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1、第三章抗静电整理 Resitence station,第一节 概述,一、静电产生的机理,1、纺织材料产生静电的机理,1.1静电：,材料表面电荷积蓄的现象。,1.2静电产生的机理：,物质是由原子组成的，原子由原子核与电子组成，当两个表面相互接触（或摩擦）时，由于原子核的引力及电子的不停运动，电子会跨越接触界面在两个方向连续的流动，在他们各自的表面上发生电荷的再分配，当两个接触面分离时，因电子分布的变化，将使相接触的每一材料带有电量相等而电性相反的电荷。如果是导体，当物体分离时，电荷泄漏速度很快，表观上不显示静电。如果是非导体，则电荷可持续存在相当长的一段时间，从而产生了静电现象。,容量为C C
2、=A / 4d介电常数，A接触面积，d接触面间距离,当两个接触面分离时，接触面所带电量为Q Q =C * VV接触电位差,绝大部分纺织材料为高分子材料，是以共价键为主链的有机化合物，不会电离也不会传递电子或离子，属于非导体，其表面一经摩擦就容易积蓄静电。,二、织物带静电的危害,日常生活：衣服带电，容易缠贴身体，穿着不舒适，易吸附灰尘，影响美观。损害电器。,2、安全：带电织物易产生放电现象，在易燃易爆区会发生爆炸、火灾。,3、通讯、军事、医疗：干扰计算机及精密仪器的正常工作。影响电子通讯的信号传递。,4、纺织染整：纤维开松、梳理，纱线卷绕成形，织造时纤维相互吸引纠缠、染整加工烘干后，织物因带相同
3、电荷互相排斥，造成落布不齐。,第二节、影响纤维带静电的因素,纤维材料本身结构与性质；外界因素影响：,外界因素的影响：,摩擦面间的距离、摩擦面的粗糙度、摩擦速度、压力,材料含杂质情况,周围环境的温度、湿度、空气中的杂质、外电场,1.1“带电序列”,1、纤维种类,尼龙66 羊毛 粘胶 棉 醋纤 腈纶 乙纶,尼龙6 蚕丝 维纶 苎麻 涤纶 氯纶 丙纶,+,带电序列往往以棉纤维为分界线，棉纤维左向带正电荷，右向带负电荷。,“带电序列”表明：,a同一纤维与不同纤维摩擦时，可能带不同电荷。如棉与羊毛，棉与涤纶摩擦时，所带电荷的电性不同。,b序位相差越远，摩擦时易带电且带电量越大。,1.2比电阻,表面比电阻
4、Rs(s)：,体积比电阻Vs(v)：,表示每平方单位试样的对应边间的电阻。,试样在三维长度都等于单位长度时的电阻。,表面比电阻远小于体积比电阻，大约相差102103倍，故表面比电阻对电荷的泄漏占支配地位。表面比电阻越大，电荷泄漏越慢，纤维越易积蓄电荷。 纤维带电量的大小，等于摩擦时发生的电量积累与纤维表面电导遗失电量的代数和。,纤维抗静电性能与表面比电阻的关系,棉的表面比电阻为1.2*109，涤纶大于1015， 涤纶纤维极易产生静电,1.3电量半衰期T1/2：,电荷泄漏至起始电量的一半时所需要的时间。,半衰期与表面比电阻之间有如下式的关系 lg T1/2 =A（lgRs-B）式中A、B均为常数
5、， T1/2-半衰期。,表面电阻与半衰期的关系,当表面比电阻为1091010，半衰期近于0.01-0.1秒，表观上几乎不带静电,棉纤维 Rs 1.2*109，T1/2为0.025秒；尼纶Rs大于1013，T1/2为1.2*105秒，尼龙织物容易产生静电。,2.相对湿度对纤维带静电的影响,亲水性纤维受环境湿度影响大，疏水性纤维影响小,因为当外界湿度增加时，亲水性的天然纤维含水量迅速增加，在纤维表面上形成一层导电膜，半衰期缩短；吸湿性低的疏水性纤维则不易在表面上形成含水的导电膜，表面比电阻不能显著降低。,如果设法使合成纤维表面含水与天然纤维相近，则半衰期也会大大降低。反之，如果黏胶纤维在极干燥的条
6、件下，也有显著的静电现象。,相对湿度对纤维半衰期的影响,a.相对湿度增加，半衰期减小，有利于电荷泄露；,b.不同纤维半衰期受湿度影响强度不同，易吸湿的天然纤维受湿度影响更大。,平衡含湿率对表面比电阻的影响测试条件：25、相对湿度65%,疏水性的化学纤维吸湿性差，受湿度影响小，湿度增加并不能显著降低表面电阻。抗静电整理主要是针对化学纤维，并主要依据增加纤维表面吸湿性原理。,3.温度的影响,含水率一定时，温度提高，有利于降低表面比电阻。,纤维的导电能力随着温度的提高而增加，但对纺织品来说，一般是在室温下使用，因此，温度的影响较湿度小。总之，织物的带电性能受环境或季节的影响十分显著。因此，测试织物的
7、抗静电性能，要在恒温恒湿下进行。,4.摩擦系数、摩擦速度的影响,织物摩擦系数越高，纤维带电量越大；摩擦速度越快，纤维带电量越大。,Q=W1/2f(v),W摩擦功，V摩擦速度,第四节 织物抗静电整理的机理及工艺方法,防止合成纤维及其织物产生静电的基本途径有两条：,1、 抑制静电的产生：,提高纤维表面的光滑程度，增加纤维的润滑性，降低织物的表面摩擦系数，抑制摩擦静电的产生。,2、增加纤维对电荷的传导作用：,加快静电荷的传导速率，消除静电荷的积累。,电荷的传导主要通过摩擦物自身的体积传导；,其中表面传导起主导作用。因此材料表面的导电性对材料是否容易积蓄静电具有重要影响。,表面传导；,向空气中辐射。,
8、合成纤维体积比电阻为1014m；纯水体积比电阻为106m，含电解质的水体积比电阻为103m；金属体积比电阻为108m，可见水具有很强的导电能力。,防止静电产生的三种基本方法：,表面亲水化,水具有很强的导电能力，如果纤维表面施加了吸水性的整理剂，则纤维的抗静电性能提高。,赋予表面离子化导电。施加离子性整理整理剂。,c、表面良导体化。表面金属化等。,抗静电剂的作用机理：,当抗静电剂达到一定的浓度后，亲油基在水-空气界面平行排列，并伸向空气一面，这时将纤维浸入溶液中后，抗静电剂分子的亲油基就会定向吸附在纤维表面，烘干后抗静电剂在纤维表面形成单分子吸附层，吸附层赋予纤维抗静电性，,其抗静电性来自： （
9、1）亲水层吸附的水分导电。吸附层的抗静电剂亲水基团朝向空气，能与大气中的水分子缔合，在纤维表面形成连续的水分子湿层，有很强的传导电荷的能力。,（2）水中溶解的电解杂质导电。抗静电剂吸湿后，会使杂质电解质成分电离，产生导电性。,（3）改善了表面摩擦性。抗静电剂疏水基一端朝向纤维表面，表面活性剂的润滑作用，使摩擦系数降低，减少了电荷的产生。,（4）离子型抗静电剂，有离子导电的作用。除上述作用之外，离子型抗静电剂的阳离子或阴离子具有离子导电性。,第五节 抗静电剂的分类、性能及应用,、抗静电剂的分类,内部抗静电剂,二、理想的外部抗静电剂应具备的基本条件,1.有可溶的或可能分散的溶剂,2、与纤维表面结合
10、牢固，耐摩擦、耐洗涤,3、抗静电效果好，低湿环境中也有效,4、不引起有色制品的颜色变化,5、手感好、不刺激皮肤、毒性低、可生物降解,6.成本适中,三、外部暂时性抗静电剂,抗静电剂整理的制品，水洗后抗静电性能大幅降低或消失。,1阳离子型抗静电剂,在低浓度时就有优良的抗静电性能，以季铵化合物为主，亲水基是阳离子。,1.1其特点是：a、对纤维亲和力高。因为大多数的纤维都带有负电荷；,b、抗静电性能优异（离子导电、水层导电）；,c、兼有柔软性、平滑性和杀菌性。,抗静电剂SN，化学名称：十八烷基双甲基聚氧乙烯季铵盐,a、整理工艺：浸渍甩干烘干或浸轧烘干,b、可以用于多种化学纤维。,c、不能与阴离子助剂染
11、料同浴使用，高于180分解。,2阴离子型抗静电剂,亲水基团为阴离子，纺丝油剂中用的较多。缺点：耐水洗牢度低。优点：处理方法简单，适用于家庭使用。,3两性抗静电剂,分子中亲水基为阴离子和阳离子。,其特点是：a吸湿性强；,b抗静电性能好；,c耐热性能好；,d平滑性好，降低摩擦系数。,-吡咯烷酮-5羧酸钠（PCA-Na）,吸湿性好，抗静电性很好,4、非离子抗静电剂,抗静电原理：通过减少纤维表面的摩擦系数，降低起电量和分子中的羟基、氧乙烯基吸收水分起到抗静电作用的。,亲水基结构：非离子抗静电剂有多元醇类和聚氧乙烯醚两大类,特点： 非离子抗静电剂的抗静电能力一般，用量大；,热处理不稳定，耐洗性不如离子型
12、；,与其他助剂相溶性好，通常与阳或阴抗静电剂共用改善纤维的摩擦系数，很少单独使用。,暂时性抗静电整理剂，以两性和阳离子型抗静电剂最好，非离子型一般,各类抗静电剂对不同纤维的抗静电性能,四、外部耐久性抗静电剂,要求洗涤次数大于20次，仍具有很好的抗静电性，这样的抗静电整理剂被认为是耐久性整理剂。,耐久性：主要是在纤维上形成含有离子型或吸湿性基团的网状交联聚合物，或具有与纤维相似的化学结构，像分散染料上染纤维一样，“镶嵌”在纤维表面。,1聚丙烯酸酯类1.1结构式,结构：是聚丙烯酸和聚丙烯酸酯的共聚物，分子结构中具有与涤纶相同的酯基结构；,亲和性：对涤纶有较强的亲和力；,抗静电性：分子中的羧基在织物
13、表面定向排列，形成阴离子性的亲水薄膜，提供织物抗静电性。它的抗静电性能取决于亲水性单体的性质及比例。,耐久性：共聚物能够自身成膜，使整理效果具有耐久性，耐久性取决于成膜坚牢度。,特点：具有良好的抗静电性和耐水洗性；,适用于涤纶及其他化学纤维；,兼有吸水性和易去污性。,缺点是施加量大，手感粗硬。,2、聚酯聚醚类,结构：固着部分为聚酯结构，亲水性基团氧乙烯基（-CH2CH2O-）具有抗静电作用。,耐久 性：与涤纶分子结构相似，在高温下，可进入聚酯的微软化纤维表面，与涤纶相溶共晶，使整理剂固着在涤纶纤维上获得耐久性。,抗静电性：含有分子量600以上的亲水性基团氧乙烯基（-CH2CH2O-）具有抗静电
14、性。,涤纶专用抗静电剂。国产品牌有抗静电剂CAS、F4，目前应用较广泛的一类,（3）反应型抗静电整理剂,结构：固着部分为聚氨酯类化合物。 抗静电部分为亲水链段。,固着机理：在催化剂存在下，经焙烘聚氨酯预缩体在织物上树脂化，形成网状结构。其他耐久性抗静电剂还有聚胺类、三嗪类、聚硅氢烷类。,如有机硅抗静电剂DS-100 （上海润基）结构及特点：,1）有效成份30%，活性成份0.03-0.06%。结构中一定量的反应性基团，与纤维发生交联，具有耐久性。,2）具有抗静电性、吸湿性，赋予织物柔软、滑爽的手感。,3）整理工艺 有机硅抗静电剂 1-2%醋酸锌 1.3%浸轧烘干（锦纶100，15min；棉160
15、，6min）,1、轧烘焙法：浸轧（轧余率70%-90%）烘干（100）焙烘（150-160，2-1min）,2、浸渍法：2.1浸渍脱水烘干（100）焙烘（150-160，2-1min）,2.1与染色同时进行，采用涤纶染色工艺（参照亲水整理工艺曲线）；,2.2水洗后浸渍，也常用于家庭处理织物。,3.喷雾,六、优缺点 优点：简单易操作；抗静电效果明显。,缺点：按亲水化抗静电机理，必须在吸附水分后才有抗静电作用，因此相对湿度在25%以下，将会失去抗静电作用。,抗静电整理工艺实例例1 抗静电剂331：聚酯聚醚型，由对苯二甲酸：乙二醇：聚乙二醇（M=1500）=3：3：1聚合而成，对苯二甲酸乙二醇酯与涤
16、纶大分子结构类似，相溶共晶而固着，聚乙二醇使织物吸湿性提高。,处方 抗静电剂331 20-30g/l,流程：浸轧（轧余率70-80%）烘干（100）焙烘（ 180-200，60-30s）,要求增重量为2-4%效果最好。,抗静电整理工艺实例,抗静电剂331：聚酯聚醚型，由对苯二甲酸：乙二醇：聚乙二醇（M=1500）=3：3：1聚合而成，对苯二甲酸乙二醇酯与涤纶大分子结构类似，相溶共晶而固着，聚乙二醇使织物吸湿性提高。,处方 抗静电剂331 20-30g/l浸轧（轧余率70-80%）烘干（100）焙烘（ 180-200，60-30s）要求增重量为2-4%效果最好。,例2、抗静电剂FK-221，含有
17、酯基、聚醚的低聚物,处方 FK-221 30g/L MgCl2（催化剂） 2 g/L,浸轧（轧余率70-80%）烘干（100）焙烘（160-180，60-30s）,第六节 解决纺织材料静电问题的其他途径及原理,解决纺织材料静电问题归纳起来分为两类：1、降低纤维表面比电阻，及时导去积蓄的电荷；,2、减少或防止静电产生。,防止或减少静电产生的机理及方法纤维表面施加油剂其原理是，纤维表面施加油剂，减小纤维的摩擦系数，减少纤维带电。纤维间摩擦带电量Q，与摩擦功W和摩擦速度V之间的关系,Q=W1/2f（V）,2、不同位序的纤维混纺或交织消除静电,二、及时导泄（逃逸）电荷,1、降低纤维的体积比电阻：其原理
18、是制造导电纤维,例：涤纶熔融纺丝液中加入分子量6000的聚乙二醇；尼龙熔融纺丝液中加入聚环氧乙烷，纤维具备永久的抗静电性。缺点：降低纤维的机械性能。,1.1混熔纺丝：在疏水性熔融纺丝液中，加入亲水性高聚物，以提高纤维的抗静电性,1.2复合纺丝：采用皮芯型复合纺丝法制造抗静电纤维。 例：以涤为芯，皮为混有聚乙二醇的尼纶。不但具有抗静电性，而且手感好、吸湿性强、耐磨、弹性好、保持较好的机械性能。,1.3加入内部抗静电剂：在纺丝液中加入抗静电剂。抗静电剂能够向纤维表面扩散，在纤维表面形成滑润导电薄膜。,2、与导电纤维混纺或交织：与不锈钢纤维或以上提到的导电纤维混纺或交织，增加纱线或织物的导电性，加入
19、量0.05-2%有很好的导电性。,3、纤维镀膜：在纤维表面真空喷镀一层金属膜，增加导电性，同时抗辐射性能。除镀膜法外其他方法均为具有耐久性，属于物理解决方法,4、织物涂层：涂层材料为导电体，如铝粉、石墨。,第七节 纺织材料抗静电性能测试,中国目前用于纺织品、服装抗静电性能测试的国家和行业主要标准有：,GB/T12014-1989“防静电工作服”,GB/T12703-1991“纺织品静电测试方法”,FZ/T01042-1996“纺织材料静电性能抗静电压半衰期的测试方法”,FZ/T01059-1999“织物摩擦静电性吸附测定方法”,FZ/T01060-1999“织物摩擦带电电荷密度测定方法”,半衰
20、期的测定（ FZ/T01042-1996 ）：其原理是使被测试样在高压0.1-10kV的静电场中带电至稳定后，断开高压电源，使其通过接地金属台自然衰减，测定其电荷泄漏到初始量一半时的时间。,2.电荷密度（FZ/T01060-1999 ）：用绝缘棒在织物上反复摩擦10次后，立刻转移到法拉第筒内，记录仪显示织物所带的电荷量，再折合成单位面积所带电量。,3摩擦带电电压法：4*8cm的试样置于转鼓上，转鼓以400r/min速度转动，试样与标准布（锦纶或涤纶摩擦），测试1min内试样带电电压最大值。,一、亲水整理1.服用纺织品具有吸湿排汗功能的必要性？2.亲水整理机理？3.影响织物吸湿透湿性的主要因素？4.亲水整理的主要工艺？5.涤纶织物进行亲水整理的依据？,二、抗静电整理1.表面比电阻、体积比电阻、电量半摔期？2.织物抗静电整理的途径？非离子、离子型抗静电剂整理织物的抗静电机理？3.优良抗静电剂的基本条件？常用的整理工艺？4.测定织物的抗静电剂指标要在一定的温湿度下进行，为什么？常用的测试指标？,
