幾種過濾材料的靜電性能測(cè)試及分析

盧亞菁，布莎莎，柳靜獻(xiàn)，毛寧，孫熙

（1.太原工業(yè)學(xué)院，太原 030008；2.東北大學(xué)濾料檢測(cè)中心，沈陽 110819）

靜電火花是導(dǎo)致袋式除塵器發(fā)生火災(zāi)與爆炸事故最主要的原因[1]。濾袋多為絕緣體，顆粒物也多為絕緣體，隨著濾料與粉塵、氣流的摩擦?xí)a(chǎn)生靜電，若靜電的產(chǎn)生量大于泄漏量便會(huì)產(chǎn)生電荷的積累，靜電增強(qiáng)，靜電電壓不斷增高，最終會(huì)產(chǎn)生火花放電。因此，在袋式除塵器的使用過程中，有必要對(duì)濾料的靜電性能進(jìn)行研究，以減少靜電火花的產(chǎn)生，確保安全生產(chǎn)。

1 五項(xiàng)指標(biāo)要求

《袋式除塵器技術(shù)要求》（GB/T 6719-2009）中規(guī)定防靜電技術(shù)的五項(xiàng)指標(biāo)為：摩擦荷電電荷密度＜7μC/m2、摩擦電位＜500V、半衰期＜1s、表面電阻＜1010Ω、體積電阻＜109Ω。防靜電技術(shù)要求以上五項(xiàng)指標(biāo)全部達(dá)標(biāo)，只要有一項(xiàng)不達(dá)標(biāo)均有可能引起爆炸。

2 織物靜電性能測(cè)試方法

紡織品靜電性能的測(cè)試方法主要根據(jù)《紡織纖維制品靜電性能的標(biāo)準(zhǔn)與測(cè)試》（GB/T12703）系列標(biāo)準(zhǔn)[2]，如表1所示。

表1 紡織品的靜電性能的測(cè)試方法

3 試驗(yàn)內(nèi)容及裝置

3.1 摩擦荷電電荷密度

測(cè)試過程：濾料的經(jīng)向和緯向隨機(jī)各取3塊作為試樣，將試樣的一端縫制為套狀，并插入有機(jī)玻璃棒。用雙手握住摩擦棒的兩端，并均勻地對(duì)摩擦棒施加壓力，將摩擦棒從前向后拉以摩擦試樣。注意在摩擦試樣地過程中摩擦棒不得轉(zhuǎn)動(dòng)，反復(fù)摩擦十次，注意保持摩擦的頻率為每分鐘一次。摩擦結(jié)束后立即握持絕緣棒的一端，投入法拉第筒內(nèi)，讀取試樣投入法拉第筒內(nèi)時(shí)的電位。再重復(fù)測(cè)試試樣4次，根據(jù)q=CV/A求得試樣帶電電荷密度。將5次結(jié)果按大小排序，取中間3個(gè)值的平均值，并以此作為一塊試樣的測(cè)試值。

3.2 摩擦電位

該試驗(yàn)的測(cè)試儀器為L(zhǎng)FY-402織物摩擦式靜電測(cè)試儀，測(cè)試時(shí)首先用1.0級(jí)接觸式靜電表對(duì)測(cè)量電極的電壓進(jìn)行標(biāo)定，使測(cè)量電極與試樣框架平面的距離為15±1mm。隨機(jī)采樣四塊，大小為8cm×8cm，將試樣分別夾在轉(zhuǎn)鼓的樣品夾上，調(diào)整夾于標(biāo)準(zhǔn)布夾間的標(biāo)準(zhǔn)布位置，標(biāo)準(zhǔn)布在500g負(fù)載下保持一定的張力，并與樣品進(jìn)行切線方向摩擦，并對(duì)其進(jìn)行消電處理，然后開動(dòng)電機(jī)，使轉(zhuǎn)速保持400r/min，1min內(nèi)樣品帶電的最大值即為摩擦電位。改變樣品經(jīng)緯方向，再次測(cè)量[3]。

3.3 表面電阻率

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《固體絕緣材料體積電阻率和表面電阻率的試驗(yàn)方法》（GB/T 1410-2006），采用FTY-406材料電阻率測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試時(shí)，電壓線連接至圓環(huán)電極，測(cè)試線連接到中心電極，地線連接至金屬板電極。通過不同檔位的直流電壓加在試樣上再用標(biāo)準(zhǔn)電阻取樣放大微弱的電流，然后從高阻計(jì)上讀出表面電阻。

表面電阻率可經(jīng)過計(jì)算得到，計(jì)算公式為：

3.4 體積電阻率

3.5 半衰期

測(cè)試時(shí)，使試樣在高壓靜電場(chǎng)中帶電，帶電情況穩(wěn)定后斷開電源，然后通過接地金屬臺(tái)進(jìn)行自然衰減放電，直至電壓衰減為初始值的一半，記錄下時(shí)間。同一塊試樣進(jìn)行2次試驗(yàn)，計(jì)算平均值作為該塊試樣的測(cè)量值。對(duì)3塊試樣進(jìn)行同樣試驗(yàn)，并取平均值。

4 濾料靜電性能測(cè)試結(jié)果與分析

4.1 過濾材料靜電性能測(cè)試結(jié)果

對(duì)玄武巖、P84、滌綸、芳綸、PPS、PTFE、經(jīng)向?qū)щ姕炀]纖維、面層均勻?qū)щ姕炀]纖維8種針刺過濾材料的五項(xiàng)靜電性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試室溫為22℃、相對(duì)濕度為32%，普通濾料靜電特性見表2、表3，滌綸抗靜電濾料靜電特性見表4。

表2 玄武巖、P84、滌綸、芳綸針刺濾料靜電性能指標(biāo)

表3 PPS、PTFE針刺濾料靜電性能指標(biāo)

表4 滌綸抗靜電濾料靜電性能指標(biāo)

4.2 8種過濾材料靜電性能對(duì)比分析

（1）摩擦荷電電荷密度

摩擦面電荷密度表征了過濾材料摩擦后產(chǎn)生電荷量的大小，其值越小，說明越不容易帶電，抗靜電能力越強(qiáng)。由圖1可看出，摩擦面電荷密度：P84＜面層均勻?qū)щ姕炀]纖維＜芳綸＜經(jīng)向?qū)щ姕炀]纖維＜玄武巖＜滌綸＜PTFE＜PPS。

圖1 8種過濾材料的摩擦面電荷密度

（2）摩擦電位

摩擦電位越低說明過濾材料越不容易積累電荷，抗靜電能力越強(qiáng)。由圖2可看出，摩擦電位：面層均勻?qū)щ姕炀]纖維＜芳綸＜經(jīng)向?qū)щ姕炀]纖維＜P84＜滌綸＜玄武巖＜PPS＜ PTFE。從表3可看出，雖然僅從摩擦60s后得到峰值電壓來看，PTFE比PPS容易堆積電荷。但當(dāng)磨料夾松開，摩擦停止后，衰減計(jì)時(shí)繼電器開始計(jì)時(shí)，靜電開始釋放，除PPS外的其他幾種過濾材料的摩擦電位均在摩擦停止后開始降低。PPS的衰減電壓卻比摩擦停止時(shí)得到的峰值電壓還要高，說明PPS和空氣摩擦都能積累電荷，抗靜電能力差。

（3）表面電阻率

表面電阻率的減小會(huì)加快過濾材料上電荷消散，增強(qiáng)導(dǎo)電性能。由圖3可看出，表面電阻率：面層均勻?qū)щ姕炀]纖維＜PPS＜經(jīng)向?qū)щ姕炀]纖維＜PTFE＜滌綸＜玄武巖＜芳綸＜P84。

圖2 8種過濾材料的摩擦電位

圖3 8種過濾材料的表面電阻率

（4）體積電阻率

體積電阻率越小，過濾材料上電荷消散的速率越快，其導(dǎo)電性能就越強(qiáng)，抗靜電能力就越強(qiáng)。由圖4可看出，體積電阻率：面層均勻?qū)щ姕炀]纖維＜滌綸＜經(jīng)向?qū)щ姕炀]纖維＜芳綸＜PTFE＜玄武巖＜P84＜PPS。

圖4 8種過濾材料的體積電阻率

（5）半衰期

半衰期的長(zhǎng)短說明過濾材料電荷散逸程度的快慢，半衰期越小其抗靜電能力就相對(duì)較強(qiáng)。由圖5可看出，半衰期：玄武巖＜面層均勻?qū)щ姕炀]纖維＜經(jīng)向?qū)щ姕炀]纖維＜滌綸＜芳綸＜P84。

圖5 6種過濾材料的半衰期

5 小結(jié)

通過對(duì)比以上8種國(guó)內(nèi)主要類型的過濾材料的五項(xiàng)靜電性能指標(biāo)，可得出：抗靜電濾料靜電特性比普通濾料抗靜電特性要好很多。因此，減少過濾材料產(chǎn)生的靜電火花，應(yīng)使用經(jīng)向?qū)щ姕炀]纖維、面層均勻?qū)щ姕炀]纖維等防靜電濾料。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周善訓(xùn).CCP、CCY防靜電除塵濾料[J].勞動(dòng)保護(hù)，1992（7）：12-14.

[2] 倪冰選，張鵬.紡織纖維制品靜電性能的標(biāo)準(zhǔn)與測(cè)試[J].印染，2013（4）： 40-45.

[3] 王金波，孫熙，柳靜獻(xiàn)，等.袋式除塵器濾料及配件手冊(cè)[M].沈陽：東北大學(xué)出版社，2007.