防靜電面料
防靜電面料
防靜電面徠料是經過防靜電加工處理的面料,廣泛用於石油工業;礦冶工業;化學工業;電子工業;特種工業,如:原子能、航天航空、兵器等及其它工業,如:食品、煙花爆竹、醫藥等。
物質都是由分子組成,分子是由原子組成,原子中有帶負電的電子和帶正電荷的質子組成。在正常狀況下,一個原子的質子數與電子數量相同,正負平衡,所以對外表現出不帶電的現象。但是電子環繞於原子核周圍,一經外力即脫離軌道,離開原來的原子兒而侵入其他的原子B,A原子因缺少電子數而帶有正電現象,稱為陽離子、B原子因增加電子數而呈帶負電現象,稱為陰離子。
造成不平衡電子分佈的原因即是電子受外力而脫離軌道,這個外力包含各種能量(如動能、位能、熱能、化學能……等)在日常生活中,任何兩個不同材質的物體接觸后再分離,即可產生靜電。
當兩個不同的物體相互接觸時就會使得一個物體失去一些電荷如電子轉移到另一個物體使其帶正電,而另一個體得到一些剩餘電子的物體而帶負電。若在分離的過程中電荷難以中和,電荷就會積累使物體帶上靜電。所以物體與其它物體接觸後分離就會帶上靜電。通常在從一個物體上剝離一張塑料薄膜時就是一種典型的“接觸分離”起電,在日常生活中脫衣服產生的靜電也是“接觸分離”起電。
固體、液體甚至氣體都會因接觸分離而帶上靜電。這是因為氣體也是由分子、原子組成,當空氣流動時分子、原子也會發生“接觸分離”而起電。
人身上的靜電主要由衣物之間或則衣物與身體的摩擦照成的,因此穿著不同材質的衣服時“帶電”多少是不同的,比如穿化學纖維製成的衣物就比較容易產生靜電,而棉質衣物產生的就較少。而且由於乾燥的環境更有利於電荷的轉移和積累,所以冬天的時候人們會覺得身上的靜電比較大。
在乾燥和多風的秋天,在日常生活中,我們常常會碰到這種現象:晚上脫衣服睡覺時,黑暗中常聽到噼啪的聲響,而且伴有藍光,見面握手時,手指剛一接觸到對方,會突然感到指尖針刺般刺痛,令人大驚失色;早上起來梳頭時,頭髮會經常“飄”起來,越理越亂,拉門把手、開水龍頭時都會“觸電”,時常發出“啪、啪”的聲響,這就是發生在人體的靜電,上述的幾種現象就是體內靜電對外“放電”的結果。
人體活動時,皮膚與衣服之間以及衣服與衣服之間互相摩擦,便會產生靜電。隨著家用電器增多以及冬天人們多穿化纖衣服,家用電器所產生的靜電荷會被人體吸收並積存起來,加之居室內牆壁和地板多屬絕緣體,空氣乾燥,因此更容易受到靜電干擾。
在沒有進行防靜電治理的生產環境里,電子工廠人員日常工作的產生靜電強度和濕度的關係如表-1所示。
表1生靜電強度和濕度的關係
人身的活動情形 | 靜電電壓(V) | |
10~20%RH | 65%~90%RH | |
走過化纖地毯 | 35000 | 1500 |
拿TEFLON矽片架 | 30000 | 1200 |
走過塑料地板 | 12000 | 250 |
坐在椅子上工作 | 6000 | 100 |
翻看塑料面說明文件 | 7000 | 600 |
拿起普通聚乙烯袋 | 20000 | 1000 |
坐在聚氨酯泡沫墊上 | 18000 | 1500 |
由表1可見,增加工作環境的濕度,可以降低靜電電壓。
靜電電壓高:靜電能量不大,但其電壓很高。固體靜電可達20×104V以上,液體靜電和粉體靜電可達數萬伏,氣體和蒸氣靜電可達10000V以上,人體靜電也可達10000V以上。靜電泄漏慢:由於積累靜電的材料的電阻率都很高,其上靜電泄漏很慢。靜電的影響因素多:靜電的產生和積累受材質、雜質、物料特徵、工藝設備(如幾何形狀、接觸面積)和工藝參數(如作業速度)、濕度和溫度、帶電歷程等因素的影響。
任何物體內部都是帶有電荷的,一般狀態下,其正,負電荷數量是相等的,對外不顯出帶電現象,但當兩種不同物體接觸或摩擦時,一種物體帶負電荷的電子就會越過界面,進入另一種物體內,靜電就產生了。而且因它們所帶電荷發生積聚時產生了很高靜電壓,當帶有不同電荷的兩個物體分離或接觸時出現電火花,這就是靜電放電的現象。產生靜電的原因主要有摩擦、壓電效應、感應起電、吸附帶電等。
在工農業生產中,靜電具有很大的作用,如靜電植絨、靜電噴漆、靜電除蟲等,同時由於靜電的存在,也往往會產生一些危害,如靜電放電造成的火災事故等。隨著石化工業的飛速發展,易產生靜電的材料的用途越來越廣泛,其火災危險性也隨之加大。
靜電的危害很多,它的第一種危害來源於帶電體的互相作用。在飛機機體與空氣、水氣、灰塵等微粒摩擦時會使飛機帶電,如果不採取措施,將會嚴重干擾飛機無線電設備的正常工作,使飛機變成聾子和瞎子;在印刷廠里,紙頁之間的靜電會使紙頁粘合在一起,難以分開,給印刷帶來麻煩;在製藥廠里。由於靜電吸引塵埃,會使藥品達不到標準的純度;在放電視時熒屏表面的靜電容易吸附灰塵和油污,形成一層塵埃的薄膜,使圖像的清晰程度和亮度降低;就在混紡衣服上常見而又不易拍掉的灰塵,也是靜電搗的鬼。靜電的第二大危害,是有可能因靜電火花點燃某些易燃物體而發生爆炸。漆黑的夜晚,我們脫尼龍、毛料衣服時,會發出火花和“叭叭”的響聲,這對人體基本無害。但在手術台上,除電火花會引起麻醉劑的爆炸,傷害醫生和病人;在煤礦,則會引起瓦斯爆炸,會導致工人死傷,礦井報廢。
靜電的產生在工業(相關產品)生產中是不可避免的,其造成的危害主要可歸結為以下兩種機理:其一:靜電放電(ESD)造成的危害。 (1)引起電子設備的故障或誤動作,造成電磁干擾。 (2)擊穿集成電路和精密的電子元件,或者促使元件老化,降低生產成品率。 (3)高壓靜電放電造成電擊,危及人身安全。 (4)在多易燃易爆品或粉塵、油霧的生產場所極易引起爆炸和火災。
(1)電子工業(相關產品):吸附灰塵,造成集成電路和半導體元件的污染,大大降低成品率。(2)膠片和塑料工業(相關產品):使膠片或薄膜收卷不齊;膠片、CD塑盤沾染灰塵,影響品質。
以下列舉一些靜電在生產中的具體危害:
1.當物體產生的靜電荷越積越多,形成很高的電位時,與其他不帶電的物體接觸時,就會形成很高的電位差,併發生放電現象。當電壓達到300伏以上,所產生的靜電火花,即可引燃周圍的可燃氣體、粉塵。此外,靜電對工業生產也有一定危害,還會對人體造成傷害。
2、固體物質在搬運或生產工序中會受到大面積摩擦和擠壓,如傳動裝置中皮帶與皮帶輪之間的摩擦;固定物質在壓力下接觸聚合或分離;固體物質在擠出、過濾時與管道。過濾器發生摩擦;固體物質在粉碎。研磨和攪拌過程及其他類似工藝過程中,均可產生靜電。而且隨著轉速加‘快。所受壓力的增大,以及摩擦。擠壓時的接觸面過大、空氣乾燥且設備無良好接地等原因,致使靜電荷聚集放電,出現火災危險性。
3、一般可燃液體都有較大的電阻,在灌裝、輸送、運輸或生產過程中,由於相互碰撞、噴濺與管壁摩擦或受到衝擊時,都能產生靜電。特別是當液體內沒有導電顆粒、輸送管道內表面粗糙、液體流速過快等,都會產生很強摩擦,所產生的靜電荷在沒良好導除靜電裝置時,便積聚電壓而發生放電現象,極易引發火災。
4.粉塵在研磨、攪拌、篩分等工序中高速運動,使粉塵與粉塵之間,粉塵與管道壁、容器壁或其他器具、物體問產生碰撞和摩擦而產生大量的靜電,輕則妨礙生產,重則引起爆炸。
5.壓縮氣體和液化氣體,因其中含有液體或固體雜質,從管道口或破損處高速噴出時,都會在強烈摩擦下產生大量的靜電,導致燃燒或爆炸事故。
6.靜電造成的電擊可能發生在人體接近帶靜電物質的時候,也可能發生在帶靜電荷的人體接近接地體的時候,此刻人體所帶靜電可高達上萬伏。靜電電擊的嚴重程度與帶靜電體儲存的能量有關,能量越大,電擊越嚴重。帶靜電體的電容越大或電壓越高,則電擊程度越嚴重。在生產工藝過程中產生的靜電能量很小,所以由此引起的電擊不會直接使人致命。但人體可能因電擊墜落、摔倒,引起二次事故。此外,電擊還能引起工作人員精神緊張,影響工作。
7.靜電會妨礙生產,或降低產品質量。在紡織行業,靜電使纖維纏結、吸附塵土,降低紡織品質量,造成根絲飄動、纏花斷頭、紗線糾結等危害。;在印刷行業,靜電使紙線不齊、不能分開,影響印刷速度和印刷質量;在感光膠片行業,靜電火花使膠片感光,降低膠片質量;在粉體加工行業,靜電使粉體吸附於設備上,影響粉體的過濾和輸送;靜電還可能引起電子元件的誤動作;干擾無線電通訊等。
總之,靜電危害起因於用電力和靜電火花,靜電危害中最嚴重的靜電放電引起可燃物的起火和爆炸。人們常說,防患於未然,防止產生靜電的措施一般都是降低流速和流量,改造起電強烈的工藝環節,採用起電較少的設備材料等。最簡單又最可靠的辦法是用導線把設備接地,這樣可以把電荷引人大地,避免靜電積累。細心的乘客大概會發現;在飛機的兩側翼尖及飛機的尾部都裝有放電刷,飛機著陸時,為了防止乘客下飛時被電擊,飛機起落架上大都使用特製的接地輪胎或接地線;以泄放掉飛機在空中所產生的靜電荷。我們還經常看到油罐車的尾部拖一條鐵鏈,這就是車的接地線。適當增加工作環境的濕度,讓電荷隨時放出,也可以有效地消除靜電。潮濕的天氣里不容易做好靜電試驗,就是這個道理。科研人員研究的抗靜電劑,則能很好地消除絕緣體內部的靜電。
靜電對人體也存在一定的危險,據醫學專家介紹,靜電會給人體帶來一定的危害。人體產生的靜電干擾可以改變人體體表的正常電位差,影響心肌正常的電生理過程及心電在無干擾下的正常傳導。這種靜電能使病人加重病情或誘發早搏等,持久的靜電還會使血液的鹼性升高,導致血清中的鈣含量下降,鈣的排泄增加,從而引起皮膚瘙癢、色素沉著,影響人的機體生理平衡,干擾人的情緒等。
不少電腦工作者臉部多發紅斑、色素沉著等面部疾病,由於電腦屏幕產生的靜電吸引大量懸浮的灰塵,使面部受到刺激引起的。此外,由於老年人的皮膚比年輕人相對乾燥,加上心血管系統老化、抗干擾能力減弱等因素,更容易受靜電的危害,引發心血管疾病。
冬天空氣過於乾燥,人體皮膚和服裝之間還容易產生靜電,高者瞬間靜電壓可達上萬伏,造成人體不適。有人對日常生活產生的靜電做過調查和實測,在地毯上走動可產生1500~35000伏靜電,在乙烯樹酯地板上走動時可產生250~12000伏靜電,室內屁股在椅子上一蹭就會產生1800伏以上的靜電。靜電的高低主要取決於周圍空氣的濕度。通常靜電干擾超過7000伏,人就會有電擊感。相關資料表明,靜電對人體有非常大的危害。持久的靜電可使血液中的鹼性升高,血清中鈣含量減少,尿中鈣排泄量增加,這對於正在生長發育的兒童,血鈣水平甚低的老年人,以及需鈣量甚多的孕婦和乳母無疑是雪上加霜。過多的靜電在人體內堆積,還會引起腦神經細胞膜電流傳導異常,影響中樞神經,從而導致血液酸鹼度和機體氧特性的改變,影響機體的生理平衡,使人出現頭暈、頭痛、煩躁、失眠、食欲不振、精神恍惚等癥狀。靜電也會幹擾人體血液循環、免疫和神經系統,影響各臟器(特別是心臟)的正常工作,有可能引起心率異常和心臟早搏。在冬季,約三分之一心血管疾病的發生與靜電有關。在易燃易爆地區,人體帶有靜電還會引起火災。
靜電已經危害到人民生產生活的各個領域,如軍工、火工、石油、天然氣、化工、海運、感光材料、煤礦、橡膠、醫藥、煤氣等生產;再如,餘杭燃料罐儲部門、電子器件製造業、微電子相關產業、機械電子、光電子、辦公自動化、信息通訊、電子醫療、計算機等產業。
靜電產生的危害在化工行業生產部門已受到了相當的重視,但在這些行業的倉儲部門中對靜電造成的危害與防治的研究還是—個薄弱環節。隨著倉儲的功能和規模的不斷擴展,如何控制和防範靜電帶來的危害已逐漸引起人們的矚目。
倉儲環節中的靜電產容易生。靜電的產生有其內因和外因。內因取決於物質的導電特性,外因最為常見的是物質相互的摩擦造成起電現象。如儲運過程中物質間的摩擦、滾動、撞擊等。其次是附著帶電、感應帶電等。就倉儲部門而言,許多商品和包裝物都具備了靜電產生的內部條件,同時在倉儲業務中都離不開搬運、堆碼、苫墊、覆蓋等操作,因而商品之間不可避免地會產生摩擦、滾動、撞擊等。例如石油或有機溶媒倉庫內的輸送和向罐內排放時,這些物料與管道壁及設備之間就會產生摩擦,這些都會產生很高的靜電積累。一般商品的塑料包裝在堆碼過程中由於相互摩擦也會產生靜電。
倉儲中靜電的危害。靜電在倉儲活動中造成的危害主要是由於它能在物體表面上聚集形成很高的靜電位並容易發生靜電放電火花,其危害主要在兩個方面:
易引發燃爆事故。例如倉庫中存放的易燃液體(如汽油、煤油、柴油)、有機溶媒(苯類、醚類、酮類),它們揮發出的蒸氣與空氣混合達一定比例、或固體粉塵達一定濃度即爆炸極限時,一旦遇靜電放電火花即會成為點火源引發燃爆。
易產生電擊現象。如在搬運過程中產生靜電高電位放電給操作人員帶來電擊的不適感,這在倉庫搬運塑料包裝物品的工人中屢有發生,搬運、堆碼過程中由於強烈的摩擦產生了靜電高電位放電,甚至發生過操作工人被靜電放電擊倒的現象。
油品在儲、運、灌、加的過程中,不可避免地發生攪拌、沉降、過濾、搖晃、衝擊、噴射、飛濺以及流動等接觸、磨擦、分離的相對運動而產生靜電積聚。油品在流動過程中,靜電的多少不僅取決於靜電的產生,還取決靜電的消散。當靜電荷的產生速度高於靜電荷的消散速度時,便形成同性電荷的積聚。油庫的油品屬於低電導率物質,汽油電阻率為2.5*1013,煤油、柴油的電阻率為7.3*1014,都比較容易產生和積聚靜電。
油品產生靜電的類型按其狀態可分為3種:1、油品與固體之間的靜電,如油品在管道中流動、攪拌、固體顆粒在油品中沉降產生的靜電;2、油品與氣體之間的靜電,如油品從管道口或噴嘴噴出、氣泡在油品中上升產生的靜電;3、油品與不相容液體之間的靜電,如水滴在油品中沉降、高壓水沖洗儲罐產生的靜電。
按機械運動形式分為6種:1、流動帶電。低電導率的輕質油品在管道中流動,油品與管道壁發生磨擦運動,使油品帶有靜電荷。2、噴射帶電。油品從管口或噴嘴高速噴出時,粒子和噴嘴之間存在迅速接觸和分離過程,接觸時界面處形成雙電層,分離時粒子把雙電層中的一層電荷帶走,另一層電荷留在噴嘴上,結果使微粒和噴嘴上分別帶上正電荷和負電荷。3、油品衝擊、飛濺帶電。輕質油品從頂部孔口注入儲罐、油罐車內,油粒下落後對罐壁發生衝擊,引起飛濺、氣泡和霧滴而帶電。4、液體的沉降帶電。由於油品含有固體顆粒和水分等雜質,這些顆粒或水滴向下沉降使油品帶電。5、人體帶電。人體活動時,衣服與衣服、人體與衣服、鞋底與地面的磨擦而使人體帶電。6、感應帶電。帶電體與絕緣導體互相靠近而使絕緣導體帶電。
靜電的危害有目共睹,現在越來越多的廠家已經開始實施各種程度的防靜電(相關產品)措施和工程。但是,要認識到,完善有效的防靜電(相關產品)工程要依照不同企業和不同作業對象的實際情況,制定相應的對策。防靜電(相關產品)措施應是系統的、全面的,否則,可能會事倍功半,甚至造成破壞性的反作用。在家居以及生活的各個環節,人們注意到了靜電對人體的危害。
靜電最為嚴重的危險是引起爆炸和火災,因此,靜電安全防護主要是對爆炸和火災的防護。這些措施對於防止靜電電擊和防止靜電影響生產也是有效的。
1.環境危險程度控制,靜電引起爆炸和火災的條件之一是有爆炸性混合物存在。為了防止靜電的危險,可採取取代易燃介質、降低爆炸性混合物的濃度、減少氧化劑含量等控制所在環境爆炸和火災危險程度的措施。
2.工藝控制,為了有利於靜電的泄漏,可採用導電性工具;為了減輕火花放電和感應帶電的危險,可採用阻值為107~109Ω左右的導電性工具。為了限制產生危險的靜電,烴類燃油在管道內流動時,流速與管徑應滿足以下關係:
ν2D≤0.64
式中ν——流速,m/s; D——管徑,m。
為了防止靜電放電,在液體灌裝過程中不得進行取樣、檢測或測溫操作。進行上述操作前,應使液體靜置一定的時間,使靜電得到足夠的消散或鬆弛。為了避免液體在容器內噴射和濺射,應將注油管延伸至容器底部;裝油前清除罐底積水和污物,以減少附加靜電。
3.接地,接地的作用主要是消除導體上的靜電。金屬導體應直接接地。為了防止火花放電,應將可能發生火花放電的間隙跨接連通起來,並予以接地。防靜電接地電阻原則上不超過lMΩ即可;對於金屬導體,為了檢測方便,可要求接地電阻不超過100Ω~l000 Ω。對於產生和積累靜電的高絕緣材料,宜通過106Ω或稍大一些的電阻接地。
4.增濕,為防止大量帶電,相對濕度應在50%以上;為了提高降低靜電的效果,相對濕度應提高到65%~70%。增濕的方法不宜用於防止高溫環境里的絕緣體上的靜電。
5.抗靜電添加劑,抗靜電添加劑是化學藥劑。在容易產生靜電的高絕緣材料中加入抗靜電添加劑之後,能降低材料的體積電阻辛或表面電阻率以加速靜電的泄露,消除靜電的危險。
6.靜電中和器,靜電中和器又稱靜電消除器。靜電中和器是能產生電子和離子的裝置。由於產生了電子和離子,物料上的靜電電荷得到異性電荷的中和,從而消除靜電的危險。靜電中和器主要用來消除非導體上的靜電。
7.加強靜電安全管理,靜電安全管理包括制訂關聯靜電安全操作規程、制訂靜電安全指標、靜電安全教育、靜電檢測管理等內容。
8.防靜電工作服裝,針對石油、石化、加油站、電子元件等行業的生產以及易燃易爆工作場所中,統一穿著防靜電工作服裝,而且要對防靜電服裝的各方面指標以及性能嚴格要求。防靜電服裝可以在穿著過程中消除靜電隱患,避免生產事故的發生。
根據國家頒發的《防止靜電事故通用導則》,可以通過以下兩類措施消除靜電。
1抑制靜電的產生
首先在設計、製造生產設備時,必須要要注意材料的選擇。根據物質帶電極性不同,可排出靜電起電序列。在生產系統中,如有兩種相互接觸、發生摩擦的物質,應盡量選用在靜電起電序列中相近的物質。其次要限制流體在管道中的流速。流速越快,產生靜電的可能就越大。
2限制靜電的積累
加速工藝過程所產生的靜電的泄漏或中和,限制靜電的積累,使它不超過安全的限度也可以防止靜電火花。
設備、管線接地是最簡單、最常用,也是最基本的防靜電措施,但它只能消除導體上的靜電,而不能消除絕緣體上的靜電。在絕緣體中,添加導電填料或抗靜電劑,就可以加速靜電的導出和泄放,避免靜電積聚。同時可以適當增加空氣濕度。當空氣相對濕度大於70%時,物體表面往往會形成一層極薄的水膜。水膜能溶解空氣中的二氧化碳,使表面電阻率大大降低,加速靜電逸散。最好能夠使用靜電中和器,靜電中和器能中和物體所帶靜電,極大地消除靜電危險。
面料的防靜電加工方法通常有:
①織物用抗靜電整理劑作后整理;②以提高織物吸濕性為目的的纖維接枝改性、親水性纖維的混紡和交織;③混紡或嵌織導電纖維;前二類方法的作用機理均屬提高織物回潮率、降低絕緣性,加速靜電泄漏。因此如果在乾燥環境中或經過多次洗滌后,加工效果或不耐久、或不顯著,通常在普通服裝用織物上應用。唯有第三種方法可持久、高效地解決紡織品的靜電問題,故被廣泛應用於生產防靜電工作服。織物用抗靜電整理劑作后整理。
1.防靜電綢(導電綢)及防靜電超凈面料。
2.防靜電TC面料。
3.防靜電TR面料。
4.防靜電CVC面料等。
5.防靜電全棉面料。
紡織材料是電的絕緣體材料,比電阻一般很高,尤其是吸濕性能低滌綸、晴綸、氯綸等合成纖維。因此,在紡織加工過程中,由於纖維與纖維或纖維與機件間的密切接觸和摩擦。造成電荷在物體表面的轉移,結果產生靜電。帶相同電荷的纖維之間相互排斥,帶不同電荷的纖維與機件之間發生吸引,結果造成條子發毛,紗線毛羽增多,卷裝成型不良,纖維粘纏機件,紗線斷頭增加,以及在布面上形成分散性條影等。服裝帶電后,大量吸附塵土,容易沾污,而且服裝與人體、服裝與服裝也會發生纏附現象或者產生電火花。因此,靜電干擾,影響加工的順利進行,影響產品的質量和織物的服用性能等。靜電現象嚴重時,靜電壓高達幾千伏,會因放電產生火花,引起火災,造成嚴重後果。
很早就已經發現,當兩個絕緣體相互摩擦並分開時,介電係數,較高的物體帶正電荷,介電係數較低的帶負電荷。這是十九世紀末就發現的規律,這個規律和許多實驗結果是相符的,。由實驗所獲得的各種纖維的靜電電位序列,如表3-32(實驗條件是溫度和空氣相對濕度33%)。當表中兩種纖維發生摩擦時,排在表中上面的纖維帶正電荷,下面的點負電荷。
表1 纖維靜電電位序列
羊毛 錦綸 粘膠纖維 棉 蠶絲 聚酯纖維 聚乙烯醇 滌綸 腈綸 氯綸 腈氯綸 偏氯綸 聚乙烯 丙綸 氟綸
+-
1757年的第一個電位序列表,只包含羊毛一種紡織材料,排列在表的靠近正電的一端。以後很多人在這個方面做過研究。在已發表的一些電位序列中,各種纖維的排列順序,不是完全相同的,有的差別還是比較大。但大體上可以說,聚醯胺類纖維(羊毛、蠶絲和錦綸)排在表的靠近正電荷的一端,纖維素纖維排在表的中間,碳鏈纖維排在表的負電荷一端。需要說明,實驗條件的微小變化,可能引起纖維電位的變化。並且紡織材料帶電后,材料各部位的電位並不相同,有的部位帶正電荷,有的部位可能帶負電荷,情況比較複雜。
紡織材料所帶的靜電的“強度”,用單位重量(或單位面積)的材料的帶電量(庫侖或靜電單位)表示。各種纖維的最大帶電量是接近相等的,而靜電衰減速度卻大不相同。決定靜電衰減速度的主要因素,是材料的表面比電阻。一些織物上的靜電衰減到原始數值的一半,所需要的時間一半衰期與織物的表面比電阻的關係。
各種織物的電荷半衰期與表面的電阻的對數關係,是直線關係,表面比電阻越大,半衰期越長,一些織物表面比電阻與電荷半衰期的關係表1(試驗條件是溫度30oC和空氣相對濕度33%)。當表中兩種纖維發生摩擦時,排在表面上的纖維帶正電荷,下面的帶負電荷。
紡織材料所帶靜電的“強度”,用單位重量(或單位面積)的材料的帶電量(庫侖或者靜電單位)表示。各種纖維的最大帶電量是接近相等的,而靜電的衰減速度卻大不相同。決定靜電衰減速度的主要因素是材料的表面比電阻。
織物的表面比電阻越大,電荷半衰期越長。因此,如果把紡織面料的比電阻降低到一定程度,靜電現象就可以防止。
生產實踐表明,在紡織廠加工纖維素纖維,很少受到靜電干擾。加工如羊毛和蠶絲,就存在一定的靜電干擾。而加工聚酯纖維、錦綸、滌綸以及其他合成纖維,受靜電干擾最大。
為了解決合成纖維織物在穿用過程中的靜電干擾,必須使合成纖維及其織物具有耐久性抗靜電性能。使合成纖維以及其織物具有耐久性抗靜電性能的方法很多。例如,在合成纖維的聚合或者紡絲時,加入親水性聚合物或則導電性低分子聚合物;或則利用複合紡絲法,製成外層具有親水性的複合纖維等。又如,可以在紡紗的過程中,可以將合成纖維與吸濕性強的纖維進行混紡,或者按照電位序列,使帶正電荷的纖維與帶負電荷的纖維進行混紡,以及對織物進行耐久性的親水性助劑整理。
現在市場上現有的抗靜電面料有三大類:導電絲防靜電面料、導電纖維防靜電面料和助劑整理防靜電面料。
市場上現有的幾類型防靜電面料中主要是導電絲面料、導電纖維面料,針對兩種種面料的各方面對比如表4.
由表4可以直觀的看出3種防靜電面料的各方面性能以及特徵的對比。
在具體使用方面,導電絲面料中的導電絲主要是嵌織在織物的背面,以利於織物的美觀和平整,面料的背面是半導體,面料的正面是絕緣體。所以製成成衣以後,主要消除的僅僅是服裝與人體摩擦產生的靜電,無法消除與外界設備等摩擦產生的靜電,服裝正面依然有電荷積聚。混紡面料由於是將導電纖維在紡織過程中加入到紗線中,面料的正面和背面均屬於半導體,而且可以使布面表面正負電荷可以傳導並相互抵消,能快速均勻的消除人體與服裝產生的靜電以,以及與外界接觸所服裝表面產生的靜電,服裝沒有電荷積聚。
在徠油田,石化,煉化,化工等行業,穿著防靜電服裝以及相關防護用品的目的主要就是消除外界與人體產生的靜電,同時避免電荷積聚,消除靜電放電時產生的火花引起的安全隱患。
因此,在大部分高危行業,已經接受了混紡防靜電面料的防護性能。採用混紡防靜電面料,既提高了防靜電性能,又降低了安全隱患。
採用不鏽鋼纖維、亞導電纖維、防靜電合成纖維與滌棉混紡或混織布,能自動電暈放電或泄漏放電,可消除衣服及人體帶電,同時供防靜電的帽子、襪子、鞋。其性能指標符合GB12014-2009標準:
布料電荷密度≤5μC/m2
上衣帶電荷量≤0.5μC/m2
防靜電服裝十大標準:
1、防靜電工作服:為了防止衣服的靜電積聚,用防靜電織物為面料而縫製的工作服。
2、防靜電織物:防止衣物的靜電積聚,在紡織時,大致間隔或均勻地混入導電纖維的織物。
3、導電纖維:採用金屬氧化物或碳黑進行複合紡絲方法而製成的纖維。
4、服裝外觀要求:無破損、斑點、污物以及其他影響服裝性能上的缺陷。
5、防靜電面料性能:在溫度20±5℃、濕度30~40%的環境下,經水洗100次后,面料電荷面密度平均值≤7.0μc/m2。
6、防靜電服裝性能:每件防靜電服的帶電電荷量<0.6μc/件,耐洗滌性能(A級≥33.0 h, B級≥16.5 h)。
7、防靜電服裝檢驗標準:中華人民共和國防靜電服裝國標(GB12014—2009)。
8、防靜電服裝檢驗依據:GB/T12703-1991《紡織品靜電測試方法》。
9、防靜電面料染色要求:輕絲光,不磨毛。氧漂劑請盡量控制在劑量的80%。
防靜電服裝
有機導電纖維在防靜電工作服面料和普通民用紡織品的靜電消除方面發揮了有效的作用,但與常規紡織品相比,含導電纖維紡織品的靜電性能測試,在正確性和重視性方法顯著惡化。選擇合理的測試方法、正確評價含導電纖維織物的靜電性能,是深入研究有機導電纖維的加工技術、含導電纖維紡織品的生產工藝、指導此類紡織品的合理應用所必需的基礎性工作。我們分析我國現行相關測試方法標準對含導電纖維紡織品抗靜電性能測試的適應性。
靜電測試包括危險靜電源參數測試、材料和製品靜電性能檢測、以及易燃易爆物品靜電感度的測試。表徵材料和製品靜電性能的主要參數有電阻率、泄露電阻、電荷面密度及半衰期、摩擦帶電電壓及半衰期等。紡織材料靜電性能的評價有電阻類指標(體積比電阻、質量比電阻、表面比電阻、泄露電阻、極間等效電阻等)、靜電電壓及其半衰期、電荷面密度等指標,以及吸灰試驗、張帆試驗、吸附金屬片試驗等簡易測試方法得到的低精度指標。
我國現行紡織工業國家標準和行業標準中與紡織品抗靜電功能有關的產品標準有:
GB/T 12014-2009 防靜電工作服:
與紡織品靜電性能有關的測試方法標準有:
GB 12703-1991 紡織品靜電測試方法;
FZ/T 01042-1996 紡織材料 靜電性能 靜電壓半衰期的測定(代替FJ 549-1985);
FZ/T 01044-1996 紡織材料 靜電性能 纖維泄露電阻的測定(代替FJ 551-1985);
FZ/T 01059-1999 織物摩擦靜電性吸附測定方法(代替ZB W 04007-1989);
FZ/T 01060-1999 紡織摩擦帶電電荷密度測定方法(代替ZB W 04008-1989);
FZ/T 01061-1999 紡織摩擦起電電壓測定方法(代替ZB W 04009-1989);
上述現行標準與ISO,AATCC,ASTM,BS,JIS,DN等同類標準非常相似。其中GB/T12014-1989基本上等同於JIS T 8118 “靜氣帶電防止作服”(1983);GB/T12703-1991參照採用JISL 1094 “物及物帶電性能測試方法”(1988)。
AATCC76-1995織物抗靜電試驗檢驗方法。
2、我國現行測試方法標準的適應性分析
GB/T 12703-1991紡織品靜電測試方法提供了6種測試方法:
A法(半衰期法):用+10kV高壓對置於選裝金屬平台上的試樣放電30s,測感應電壓的半衰期(s)。FZ/T 01042-1996“紡織材料 靜電性能 靜電高壓半衰期的測定”與之完全相同。此法可用於評價織物的靜電衰期特性,但含導電纖維的試樣在接地金屬平台上的接觸狀態無法控制,導電纖維與平台接觸良好的電荷快速泄露,而接觸不良時其衰減速率與普通的紡織品類似,同一試樣在不同放置條件下得到測試結果差異極大,故不合適於含導電纖維織物的評價。日本1997年修訂的JISL 1094 “物及び物の帶電性能測試方法”。在文本中已列專門的條款指出此法不合適於評價含導電纖維織物的抗靜電性能。
B法(摩擦帶電電壓法):試樣(4塊,2經,2緯,尺寸4㎝×8㎝)夾置於轉鼓上,轉鼓以400r/min的轉速與標準布(錦綸或丙綸)摩擦,測試1min內的試樣帶電電壓最大值(V)。除磨料規格、子樣數等稍有差別外,FZ/T 01061-1999“織物摩擦起電電壓測定方法”與之相同。此法因試樣的尺寸過小,對嵌織導電纖維的織物而言。導電纖維的分佈會隨取樣位置的不同而產生很大的差異,故也布適合於含導電纖維紡織品的抗靜電性能測試評價。
C法(電荷面密度法):試樣在規定條件下以特定方式與錦綸標準布摩擦後用法拉第筒測得電荷量,據試樣尺寸求得電荷面密度(μC/m2)。除在摩擦布規格、試樣預處理、摩擦棒直徑、摩擦次數等方面略有變化外,FZ/T 01061-1999“織物摩擦帶點電荷密度測定方法”與之相同。電荷面密度法適合於評價各種織物、包括含導電纖維織物經摩擦積聚靜電的難易程度,所測結果與試樣的吸灰程度有較密切的相關性。由於試樣與標準布間的摩擦起電是人工操作實現的,故測試條件的一致性,測試結果的準確性和重演性易受操作手法的影響。
D法(脫衣時的衣物帶電量法):按特定方式將工作服與化纖內衣摩擦后脫下工作服,投入法拉第筒,求得帶電量(μC/件)。此法的測試對象限於服裝,且內衣材質未作規定、摩擦手法難以一致,缺乏可比性。
E法(工作服摩擦帶電量法):用內襯錦綸或丙綸標準的滾筒烘乾裝置(45r/min以上)對工作服試樣摩擦起電15min,投入法拉第筒測得工作服帶電量(μC/件)。此法與“靜電工作服”產品標準GB/T 12014-2009所規定的電荷量測量方法基本一致,適合於服裝的摩擦帶電量測試;其技術實質與C法(電荷面密度法)也相一致。
F法(極間等效電阻法):織物試樣與接地導電膠版良好接觸,按規定間距和壓力將專門的電極夾持於試樣,經短路放電后施加電壓,據電流值求得極間等效電阻(Ω)。含導電纖維織物與導電膠板接觸時會引起導電纖維暴露的局部區域之間的短路,難以測得真實的等效電阻。FZ/T 01044-1996 “紡織材料 靜電性能 纖維泄露電阻的測定”等電阻類測試方法的主要檢測對象為纖維。
FZ/T 01059-1999 “織物摩擦靜電性吸附測定方法”將織物以規定方法摩擦后吸附於金屬斜面,據吸附時間評價織物抗靜電性能。此法設備簡單,適合於反映服用織物因靜電吸附肢體程度。但測試結果受操作手法的影響過大,屬簡易測試方法。對含導電纖維的織物試樣而言,金屬於裸露導電纖維的接觸狀態的不確定性也將導致測試結果的失穩。
2009年12月1日開始執行的GB 12014-2009代替了GB 12014-1989成為新的防靜電服國標。