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1、第四章 抗静电、导电纤维及纺织品,在日常生活中我们常见一些静电现象。静电的电压虽然很高，但电流极小，许多人往往感觉不到。静电的危害性也并不明显，有时会对一些敏感人群造成电击感而引发不适。而在一些特殊行业或特殊场合，静电则会直接或潜在地从多个方面带来不同程度的危害。,纺织品在生产加工和使用中易因摩擦和感应产生静电。早在l756年，罗伯特塞默发现了不同纤维之间的摩擦带电现象。而常规纤维材料的电阻率均在1010 cm 以上，所产生的电荷不易逸散。 纤维素纤维加工中静电现象尚不明显，而蛋白质纤维的静电干扰就较严重。毛纤维虽然有较高的平衡回潮率，但其质量比电阻在天然纤维中达到最高；回潮率普遍较低的合成纤
2、维的电阻率高达1014 cm, 电荷积聚现象更加显著。,纺织生产中常会导致纤维缠绕或堵塞机件，半制品或纱线发毛、断头，织纺织材料的带电现象造时经纱开口不清，以及织物折叠不齐等现象，影响生产的顺利进行。 纺织品使用中静电电荷的积聚易引起灰尘附着，服装纠缠肢体产生粘附不适感；引起血液pH值上升，血液中钙含量降低，尿中钙含量增加，血糖升高，维生素C含量下降。较高的静电压可对人体产生电击，并引起电子元件损坏；静电放电可引起火炸药和电火工品的意外爆炸；静电放电产生的电磁辐射会对各种电子设备、信息系统造成电磁干扰。,在纺织加工、火工、石油化工、燃气、电子电力等工业领域，静电引起燃烧爆炸事故和造成产品报废、
3、干扰仪器正常运行危及人身安全等问题日益突出，静电放电的危害正逐渐被人们所认识。开发防静电工作服是消除静电隐患的措施之一。 与其他防护服装不同，一般的防护服装是防止环境对人体的健康造成危害，而防静电服装更多的是防止人体产生的静电对环境造成影响。 近十年来，我国纺织品的抗静电技术有了飞速发展，除应用于专业工作场所的抗静电工作服、超净工作服外，军队、武警的常服、作训服等为了防止静电干扰及有可能产生的静电危害也都采用了抗静电技术，甚至一般民用纺织品如羊绒衫等针织物也添加了有机导电纤维。防静电服装的应用越来越广泛。,一、静电产生的机理1静电的产生 很复杂的物理过程，其产生机理的理论尚不成熟，存在多种假说
4、，概括讲其产生有三种途径。 在没有外电场时，原来不带电的物体靠相互作用而带电； 带电体和非带电体间的电荷转移；存在外电场时，外电场使物体带电。共识：两个不同物体接触或摩擦后分离，就会产生静电。,第1节 概 述,对纺织材料而言（A）静电主要是由摩擦产生的。 两个表面之间的接触摩擦可因电子分布的变化使两个表面产生数量相等而符号相反的电荷，带有多余电子的表面带负电荷，缺少电子的表面带正电荷。 两种材料相互摩擦，在前面的带上正电荷，后面的带负电荷。静电序列：（+）（-） （温度30，湿度33%）（玻璃、人发、耐纶）羊毛、尼龙、蚕丝、粘胶纤维、玻璃纤维、棉、苎麻、醋酯纤维、涤纶、腈纶和聚乙稀。（B）电荷
5、的积聚。 摩擦仅使电荷量增加，产生静电的现象的另一原因为电荷的积聚。如果是导体，产生的电荷可疏导而不积聚电荷；如果是绝缘体，则产生的电荷无法疏导而持续存在相当长一段时间，从而产生静电现象。材料的导电性越低，则电荷积聚越多。,2摩擦起电的机理 偶电层理论： 当两种材料摩擦接触面间距小于2.510-7cm时，界面两侧的分子就会产生强烈的相互吸引。电负性大的一侧吸引界面电子向内部移动，界面呈阳荷性；电负性小的一侧则向界面移动使界面呈阴荷性，从而形成偶电层。 两种材料摩擦接触时存在起电和放电的过程（即电荷的集聚与散逸过程）。 当两种形成偶电层的材料快速分开时，一种材料表面带正电，则另一种带负电。,3纤
6、维材料静电性能的影响因素分子组成和原子结构 如：与原子的电负性及官能团有关， 供电子能力强的基团易带正电，受电子能力强的基团易带负电。（+）NH2OHCOOHOCH3OC2H5COOCH3Cl（-）使用环境 如相对湿度：湿度高，周围环境离子化较容易，电荷散逸速度快，同时，纤维的吸湿率高，材料本身比电阻下降，导电性提高，静电压下降。摩擦状态,二、静电的危害（P68）A 医学上看： 吸附空气中的灰尘、花粉等脏东西，刺激皮肤，改变皮肤的酸碱值，进而引发过敏、瘙痒等皮肤疾病。 影响人的新陈代谢平衡，从而影响人体的自律神经平衡，造成头晕及性情急燥等不良反映。 会消耗体内的热能，加速体力流失。 引起人体钙
7、质流失，让人容易性情急燥，产生疲倦感。会引起体内血糖增加，加剧人体热能的消耗。造成维生素C的严重流失，让人产生精神紧张及忧郁等症状。,B 纺织加工及生活方面 纺织加工过程中，使纺丝、拉伸、纺纱和编、织过程中纤维易缠绕，产生毛丝，使工艺不好控制，造成生产率低，质量差。染整工序（尤其是烘干与热定形）造成成布折叠困难及操作工的电击现象。 引起灰尘沾污；使衣服之间、衣服与人体之间相互吸附现象，降低服用舒适性。 地毯上走动或在装饰织物上摩擦时，会有电击作用；甚至火花会引燃易燃气体造成火灾等意外事故发生； 会干扰计算机及电子仪器的正常工作，放电通过敏感性电子元件而引起仪器失灵。,一般静电的产生主要有两种：
8、接触产生静电和静电诱导。导致的结果均为电荷转移效应。 抗静电是指抗静电织物能将电荷转移效应减到最小，防止静电的聚集，减少与制品的摩擦与接触，达到抗静电的目的。提高纤维的亲水性 水具有较高的导电能力，引入亲水性基团，改善纤维的亲水性。电荷中和法 将处于静电序列两端的材料混合使用；采用与纤维电荷相反的抗静电剂等。静电逸散法 导电物质均一型导电纤维（金属纤维、碳纤维、导电聚合物等）或涂覆有导电成分（碳黑）的导电物质包覆型导电纤维和导电物质复合型导电纤维。,三、静电的消除（一）纺织材料抗静电原理,（二）纺织品防静电方法,实际生产中主要采用提高环境湿度的方法和增加纤维材料的电导率。抗静电剂整理织物；纤维
9、的亲水性接枝改性以及和亲水性纤维的混纺和交织；混纺或嵌织导电纤维。,1、防静电剂整理,A、非耐久性防静电剂（暂时性） 非耐久性抗静电剂一般为具有亲水基团的表面活性剂。它分为阳离子抗静电剂、阴离子抗静电剂、两性抗静电剂、非离子抗静电剂。（1）吸湿剂：通常认为抗静电剂必须具有充分的吸湿性，能在湿度40%以下与大气形成平衡溶液。 如甘油与醋酸钾结合使用；无机盐（氯化锂）；胺类（三乙醇胺）（2）表面活性剂：表面活性剂的防静电作用是由于它有亲水性和亲油性所决定的。阴离子型阳离子型两性非离子型,抗静电剂是抑制绝缘性能好的材料表面所产生的静电荷或消除已积累的静电量所使用的物质的总称。,阴离子型抗静电剂 分子
10、的活性部分是阴离子，包括烷基磺酸盐、硫酸盐、磷酸衍生物、高级脂肪酸盐、羧酸盐及聚合型阴离子抗静电剂等。其阳离子部分多为碱金属或碱土金属的离子、铵、有机胺、氨基醇等。水溶性好，易被洗除。 抗静电剂PK（烷基磷酸酯钾盐）,阳离子型抗静电剂 阳离子型抗静电剂主要包括胺盐、季铵盐、烷基氨基酸盐等。其中季铵盐最为重要，抗静电性能优良，对高分子材料有较强的附着力，广泛用作纤维和塑料的抗静电剂。 具有柔软、平滑、杀菌、价格高，效果好，用于外部和内部处理均可，持续性强。,抗静电剂SN（十八烷基二甲基羟乙基季铵硝酸盐），适用于锦纶、涤纶、氨纶等合成纤维，采用浸轧、烘干方法，用量为1%左右，用于真丝绸时，须低温烘
11、干，否则效果不佳）,抗静电剂TM（三羟乙基甲基季铵硫酸盐）CH3N(CH2CH2OH)3+ .CH3SO4-,两性型抗静电剂 主要有季铵羧酸内盐、咪唑啉金属盐等，价格贵。,咪唑啉型,甜菜碱型,RN+(CH3)2(CH2)nCOO-,非离子型抗静电剂 非离子型抗静电剂具有一个较长的亲油基。 主要有聚乙二醇酯或醚类、多元醇脂肪酸酯、脂肪酸烷醇酰胺、脂肪胺乙氧基醚等化合物。,聚氧乙烯型：,聚氧乙烯醚,聚氧乙烯酯,B、耐久性防静电剂 耐久性抗静电整理剂是含有离子型和吸湿性基团的高分子化合物或聚合物通过交联作用在在纤维表面形成不溶性聚合物的导电层。 吸湿性会提高抗静电性，但必然会降低耐久性。由于吸湿性在
12、洗涤过程中有促进抗静电剂溶胀的作用，在洗涤循环中由于溶胀作用使耐湿磨性降低。因此，理想的耐久性抗静电剂应该是在相对湿度低的介质中，具有尽可能高的回潮率，而在水中具有尽可能低的溶胀性。高分子型防静电剂复合型耐久性防静电剂,高分子型防静电剂 聚环氧乙烷(PEO)，聚醚酯酰胺及聚醚酯酰亚胺(PEEA)聚胺类例：聚氧乙烯多胺，属聚氧乙烯多胺类高分子抗静电剂，聚乙二醇二碘化物与二乙烯三胺、己二胺或双胺混合后来浸渍织物，并在尼龙、涤纶、三醋酯纤维织物上缩聚成耐久性抗静电剂。,利用大量吸湿性氧乙烯基 ，亲水性，可吸湿导电，利用R交联，下端OH与纤维交联，所以耐久性提高，耐洗100次。,如多乙烯多胺与聚乙二醇
13、反应而得的抗静电剂-03,复合型耐久性防静电剂 亲水性高聚物、低分子化合物和少量无机盐（增效）,2. 纤维改性或不同纤维混纺P71 如采用亲水性的聚乙二醇、烷基磺酸钠等，与聚合物共混或共聚改性以改善纤维的抗静电性。常采用复合纺丝法成海岛型或芯鞘型复合纤维，其中岛相和芯部为含静电剂的聚合物组分。3. 混纺或嵌织导电纤维,第2节 防静电、导电纤维及纺织品的生产,一、抗静电、导电纤维的种类按导电成份分类 分为抗静电剂型、金属系、炭黑系抗静电导电纤维 高分子型导电纤维和纳米级氧化物型抗静电纤维等等,（一）抗静电剂抗静电、导电纤维 采用表面活性剂直接对合成纤维及制品表面进行抗静电处理的方法始于20世纪5
14、0年代，适合于各种纤维材料。作用原理为表面活性剂分子疏水端吸附于纤维表面，亲水性极性基团指向空间，形成极性表面，吸附空气中的水分子，降低纤维的表面电阻率，加速电荷逸散。 表面活性剂包括阳离子型、阴离子型和非离子型, 其中阳离子表面活性剂的抗静电效果最好, 高分子量非离子型表面活性剂的抗静电效果耐久性最好。 加工简便易行，特别适合于消除纺织加工过程中的静电干扰； 缺点为抗静电效果的耐久性差，表面活性剂易挥发，更不耐洗涤。 此类纤维的抗静电效果均与环境湿度有密切关系。例如，含5%聚乙烯醇( PEG)的PET纤维在75%相对湿度时的表面比电阻为108，而在35%相对湿度时达到1010。,（二）金属系
15、抗静电、导电纤维 金属导电纤维出现于20世纪60年代，最早由美国Bekaert公司推出商品化不锈钢纤维“Bekinox”。金属材料的纤维化方法包括拉伸法( 单丝拉伸法、集束拉伸法，直径835m) 、熔融纺丝法( 直径835m) 、切削法( 直径15300m) 、结晶析出法( 直径0. 28m) 等。使用最多的金属材料为不锈钢，也有铜、铝、镍等。 另有金属喷涂法（将普通纤维先表面处理，再用真空喷涂或化学电镀法将金属沉积在纤维表面）。 通常制成短纤维，与普通纺织纤维混纺织造，用于防静电地毯和工作服面料。金属纤维的特点是导电性能好( 10-4 10-5 ) ，耐热、耐化学腐蚀，但抱合力小、可纺性能差，制成高细度纤维时价格昂贵，成品色泽受限制。,
