紡織品靜電性能檢測結(jié)果的影響因素分析

文/應(yīng) 樂 黃海燕 黃文斌 李叢灘 顏春梅

紡織品在使用過程中容易積聚靜電，當(dāng)紡織品帶有靜電時，輕則影響紡織品的美觀，對人體穿著產(chǎn)生不適感，重則引起生產(chǎn)障礙、火災(zāi)爆炸。因此，紡織品抗靜電性能的檢測就尤為重要。目前國內(nèi)測試紡織品抗靜電性能的標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12703.1—2021《紡織品 靜電性能試驗方法第1部分：電暈充電法》（以下簡稱新版標(biāo)準(zhǔn)）于2021年12月1日代替GB/T 12703.1—2008（以下簡稱舊版標(biāo)準(zhǔn)）。新版標(biāo)準(zhǔn)修改采用ISO 18080—1:2015《紡織品 織物靜電性能評價的試驗方法 第1部分：電暈充電法》，與舊版標(biāo)準(zhǔn)相比，有幾處比較關(guān)鍵的技術(shù)變化。本研究將圍繞新舊標(biāo)準(zhǔn)的差異點，對8種單組分試樣進行試驗，來對比分析新舊標(biāo)準(zhǔn)的差異點及纖維類型等因素對抗靜電測試結(jié)果的影響。

1 紡織品靜電壓半衰期測試方法

1.1 測試原理及測試結(jié)果表達

GB/T 12703.1的測試原理是通過充電裝置對試樣施加電壓至穩(wěn)定，然后斷開高壓電源，試樣表面聚集的電荷開始逸散，試樣上的靜電壓值隨之自然衰減。測試通過確定試樣的峰值電壓和靜電壓衰減至初始值一半所需的時間，來量化試樣的抗靜電性能。測試結(jié)果包含峰值電壓和半衰期兩個部分。

1.2 新舊標(biāo)準(zhǔn)比較

對比標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12703.1新舊版本的測試程序及結(jié)果表達，其差異主要集中在預(yù)處理的預(yù)烘溫度、環(huán)境濕度、放電時間、測試次數(shù)及抗靜電性能評價要求等方面，具體見表1和表2。

表1 標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12703.1新舊版本測試要求對比

表2 標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12703.1新舊版本抗靜電性能要求對比

2 紡織品靜電壓半衰期測試比對

2.1 試驗設(shè)計

2.1.1 試驗樣品

本次對比試驗采用了8種單組分樣品，樣品信息見表3。

表3 試驗樣品

2.1.2 試驗儀器

本次對比試驗主要采用了2款儀器，試驗儀器信息見表4。

表4 試驗儀器

2.1.3 試驗方案

本研究結(jié)合新舊標(biāo)準(zhǔn)的差異點，采用控制變量法（A組、B組、C組）討論預(yù)烘溫度對紡織品抗靜電性能的影響，通過按新舊標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行測試（D組、A組）討論環(huán)境濕度、評級系統(tǒng)等更新差異點對紡織品抗靜電性能的影響，試驗方案見表5。

表5 抗靜電性能試驗方案

紡織品抗靜電性能的影響因素很多，本研究為分析不同單組分纖維的吸濕性能對紡織品抗靜電性能的影響，對A～D組不同狀態(tài)下的試樣回潮率進行了測定，回潮率的測定方案見表6。

表6 回潮率測定試驗方案

目前紡織品主要的抗靜電整理方法有：織物表面親水整理、纖維化學(xué)改性法、混紡或嵌織導(dǎo)電纖維、涂覆法等。抗靜電整理的主要改進方向是：減少電荷的聚集、加速電荷的泄漏、中和產(chǎn)生的靜電電荷。為分析靜電整理的效果和耐久性，按GB/T 12703.1—2021測定了成分為滌綸的樣品洗前、洗后狀態(tài)下（8#、9#）的抗靜電性能。水洗程序為使用GB/T 8629—2017規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)洗滌劑3，按照程序4N在40℃水溫條件下循環(huán)水洗3次后烘干。

2.2 試驗結(jié)果

通過對8種試樣按不同方案進行試驗，測得峰值電壓和半衰期的試驗結(jié)果見表7，試驗結(jié)果評價見表8，測得試樣的回潮率結(jié)果見表9。

表7 抗靜電測試結(jié)果

表8 抗靜電測試結(jié)果評價

表9 回潮率測試結(jié)果

2.3 結(jié)果對比與分析

2.3.1 預(yù)烘處理對測試結(jié)果的影響

A組、B組、C組進行了不同預(yù)烘方式的處理。由表7和表8可知，進行了預(yù)烘處理的A組和B組，測試結(jié)果基本一致，而未進行預(yù)烘處理的C組試樣的半衰期（或殘余電壓百分比）均小于A組和B組的測試結(jié)果。其中，4#（羊毛）試樣半衰期結(jié)果受預(yù)烘處理影響最大，未進行預(yù)烘處理的半衰期測試結(jié)果只有A組測試結(jié)果的29%；3#試樣（粘纖）三組試驗結(jié)果抗靜電性能均為A級，但C組測得的峰值電壓明顯小于A組和B組，是A組測試結(jié)果的60%；5#～7#在不同預(yù)處理狀態(tài)下抗靜電結(jié)果較為一致，抗靜電性能均較差，預(yù)處理方式對其影響很小。

由表9可知，試樣進行預(yù)烘處理后，回潮率下降，且預(yù)烘溫度越高，回潮率下降越大（50℃預(yù)烘的e組回潮率大于70℃預(yù)烘的f組）。預(yù)烘后的試樣在放入相同的試驗環(huán)境中進行吸濕，調(diào)濕24h后，達到吸濕平衡狀態(tài)時回潮率基本一致（a組、b組），因此A組和B組的抗靜電性能結(jié)果相近。

而未進行預(yù)烘處理的C組試樣在放入試驗環(huán)境中，由于實際回潮率（g組）較大，試樣進行放濕。因為纖維的吸濕滯后現(xiàn)象，如圖1所示，放濕達到的平衡回潮率（c組）大于吸濕達到的平衡回潮率（a組、b組）。因此C組的抗靜電試驗結(jié)果優(yōu)于A組、B組。試樣的吸濕性能越好，吸濕滯后現(xiàn)象的影響就越大。3#（羊毛）試樣和4#（粘纖）試樣在8種樣品的吸濕性能中位列前二，因此受到預(yù)烘處理的影響最為顯著，二者在C組抗靜電試驗結(jié)果上出現(xiàn)較為明顯的差異；而幾種化學(xué)纖維的回潮率較小，放濕和吸濕達到平衡回潮率造成的誤差較小，因此預(yù)烘處理對其影響較小。

圖1 吸濕滯后性圖[6]

2.3.2 新舊版本標(biāo)準(zhǔn)對測試結(jié)果的影響對比

A組按舊版標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12703.1—2008執(zhí)行測試，D組按新版標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12703.1—2021執(zhí)行測試。由表7可知，D組試樣的半衰期（或殘余電壓百分比）均小于A組的測試結(jié)果，相同樣品按新版標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行測試，測得的抗靜電性能較好。

由表1和表2可知，新舊版本標(biāo)準(zhǔn)的主要差異體現(xiàn)在預(yù)烘溫度、試驗環(huán)境濕度、試驗次數(shù)、放電時間和性能評定等方面。結(jié)合上文及表7～表9的試驗結(jié)果，新舊版本標(biāo)準(zhǔn)對相同紡織品抗靜電性能的主要影響因素是試驗環(huán)境濕度和性能評定要求。

已知預(yù)烘處理不影響試樣在相同環(huán)境達到的平衡回潮率，試樣在相對濕度更高的環(huán)境下，達到的平衡回潮率更高，相應(yīng)的試樣抗靜電性能更好。D組測得回潮率（d組）大于A組回潮率（a組），因此抗靜電結(jié)果D組各試樣均優(yōu)于A組。

對于紡織品的抗靜電性能評價，2021版的評價名稱為“優(yōu)異”“較好”“一般”“差”， 2008版的評價名稱為“A級”“B級”“C級”，在表述形式上2021版相較更為直接明確。對于級別評定的要求上，2021版抗靜電性能判定為一般及以上的半衰期要求，相比2008版C級及以上的要求放寬了4倍，并且越高的級別所要求的半衰期區(qū)間也越大。如#4（羊毛）試樣按照2008版測試的抗靜電性能評級為“C級”，而按照2021版測試的結(jié)果評價則為“優(yōu)異”。

綜上所述，相同的樣品，按新標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行測試，測得抗靜電性能的結(jié)果和評價較好。

2.3.3 纖維成分對測試結(jié)果的影響對比

根據(jù)表7可知，試驗測得紡織品的靜電電壓結(jié)果基本集中在1.2kV～1.5kV的范圍內(nèi)，表明多數(shù)紡織材料的最大帶電量是接近相等的，結(jié)果的差異主要體現(xiàn)在半衰期，半衰期反映了靜電在紡織品材料上的衰減速度。影響靜電聚集能力和衰減速度的主要因素是材料的比電阻，而比電阻的影響因素也和纖維回潮率和試驗環(huán)境有關(guān)，纖維含水率及環(huán)境濕度越大，纖維質(zhì)量比電阻最小。根據(jù)表9可計算得到A組、D組試樣的含水率，如表10所示。

表10 含水率測試結(jié)果匯總表

6#（錦綸）試樣和7#（腈綸）試樣在標(biāo)準(zhǔn)要求的低濕度的環(huán)境中，空氣相對濕度小，纖維含水率低，質(zhì)量比電阻大，抗靜電性能差。對于#5（蠶絲）試樣，當(dāng)lg

M

在0.8～1.2間，質(zhì)量比電阻變化尤為顯著；而當(dāng)lg

M

小于0.8時，其比電阻很大，甚至高于相同含水率的錦綸纖維，因此在標(biāo)準(zhǔn)要求的低濕度環(huán)境下，5#同6#、7#一樣，其抗靜電性能表現(xiàn)差。3#（羊毛）、4#（粘纖）含水率最高，lg

M

均在0.9以上，但同樣的含水率，粘纖的比電阻較小，其抗靜電性能較好。

2.3.4 抗靜電整理對測試結(jié)果的影響對比

表9中，滌綸樣品測得回潮率在所有試樣中最小，并且受預(yù)處理的影響也最小，但根據(jù)表7和表8，洗前樣（8#）的抗靜電性能表現(xiàn)優(yōu)異，洗后樣（9#）的性能為差。

#8試樣使用了離子型化合物的抗靜電劑，通過提升織物的導(dǎo)電性能來改善其抗靜電性能。但這類表面整理方法存在的問題是抗靜電效果耐久性較差，經(jīng)數(shù)次洗滌后，織物的抗靜電效果便趨于消失。

因此，功能整理工藝在滿足改善性能的前提下，也應(yīng)當(dāng)考慮提高紡織品抗靜電的耐久性。

3 結(jié)論

本文按照GB/T 12703.1的新舊版本，測定了8種單組分試樣的抗靜電性能，通過對8種試樣的靜電電壓、半衰期、回潮率等測試結(jié)果比較與分析，得出如下結(jié)論：

（1）預(yù)烘溫度對抗靜電測試結(jié)果影響較小，未進行預(yù)烘處理會影響測試結(jié)果，試樣吸濕性能越好，纖維的吸濕滯后現(xiàn)象會越嚴(yán)重，預(yù)烘處理對測試結(jié)果的影響越大。

（2）環(huán)境濕度對抗靜電測試結(jié)果有影響，濕度越高，試樣平衡回潮率越大，試樣比電阻越小，試樣的抗靜電性能越好。

（3）相同織物按照新舊版本標(biāo)準(zhǔn)測試，新版本測得的抗靜電結(jié)果較好，新版標(biāo)準(zhǔn)提高了試驗環(huán)境濕度，并擴大了性能評價要求的半衰期區(qū)間。

（4）抗靜電整理可以顯著提升紡織品的抗靜電性能，但使用時應(yīng)注意選擇適合紡織品用途及使用壽命的整理助劑，不耐水洗的抗靜電整理并不能維持長期使用產(chǎn)品的抗靜電性能。