纺织品的抗静电整理
纺织品的抗静电整理
贺晓丽
(天津工业大学纺织与服装学院,300160)
[摘 要] 本文论述了纺织品的静电现象,抗静电整理的方法和原理,织物抗静电性能的
评价,以及抗静电织物新产品开发情况。
[关键词] 抗静电剂;抗静电纤维;导电纤维
1 纺织品静电现象
纺织品在生产加工和使用中易因摩擦和
感应产生静电。回潮率普遍较低的合成纤维
制品的电荷积聚现象更加显著。生产中纺织
材料的带电现象常会导致纤维缠绕或堵塞机
件、半制品或纱线发毛断头,织造时经纱开口
不清,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;并
可引起血液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,甚至导致起火和爆炸。
2 纺织品抗静电整理的方法
上世纪50年代后期,国外就开始了织物
抗静电技术的研究;60~70年代,日本、德
国、美国等工业发达国家陆续提出对抗静电
织物及服装的要求;80年代以后,国内外对
抗静电织物开展了系统的研究,目前采用的
纺织品抗静电整理方法通常有三种:
2.1 使用抗静电剂对织物进行化学后整理
抗静电剂是抑制合成树脂等电气绝缘性
能好的材料表面所产生的静电量或消除已积
累的静电量所使用物质的总称。它们在合成
纤维生产、加工、使用过程中发挥着作用,特
别是在阻止静电发生、积累,克服纤维相互摩
擦产生电荷方面意义重大。
抗静电剂主要指金属粉末和碳等无机
物、聚硅氧烷类化合物、表面活性剂等。目前
使用最多的是外部抗静电剂。它用于合成纤
维生产,加工过程等表面喷淋、浸渍、涂覆。
外部抗静电剂有阴离子型、阳离子型、非离子
型和两性型表面活性剂。其中,阴离子型抗
静电剂热稳定性好,多用于合成纤维生产、加
工过程。其主要有高级醇酸酯(盐)、脂肪族
磺酸盐、高级酸磷酸酯(盐)。平衡离子的阳
离子部分除使用钠、钾等金属离子外,也用三
乙醇胺等烷基醇胺。
抗静电剂整理的作用机理就是依靠所加
入抗静电剂的定向排列和表面离子化作用而
达到抗静电的目的[1]。
(1)定向排列:按纤维不同,整理剂(表面
活性剂)在织物表面排列不一,对棉而言,整
理剂亲水端吸附于棉表面,而疏水基却向外
排列,所以反会增加静电。但对涤纶而言,恰
恰相反,疏水基吸附于涤的表面,而亲水基却
向外排列成一层吸水层,从而提高了导电性,
具有抗静电效果。
5
《天津纺织科技》 2006年 第2期研究探讨(2)表面离子化:抗静电剂多为离子
型,
在纤维表层所含水中电离而导电,以降低静
电的积累。
2.2 对纤维进行改性来制造抗静电纤维,然
后用抗静电纤维与普通纤维进行混纺
和交织
一般合成纤维比电阻多在1013Ω·cm
以上,通过吸湿改性方法,可以使纤维达到抗
静电的水平。化学改性一般是将成纤聚合物
与某些具有特定抗静电功能基团的高分子化
合物,如聚丙烯酸的衍生物(季胺、磺酸、羧酸
等)进行接枝共聚,或将亲水性聚合物与
PET共聚,聚合物大分子上引入的这类抗静
电化合物具有良好的热稳定性、抗静电性和
较好的耐久性。例如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等
方法可以改善纤维的抗静电性[2]。但是,这
样处理往往会降低纤维的物理性能和耐热性
能,而且用这种方法制得的抗静电纤维织物
在碱减量处理时,亲水组分易被碱液溶掉,并
使纤维原纤化,在纤维热定型以及织物精练、
染色、洗涤中,抗静电性能都会受到损失。为
了解决上述问题,目前较多采用的是复合纺
丝法,即把纤维制成海岛型或芯鞘型复合纤
维,基中岛相或芯部为含抗静电剂的聚合物
组分,作为海相或鞘部的基体聚合物对抗静
电组分起保护作用,以保持长期抗静电性能,
同时不失去纤维原有的风格。
一般抗静电纤维的电阻为108~1012Ω
·cm,为了使织物具有抗静电性,抗静电纤
维在织物中的混用量要达到50%以上。纳
米抗静电剂的出现改变了抗静电剂加入量多
的现状,目前研制的纳米抗静电剂的加入量
在5%~10%左右就可以达到理想的效果。
帝人公司开发的索富特雷格(商品名,
SOLLUTEMGU),用途广,现在正部分取代
锦丝(电阻为10~5Ω·cm)和碳帘子(电阻
为10~1Ω·cm)的市场。索富特雷格电阻
率为10~4Ω·cm,接近于镍丝的电阻值,由
于结构好,同样可纺织成导电性织物,此外,
还可制成赛车手手套、熔雪面罩,玻璃热处理
用袋子和保温材料。
2.3 在织物中混纺或嵌织导电纤维
导电纤维尚未形成公认的定义。通常把
电阻率小于107Ω·cm的纤维定义为导电纤
维[3]。用于纺织品的导电纤维应有适当的细
度、长度、强度和柔曲性,能与其它普通纤维
良好抱合,易于混纺或交织,具有良好的耐摩
擦、耐屈曲、耐氧化及耐腐蚀能力,能耐纺织
加工和使用中的物理机械作用;不影响织物
的手感和外观;导电性能优良,且耐久性好。
导电纤维的现有品种类型有:金属纤维
(不锈钢纤维、铜纤维、铝纤维、镍纤维等)、碳
纤维和有机导电纤维。有机导电纤维又包括
普通纺织纤维镀金属:普通纺织纤维镀碳;碳
黑、石墨、金属或金属氧化物等导电性物质与
普通高聚物共混或复合纺丝制成的导电纤
维;
导电高分子直接纺丝制成的有机导电纤
维。这些导电纤维从其结构可分为导电成分
均一型、导电成分被覆型和导电成分复合型
三类。
金属纤维导电性能好,耐热,耐化学腐
蚀。但对于纺织品而言,金属纤维抱合力小,
纺纱性能差,成品色泽受限制,多用于地毯和
工作服面料,制成高细度纤维时价格昂贵;金
属不锈钢纤维是经过多次拉伸,集束拉伸,熔
融纺丝,切削或须晶等过程,把不锈钢做成直
径1~16μm的纤维材料(长丝或短纤),然后
混入常规纺织材料,做成防静电织物。在纺
纱工序的并条过程中,按比例混进不锈钢纤
维,即可得到一定配比的棉条,经粗纱、细纱
工序,即可得到一定不锈钢含量的导电纱。
为缩短工序,加快生产速度,降低成本,研制
了金属纤维长丝束与短纤维生条混并牵切方
法和装置,解决了不锈钢纤维束牵切成不锈
钢牵切条进行并条。此方法克服了以前金属
纤维长丝束牵切和混并分两步进行所带来的
缺点,可以在普通并条机上实现牵切、混并一
6
《天津纺织科技》 2006年 第2期研究探讨次完成,不需要专用设备,提高了牵切、混并
质量,减少了金属纤维的损耗,经济效益显
著。混有不锈钢导电纤维的导电纱,不受酸、
碱和其他化学药品的影响,染色可采用常规
方法,由于织物中不锈钢纤维含量较低,完全
不影响织物的外观和手感[4]。
碳纤维导电性能好,耐热、耐化学药品,
但模量高、缺乏韧性、不耐弯折、无热收缩能
力,不适合纺织品使用。
有机导电纤维中由聚乙炔、聚苯胺、聚吡
咯、聚噻吩等高分子导电材料直接纺丝制成
的有机导电纤维纺丝困难,价格更高,也难在
纺织品中使用。
从目前的应用经验来看,被覆型和复合
型有机导电纤维有优良的物理机械性能和耐
化学试剂性能,可适应常规纺织染整加工,染
色性能良好,最适合于制造永久抗静电的纺
织品。
在规格为300dtex×300dtex×230根/
10cm×220根/10cm×147cm的纯涤纶平纹织
物中以2.5 mm间距沿纬向分别织入8种有
机导电纤维后的织物抗静电性能列于表1[5]。
表1 导电纤维织入后织物的电荷面密度
(平均值/最大值)μC/m2
导电纤维编号初始洗10次洗30次洗50次
无导电纤维>20 14.6/16.8 9.2/11.4 15.3/15.9
1 2.0/2.6 2.7/3.1 2.7/3.6 3.4/3.9
2 2.5/3.1 2.6/3.1 2.9/3.6 3.3/4.2
3 3.0/3.8 2.9/3.4 3.3/3.9 3.6/4.6
4 8.9/9.7 9.4/9.9 9.8/10.3 9.9/10.7
5 2.5/2.9 2.7/3.2 3.1/3.6 4.4/5.0
6 3.3/3.8 4.4/5.2 4.0/4.7 5.0/5.8
7 2.8/3.5 2.6/3.1 3.2/4.0 3.9/5.1
8 1.0/1.3 2.3/2.7 3.2/4.1 3.3/4.2
经实验可知,纯涤纶平纹织物沿一个方
向加入有机导电纤维后有良好的抗静电效
果,并且有极佳的耐久性。
GB12014-89防静电工作服标准规定
的电荷面密度为不大于7
μC/m2。观察导电
纤维以变间距方式织入时的织物电荷面密度
(C/m2)与导电丝间距(cm)的关系曲线时可
以看到,即使在较大的导电丝间距下仍可满
足很多品种的抗静电要求[6]。
7
《天津纺织科技》 2006年 第2期研究探讨 有机导电纤维在解决纺织品的永久性抗
静电方面效果显著,但如何将为一、二十旦的
导电纤维顺利应用于纺织染整加工,如何保
证有机导电纤维在整个纺织染整过程不发生
力学性能、导电性能、热学性能、化学性能方
面的损伤;如何达到纺织品的特定外观;以多
大比例使用导电纤维才能既达到产品的抗静
电要求,同时又具备最高的性能价格比,均需
要作深入细致的研究。一、二十旦的细旦导
电纤维无法直接进行纺织染整加工,必须根
据织物组织和规格作不同形式的复合后方可
织造。复合方式包括在化纤纺纱阶段进行;
在织前经纱准备阶段进行;在织前纬纱准备
阶段进行。纺织品的最终用途不同,其外观
和性能要求也不同。有的纺织品需要将导电
纤维严密隐蔽,不得外露,使产品具有抗静电
能力而不显现导电纤维,如一般服用织物面
料和时装面料。有的纺织品则要求突显和夸
张导电纤维的使用,在具备抗静电性能的同
时,标榜其抗静电功能的存在,起到标识作
用,如抗静电工作服面料。针对不同的品种
需要,在织物组织上设计专门的导电纤维添
加方法,以达到不同外观和性能要求。
3 抗静电性能的评估方法
织物抗静电性能的评估一般有两种方
法:定性法和定量法。但具体的测试方法和
指标国际标准化组织(ISO)尚未统一规定,
各国根据具体情况分别制订了一些标准。
我国纺织品静电性能测试方法常用的有
GB/T12703—91纺织品静电测试方法、ZB
W04008—89织物摩擦带电电荷密度测定方
法、ZB W 04009—89织物摩擦起电电压测定
方法及GB 1410织物表面比电阻测试方法
等。
定性法:可以大致判断静电程度。比如
烟灰实验法,用塑料笔杆在织物上摩擦几下,
使织物带电荷,然后把织物放在距离烟灰
2mm的位置,观察织物吸附烟灰的程度。吸
附程度共分为四级,1级最差,4级最好(不吸
灰)。定量法:用比较精密仪器测试,测试结
果能用具体的物理量来表示。常用的测试方
法有[7]:
(1)半衰期法,试样在高压静电场中带电
至稳定后,断开高压电源,使其电压通过接地
金属台自然衰减,测试电压衰减到起始电压
值一半时所需时间,单位为s。
(2)电荷面密度法,将经过摩擦装置摩擦
后的样品投入法拉第筒,测量其静电电压并
换算成带电电荷密度。可以较好地反映织物
实际穿着时的摩擦起电情况,单位为C/m2。
(3)摩擦带电电压法,在一定的
张力条件
下,使样品与标准布相互摩擦带电达到稳定
后测量其静电电压值。用以评价服装与服装
之间因相互摩擦而产生的带电关系,单位为
V。
(4)表面比电阻法,采用伏安法,在定电
压下测出流过样品的电流,并计算出极间等
效电阻。单位为Ω[8]。表面比电阻与抗静电
效果的关系如表2所示[9]:
表2 织物上静电的表面比电阻大小与抗静电效果
表面比电阻/Ω抗静电效果
<109良好
<1010一般
1011~1012较差
>1013差
4 抗静电新产品开发情况和抗静电技
术展望
4.1 抗静电原纱
韩国第一毛织公司已在韩国内第一个研
制成功抗静电原纱,并已投入批量生产。这
种抗静电原纱是在纯羊毛中加入导电纤维后
研制成功的,它具有持久抗静电的功效,利用
这种原纱制作纯毛套衫和T恤衫,可以防止
静电火花,而且不吸尘,不刺激皮肤,衣服不
粘身,不起皱,清洗后仍可保持抗静电功能。
8
《天津纺织科技》 2006年 第2期研究探讨第一毛织公司己开始向韩国生产高尔夫服装
和便服的企业供应这种原纱,并计划在今年
内向企业提供20万磅这种原纱,使销售额达
到30亿韩元(1300韩元合1美元)。
4.2 永久阻燃抗静电胶背地毯
抚顺阻燃集团生产的阻燃胶背地毯是选
用永久阻燃纤维与羊毛混纺后,加工制成的
具有永久阻燃、抗静电功能的高级地毯。产
品经国家固定灭火系统和耐火构件质量监督
检验中心检测,耐燃性能达到国家标准,即
GB8624-97B1级。主要品种有素毯,雕花
毯,高级工艺挂毯等几十个花色品种。同时
可根据用户的要求生产特殊图案与规格地
毯、挂毯等胶背毯类产品。产品不仅具有纯
毛地毯的色调高雅、美观豪华、脚感舒适的风
格,同时还具有永久阻燃、防静电、防蛀、耐
污、易洗、无异味等多种纯毛地毯所不具备的
优势。产品投放市场以来,深受高级宾馆、酒
店、写字楼等公共场所的青睐。
4.3 抗静电羊绒制品
鄂尔多斯羊绒集团与日、德、意、美等国
科研设计大师合作,运用纳米技术和高科技
有机复合导电纤维,成功研制出永久性抗静
电羊绒机洗系列制品,实现了羊绒制品同步
防油,防水,防污,可机洗,取得了服装服饰领
域的重大技术突破。由鄂尔多斯集团研制成
功的可机洗、防静电、防起球、防油污羊绒制
品,其具有良好持久的抗静电性能,减少了灰
尘附着、起毛、起球等现象,给消费者带来了
极大的便利。
4.4 抗静电聚丙烯纤维
为了解决聚丙烯纤维的静电问题,北京
服装学院研制成功了抗静电剂PR-86,并
在燕山石化公司东风地毯厂用共混纺丝生产
出耐久性抗静电聚丙烯BCF地毯纱。该项
成果首先研制成功新型抗静电剂,采用添加
3%以下抗静电剂的共混纺丝法,原有设备不
需要改动,在普通螺杆纺丝机上只需调节工
艺。加入抗静电剂后,比电阻下降2~4个数
量级,半衰期下降至60s以下,摩擦电压由
4000V降至300V以下。该产品耐洗涤,具
有永久性抗静电效果,不仅满足民用要求,而
且适合于抗静电要求很高的计算机房等的需
要。该项成果不仅适用于现代化大化纤厂,
而且也适用于普通小厂。设备不需改动,成
本只略微增加,经济效益显著。
纳米技术和纳米材料的发展为抗静电产
品提供了新的途径和思路。纳米材料特殊的
导电和电磁性能,超强的吸收性和宽平带性,
为导电吸波织物的研究开发提供了新条件。
新型抗静电剂、新型导电纤维的研制和
开发以及混织、嵌织技术的不断完善将是织
物抗静电技术发展的趋势。
参考文献:
[1]因红艳.纯涤纶装饰织物的抗静电整
理.东北大学硕士学位论文,2000.9
[2]吴丽娜,王新伟,李青山.抗静电腈纶
的研究.国外纺织技术,2004(3)
[3]吴红玲,将少军,张成.纺织品抗静电
整理技术的研讨.陕西纺织,2003.2
[4]不锈钢纤维和金属纤维,中国纺织网
[5][6]解放军总后军需装备研究所旌楣
梧博士,有机导电纤维的结构性能研究和防
静电织物的研制.中国纺织网,2001.6
[7]晏雄主编.产业用纺织品,上海:东华
大学出版社,2003
[8]陈宗刚.抗静电整理.染整科技,
2003.(5)
[9][以]M.利温,[美]S.B.塞洛主编.
纺织品功能整理.王春兰译.纺织工业出版社
9
《天津纺织科技》 2006年 第2期研究探讨