舒適型高壓靜電防護面料的開發

劉 琳 孫凱飛 樊爭科 蔡普寧

（陜西省紡織科學研究院，陜西西安，710038）

發電廠輸送的高壓交流輸電線路產生工頻電場，電場強度隨電壓等級的提高而增大，隨導線距離的增大而減小。當輸電線路表面場強≥240 k V/m時，人體就會感覺不舒服。為保證作業人員的安全，電力行業中高壓交流輸電線路和變電站登塔作業人員、線下巡視人員等必須穿著高壓靜電防護服。目前我國高壓靜電防護面料生產廠家較少，采用的原料主要包括不銹鋼纖維與柞蠶絲混紡，羊毛、柞蠶絲和不銹鋼纖維混紡，棉和不銹鋼纖維混紡，滌綸、棉和不銹鋼纖維混紡等。這些產品基本都可滿足高壓靜電防護服的要求，但是存在強度低、服用舒適感差等問題［1］。為此，我們開發了一款舒適型高壓靜電防護面料，符合GB/T 18136—2008《交流高壓靜電防護服裝及試驗方法》中750 k V的技術要求，同時吸濕速干性滿足GB/T 21655.1—2008《紡織品 吸濕速干性的評定 第1部分：單向組合試驗法》要求［2-3］。

1 原料選擇和產品規格設計

1.1 原料選擇

高壓靜電防護服對面料的屏蔽效率、電阻及耐洗滌性（洗后屏蔽效率）有著較高的要求。目前面料實現屏蔽性和導電性有兩種方式，一種是采用涂覆導電材料，另一種是采用導電纖維混紡。由于采用導電纖維的面料電學性能更優異，效果更持久，因此我們選擇該方式。導電纖維是指在聚合物中混入導電介質所紡制成的化學纖維或不銹鋼纖維、碳纖維等。常用的聚合物混入導電介質所紡制成的化學纖維可紡性及服用性較好，被廣泛應用于防靜電織物中，但其導電性能及屏蔽性能相對較差，很難滿足高壓靜電防護服對電阻、屏蔽效率的要求。碳纖維具有耐高溫、抗摩擦、導電、導熱及耐腐蝕等特性，但電阻較大，無法滿足高壓靜電防護服電阻指標要求。不銹鋼纖維導電性能好，并且具有較好的屏蔽性能，可以滿足高壓靜電防護服的電阻及屏蔽效率使用要求。因此導電纖維選用不銹鋼纖維。316L不銹鋼纖維由于添加了2%～3%的鉬，外觀光澤好，其耐腐蝕性大大提高，在高溫環境中其強度、加工硬化性好（加工后弱磁性），固熔狀態下無磁性，是304、306等不銹鋼纖維不具備的。目前316L不銹鋼纖維細度有6.5μm、7.0μm、8.0μm、12.0μm。綜合考慮細度對織物刺癢感、電學性能、強力的影響，選擇細度6.5μm、長度40 mm～50 mm的316L不銹鋼纖維。

不銹鋼纖維含量越高，面料的電學性能越好，但刺癢感也越明顯。為了提升面料的電學性能，同時改善織物的刺癢感，我們優選了上述不銹鋼纖維規格，但仍不能完全消除刺癢感。為了進一步改善面料的舒適性和機械性能，我們采用不銹鋼纖維、coolplus纖維以及棉纖維混紡，充分發揮多種纖維協同效應。coolplus纖維規格1.65 dtex×38 mm。有文獻表明，coolplus纖維與棉混紡時，其含量大于30%就具有涼爽滌綸面料應具有的特性［4-7］。

1.2 產品規格設計

從電學性能方面考慮，織物組織循環越小、浮長線越短、越緊密，其電阻、屏蔽效率越好，洗滌后電學性能的保持性越好。因此，面料選擇平紋組織［6］。從吸濕速干性方面考慮，單紗織物的吸濕速干性優于股線織物。在纖維原料、紗線結構相同的條件下，織物經密緯密對織物的吸濕排汗性有一定的影響。

綜上所述，最終設計織物經緯紗均為不銹鋼纖維/coolplus纖維/棉40/40/20 18.5 tex紗，經密354根/10 cm，緯密196根/10 cm，單位面積質量220 g/m2，平紋織物。

2 紡紗技術要點

coolplus纖維和棉纖維分別經開清棉、梳棉后預并，再與梳理成形的不銹鋼纖維條混并。開清棉和梳棉工序均采用常規工藝。

并條工序的預并、頭并、二并采用JWF1310型并條機，末并采用JWF1312型并條機。為了保證并條末道條子的均勻度，加裝光電式自調勻整裝置。在頭并混和時，按規定間隔排列。

預并coolplus纖維生條干定量18.0 g/5 m，6根喂入，牽伸倍數6.0倍，預并條子干定量18.0 g/5 m。棉生條干定量18.0 g/5 m，6根喂入，牽伸倍數6.0倍，預并條子干定量18.0 g/5 m。

頭并采用2根不銹鋼纖維條+2根coolplus纖維條+1根棉條。不銹鋼纖維條干定量18.0 g/5 m。牽伸倍數5.6倍，頭并條子干定量16.0 g/5 m。

二并采用8根條子喂入，牽伸倍數8.5倍，條子干定量15.1 g/5 m。

末并采用8根條子喂入，牽伸倍數8.6倍，條子干定量14.0 g/5 m。

粗紗工序采用“輕定量，重加壓，加強控制，降低速度，適宜捻系數”的工藝原則，粗紗伸長率控制在1.5%～2.0%，牽伸倍數7.0倍，干定量4.0 g/10 m。

采用FA506型細紗機，紡紗加工過程中降低速度，減小紗線張力，減小紗線磨損及脫落。引入變頻控制技術，通過變頻器將錠速降至5 000 r/min以下，解決了細紗機車速降低困難的問題。由于不銹鋼纖維硬脆，不耐磨，因此采用散熱快、通道較光滑、摩擦較小的FU型鋼絲圈和PG14254型鋼領。捻度不易過大，細紗捻系數偏小掌握。細紗工序牽伸倍數22.1倍，干定量1.81 g/100 m。

采用1332M型絡筒機（配不銹鋼槽筒），在保證筒子成形良好的條件下，適當降低槽筒轉速，減小張力，紗條通道保持光潔無毛刺，減少條干惡化和毛羽的增加。采用光電式電子清紗器，有效清除紗疵，保證紗線質量。

筒紗實測指標：斷裂強度11.9 cN/tex，斷裂強力C V9.8%，條干C V14%，+50%粗節0個/km，-50%細節154.4個/km，+200%棉結1個/km，捻系數380。

3 織造技術要點

采用KY6041-1800型整經機。由于紗線中不銹鋼含量較高，紗線斷裂伸長率低，為了確保紗線強力不受損失，適當控制整經張力，保證片紗張力均勻和經軸光滑平整，整經速度400 m/min。

采用GA338-300型漿紗機。漿料配方：50 kg淀粉，37.5 kg PVA，5 kg固體丙烯，1 kg抗靜電劑，1 kg平滑劑。采用雙漿槽，漿液體積750 L，漿液含固量控制在11%，上漿率12%。由于該產品對斷裂伸長率要求較高，因此要降低漿紗各區張力，防止漿紗過程中的意外伸長。退繞張力250 N，喂入張力200 N，卷繞張力2 800 N。

采用GA731B型劍桿織機。織造時采用“中后梁，小張力，小開口”的工藝原則。后梁高度1 010 mm，停經架高度60 mm、停經架前后130 mm，綜平時間300°。

織造過程中不銹鋼纖維易產生落花，造成無故停車，結合產品進行改造，采用光電式停經裝置。由于不銹鋼混紡紗線的剛性大且韌性不足，與鋼筘的摩擦力大，同時織物緊度較大，需要較大打緯力，因此對設備進行改造，通過增加打緯軸質量解決了打緯力不足的問題。該產品織機效率85%，十萬緯經停10次，十萬緯緯停8次。

4 染整技術要點

采用長車染色，工藝流程：原布準備→LMH205型退漿機→Thermefix338X型染色機→Montex6500型拉幅機→Momfongtex868型預縮機→打卷。采用酶退漿，處理溫度控制在100℃左右。染色采用分散/活性染色一浴法，焙烘溫度150℃～160℃。coolplus纖維定形溫度宜控制在160℃左右，時間45 s～60 s。

5 面料性能測試

測得成品面料的各項性能指標：單位面積質量220 g/m2，電阻80Ω，屏蔽效率53 d B，經耐洗滌試驗后，屏蔽效率52 d B，經向斷裂強力750 N，緯向斷裂強力450 N，經向斷裂伸長率18%，緯向斷裂伸長率13%。滴水擴散時間1.4 s，吸水率140%，透 濕 量8 350 g/（m2·24 h），蒸 發 速 率0.41 g/h，經向芯吸高度196 mm，緯向芯吸高度168 mm。

從上述測試結果可以看出，面料的電阻、屏蔽效率及耐洗滌性指標遠高于標準指標要求，實現了高屏蔽、低電阻的效果，同時洗滌后屏蔽效率幾乎無變化，說明該產品的電學性能不僅優異，且具有耐久性，可保證長期使用，降低更換頻率。面料的斷裂強力、斷裂伸長率指標高于標準，可提高服裝的耐用性。面料洗滌后，吸濕速干性符合標準要求，說明產品具有優良、持久的吸濕速干性，可提升作業人員夏季服用舒適性。

6 結語

通過優選纖維材料，進行優化組合，最終開發的高壓靜電防護面料產品質量指標達到了相關標準要求，很好地兼顧了高壓靜電防護的功能性和穿著舒適性，實現了預期設計目標。與市場同類產品相比，該面料手感柔軟，穿著舒適，除了具有高屏蔽、低電阻的優異電氣性能外，還具有吸濕速干功能，不僅能有效保護作業人員免受高壓電場以及靜電感應危害，還能提升作業人員夏季穿著的舒適感，緩解作業時心理負擔，提高工作效率。