié)合導(dǎo)電性能對導(dǎo)電纖維進(jìn)行鑒別。

金屬纖維其實(shí)就是一種極細(xì)的金屬絲，目前各國生產(chǎn)的金屬纖維中碳鋼纖維居多，其次是不銹鋼、鋁、黃銅纖維等。金屬纖維的燃燒狀態(tài)是接近火焰時不熔不縮，接觸火焰時在火焰中燃燒并發(fā)光，離開火焰時自滅；燃燒時無氣味，殘留物呈硬塊狀。金屬纖維在顯微鏡下觀察纖維縱向呈黑色長桿狀，橫截面多為圓形或不規(guī)則的長方形。金屬纖維由于具有獨(dú)特的纖維形態(tài)和燃燒特征，比較容易鑒別。

涂層導(dǎo)電纖維的表面一般是金屬涂層，具有一定光澤，通常基質(zhì)為聚酯纖維或聚酰胺纖維，纖維的燃燒狀態(tài)與基質(zhì)纖維的燃燒狀態(tài)和性質(zhì)相近。如果需要鑒別鍍層是哪種金屬，可用適當(dāng)?shù)乃崛芙猓鶕?jù)化學(xué)特性或儀器進(jìn)行鑒別。

復(fù)合型導(dǎo)電纖維一般是將炭黑、TiO2、SnO2、ZnO等導(dǎo)電顆粒與常規(guī)材料復(fù)合而成。根據(jù)復(fù)合紡絲所產(chǎn)生的導(dǎo)電纖維一般有導(dǎo)電成分外露型、同心圓型、并列型、芯鞘型和海島型[2]。可以通過在顯微鏡下觀察纖維的縱向形態(tài)和橫截面形態(tài)，同時結(jié)合導(dǎo)電性能對纖維進(jìn)行鑒別；如果采用混紡和其他纖維混合，在顯微鏡下觀察除海島型以外，其他4種類型的纖維的縱向形態(tài)均表現(xiàn)出一定的皮芯結(jié)構(gòu)形態(tài)；海島型導(dǎo)電纖維一般縱向透光性差，在顯微鏡下表現(xiàn)為通體黑色，再結(jié)合導(dǎo)電性能進(jìn)行鑒別。

4 導(dǎo)電纖維的定量測定

導(dǎo)電纖維以長絲的形式存在時容易分辨，把導(dǎo)電纖維直接從織物上拆下來，分別稱量導(dǎo)電纖維的質(zhì)量和織物的質(zhì)量，即可求出導(dǎo)電纖維的百分比含量。

在混紡織物中一般采用的是復(fù)合型導(dǎo)電纖維，導(dǎo)電纖維的比例一般為0.5%～5%，由于導(dǎo)電纖維的比例比較小，存在一定的鑒別和定量檢測難度。定性時，取樣一定要取一個完整組織，制作的纖維切片要盡量包含所有組成纖維。因?qū)щ娎w維量比較少，在橫截面切片中難以發(fā)現(xiàn)，在縱向纖維切片中一定要關(guān)注數(shù)量少、纖維形態(tài)不一樣的纖維，比如皮芯結(jié)構(gòu)、透光性差的纖維（黑色），結(jié)合導(dǎo)電性能來判斷是否含有導(dǎo)電纖維。

確定含有導(dǎo)電纖維以后，確定導(dǎo)電纖維的基質(zhì)，如果導(dǎo)電纖維的基質(zhì)與其他纖維不同，可以按照GB/T 2910系列標(biāo)準(zhǔn)方法檢測；如果導(dǎo)電纖維的基質(zhì)與其中一種纖維相同，比如混紡織物中既有聚酯纖維又有以聚酯為基質(zhì)的導(dǎo)電纖維，可以先求出每一類纖維的總量，再按照標(biāo)準(zhǔn)方法FZ/T 01101測出導(dǎo)電纖維在同類纖維中所占的根數(shù)百分比，假定同類纖維的密度相同，即可算出導(dǎo)電纖維的百分含量。

按照GB/T 2910系列標(biāo)準(zhǔn)、GB/T 2911、FZ/T 01026、FZ/T 01095等標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行纖維定量分析，以凈干或凈干結(jié)合公定回潮率的形式計算出導(dǎo)電纖維及各組分的纖維含量[3]。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB/T 12703.2—2009 紡織品 靜電性能的評定 第2部分：電荷面密度[S].

[2] 王鵬， 張瑜， 陳彥模. 復(fù)合型導(dǎo)電纖維的制備及其開發(fā)現(xiàn)狀[J]. 合成纖維. 2004，增刊：18-20.

[3] GB/T 2910.1—2009 紡織品 定量化學(xué)分析 第1部分：試驗(yàn)通則[S].