導電紗線導電性能測試方法探討

余秀艷 胡 廣 趙明慧 郭會清 劉曉丹

(1.河南省紡織產品質量監督檢驗院，河南鄭州，450000；2.河南省纖維檢驗局，河南鄭州，450000；3.鄭州海關，河南鄭州，450003)

1 國內外研究現狀

目前，國內外已經建立了一些有關紡織品電阻的測試方法和標準。對于形態不同的纖維、紗線和織物，采用的測試方法和指標各不相同。纖維采用平行夾持器極板或平行極板箱，電阻指標為體積比電阻或質量比電阻。紗線則采用平行的夾持器型極板，伸直平行的試樣被夾持于其間，測量其體積或質量比電阻[1-3]。織物有表面電阻和垂直電阻之分，表面電阻采用點對點電極、同心圓環式電極和平行平板電極法進行測量，垂直電阻采用平行的圓板電極測量[4]。由于測量方法和表征指標不同，纖維和紗線的電阻與織物的電阻(如表面電阻)之間無法聯系起來，甚至表面電阻、點對點電阻之間也沒有明確的關系。因此，為了更好地研究織物的導電或防靜電性能，有必要對其導電性能進行深入地探討，而研究導電紗線導電性能的測試方法是十分必要的。

2 試驗

在規定的溫度和相對濕度大氣條件下，用電阻測試儀測量繞在制樣板上的一組平行導電紗線的電阻值，計算其單位電阻或質量比電阻。

通過借鑒國內外相關產品相關參數的測試方法，每個樣品選取5個試樣，在同樣的試驗條件下分別進行測試，取平均值，以保證試驗結果準確性、可靠性。通過分析不同試驗根數、溫度、相對濕度對電阻值的影響，找出最適宜的試驗用測試條件。

2.1 儀器設備

試樣連接裝置示意圖如圖1所示。

圖1 試驗裝置連接示意圖

1-電阻測試儀；2-測量電極；3-樣品電極；4-恒溫恒濕測試箱實驗艙；5-測量孔；6-試樣架

電阻測試儀測量電壓設置直流100 V。測量范圍：1×100Ω～1×1014Ω。測量精度：電阻不大于1011Ω時，精度±5%；電阻大于1011Ω時，精度±20%。恒溫恒濕測試箱在溫度5 ℃～50 ℃、相對濕度20%～65%范圍內可調，精度±5 ℃，±2%。測試箱可引出電極導線，引出導線處不影響箱內溫濕度穩定。導電紗線試樣裝置的制樣板采用高絕緣性材料，電阻率不小于1×1014Ω·m，規格250 mm×220 mm×2 mm。在制樣板夾持端正反面，對齊邊緣，各安裝一張寬25 mm，厚度小于0.5 mm的夾持銅片，如圖2所示。

圖2 測試樣板

1-制樣板；2-夾持面；3-夾持翼；4-電極夾；5-試樣；6-夾持銅片

試樣架尺寸與測試箱內部空間相適應，底面平整，設置有若干平行的制樣板插槽，可穩固承載制樣板。插槽間距應保證相鄰制樣板夾持電極的兩翼間距不小于50 mm。電極夾夾持力不小于10 N，電極夾夾持制樣板時，應接觸緊密，導電良好，接觸夾持面長度大于15 cm。

該檢測裝置參考現有的紗線黑板疵點檢測方法，通過改進黑板材料性能與結構而實現，成本較低，操作方便，該檢測裝置為導電紗線的阻值量化檢測方法奠定測試基礎。導電紗線的檢測裝置已申請實用新型專利(201720609036.9)。

電子天平稱量范圍0 g～100 g，分度值0.1 mg。

2.2 試樣

本測試方法適用于電阻率在1×100Ω·m～1×1012Ω·m之間的導電紗線。

同一品種導電紗線，隨機抽取5個筒紗。每筒取1個試樣，共5個試樣。測試樣品不得有破損、污染。用搖黑板機將筒紗在規定張力下按規定圈數繞在制樣板上，使制樣板上的導電紗線平行排列、間距均勻、相互不重疊，且在電極有效夾持范圍內。共制成5個測試樣板，每個測試樣板共有2倍圈數的導電紗并聯。

2.3 試驗步驟

將試樣架放入測試箱內，并將所有電極導線通過測試孔引出箱外，密封測試孔。將制好的測試樣板按順序放入測試箱內的試樣架上，依次連接好導線，關閉測試箱門。開啟測試箱，按規定設置溫濕度，對試樣進行平衡，平衡時間不少于4 h。試樣達到平衡后，將測試樣板電極導線與電阻測試儀連接，開啟電阻測試儀，設置電壓100 V，通電1 min，讀取電阻值，做好記錄。重復上一步驟依次完成5個測試樣板的電阻測試，并記錄數據。立即對每個試樣稱重，樣品的有效質量為稱重讀數的80%，保留3位有效數字。需要說明的是，樣品的有效質量未考慮測試樣板的厚度，精確計算時應考慮測試樣板厚度對有效質量的影響。

2.4 結果計算

單位電阻指導電紗線的單位長度電阻值(RL)，以Ω/cm為單位，按式(1)計算。

(1)

質量比電阻ρm按式(2)計算。

(2)

式中：ρm為試樣的質量比電阻(Ω·g/cm2)，ρmi為第i個試樣的質量比電阻(Ω·g/cm2)。

單位電阻、質量比電阻試驗結果按GB/T 8170《數值修約規則與極限數值的表示和判定》的規定修約為兩位有效數字。

3 結果與討論

3.1 試驗根數對電阻的影響

選取7種導電紗線，分別制成不同根數的導電紗線試樣，每種均為5個試樣，測量其電阻值，計算質量比電阻。不同試驗根數條件下的質量比電阻如表1所示。

表1不同試驗根數條件下的質量比電阻

測試根數/根質量比電阻/Ω·g·cm-2 1 2 3 4 5 6 7 1009080706050403020108.4×1028.4×1028.4×1028.4×1028.3×1028.3×1028.0×1028.0×1028.0×1027.6×1021.3×1031.3×1031.3×1031.3×1031.2×1031.2×1031.2×1031.2×1031.2×1031.2×1034.5×10-24.2×10-23.6×10-23.6×10-23.2×10-23.3×10-23.1×10-22.9×10-22.8×10-22.9×10-21.8×1031.8×1031.8×1031.7×1031.7×1031.7×1031.7×1031.7×1031.6×1031.8×1031.7×1021.7×1021.7×1021.7×1021.7×1021.7×1021.8×1021.7×1021.7×1021.7×1022.1×1042.0×1042.0×1042.0×1042.0×1042.0×1042.0×1042.0×1041.9×1041.9×1042.5×1072.5×1072.4×1072.4×1072.4×1072.4×1072.4×1072.2×1062.0×1062.0×106

從表1可看出，試驗根數為50根時導電紗線的質量比電阻比較穩定。因此，當導電纖維在紗線中分布均勻性良好時，用50根(25圈)導電紗線制成的樣品，測量的試樣長度共計10 m，能夠得到穩定的測量結果。

測量結果的重復性按式(3)計算：

(3)

選取每個測試樣品50根時的試驗數據，計算的測量結果的重復性如表2所示。

表2測量結果重復性

樣品編號單位電阻/Ω·cm-1 1 2 3 4 5 平均單位電阻/Ω·cm-1測量結果重復性儀器測量精度12345671.57×1067.97×1054.02×1066.76×1014.38×1057.97×1075.99×10101.58×1067.96×1054.01×1066.48×1014.24×1058.12×1076.32×10101.60×1068.03×1054.18×1066.31×1014.58×1057.89×1076.12×10101.60×1067.94×1053.89×1066.55×1014.18×1058.28×1076.29×10101.59×1068.17×1054.12×1067.11×1014.32×1058.29×1076.72×10101.59×1068.01×1054.04×1066.64×1014.34×1058.11×1076.29×10101.32×1049.35×1031.12×1053.07×1001.54×1041.80×1062.76×10107.95×1044.00×1042.02×1053.32×1002.17×1044.06×1063.14×1010

由表2可看出，測量結果重復性均小于儀器測量精度引起的誤差，測量重復性合理。

3.2 試驗溫度對電阻的影響

選取7種導電紗線50根(25圈)樣品，在相對濕度35%、不同溫度的條件下調濕，達到平衡后進行測量。每種導電紗測試5個試樣。不同溫度條件下的單位電阻如表3所示。

從表3可以看出，在5 ℃～50 ℃溫度范圍時，導電紗線的電阻值(單位電阻)比較穩定，基本上不隨溫度的變化而改變。因此，為了與相關標準協調一致，選擇的溫度條件為(20±5)℃[5]。

表3不同溫度條件下的單位電阻

測試根數/根單位電阻/Ω·cm-1 1 2 3 4 5 6 7 51015202530354045503.4×1063.4×1063.4×1063.4×1063.4×1063.5×1063.5×1063.6×1063.6×1063.7×1061.6×1061.6×1061.6×1061.6×1061.6×1061.6×1061.6×1061.6×1061.6×1061.6×1061.8×1071.8×1071.7×1071.5×1071.5×1071.5×1071.6×1071.6×1071.6×1071.6×1071.3×1021.4×1021.4×1021.4×1021.4×1021.4×1021.3×1021.4×1021.3×1021.5×1029.7×1059.6×1059.6×1059.6×1059.6×1059.7×1059.6×1051.0×1069.0×1059.0×1059.8×1071.9×1082.2×1082.2×1082.2×1082.2×1082.4×1082.4×1083.8×1083.8×1088.9×10109.7×10109.9×10109.9×10109.9×10101.0×10111.0×10111.2×10111.2×10111.2×1011

3.3 試驗相對濕度對電阻的影響

選取7種導電紗線50根(25圈)樣品，在溫度20 ℃、不同相對濕度的條件下達到平衡后進行測試。每種導電紗線樣品測試5個試樣。不同濕度條件下的單位電阻如表4所示。

從表4可以看出，在25%～65%的相對濕度范圍內，1號、2號導電紗線的單位電阻保持不變，其余導電紗線的單位電阻略有增加，總體來說，數據比較穩定。由于紗線具有吸濕性，特別是棉和粘膠纖維吸濕性較強，在高濕環境下電阻顯著下降，影響測量結果，所以選擇相對濕度條件為(35±5)%。

表4不同濕度條件下的單位電阻

相對濕度/%單位電阻/Ω·cm-1 1 2 3 4 5 6 7 2530354045505560653.2×1063.1×1063.2×1063.2×1063.2×1063.2×1063.2×1063.2×1063.2×1061.6×1061.6×1061.6×1061.6×1061.6×1061.6×1061.6×1061.6×1061.6×1061.1×1071.1×1071.1×1071.1×1071.1×1071.1×1071.2×1071.2×1071.2×1079.2×1019.9×1019.9×1019.9×1011.0×1021.0×1021.1×1021.0×1021.1×1028.9×1059.1×1059.2×1059.3×1059.4×1059.5×1059.5×1059.7×1051.0×1062.0×1082.1×1082.1×1082.1×1082.1×1082.2×1082.2×1082.4×1082.8×1089.9×10101.1×10111.1×10111.1×10111.1×10111.2×10111.5×10111.5×10111.8×1011

4 結束語

導電紗線的導電性能可以在溫度(20±5)℃，相對濕度(35±5)%的大氣條件下，對50根導電紗線并聯組成的試樣進行測量，用計算出的單位電阻來表征。選定的該溫濕度條件與其他現行相關標準相一致。將該測試方法所得的試驗數據與計量檢測機構及導電紗線生產企業進行對比，測試結果一致，試驗結果的復現性好。該測試方法是對現有紗線和織物導電性能測試標準體系的補充和完善，對紡織產品尤其是具有導電或防靜電要求的功能型和特種紡織品具有重要的現實意義。