靜電的危害及其在紡織材料中的產(chǎn)生機理

韓碩

(德州學(xué)院紡織服裝學(xué)院，山東 德州 253023)

前言

合纖的誕生標(biāo)志著人類不再完全依賴天然的恩賜，可以用自己的智慧和勞動創(chuàng)造未來。合成纖維具有許多優(yōu)于天然評準(zhǔn)的性能(彈性好、強度高、耐磨損、耐腐蝕、不怕蟲蛀)，得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，但在生產(chǎn)和使用過程中也暴露了其顯著缺點，即濕性強、靜電強，帶來了各種各樣的麻煩[1-2]。由于靜電的種種干擾和危害，在各種產(chǎn)業(yè)部門的日常生活方面對抗靜電有著廣泛的需求，自60年代起就開始了開發(fā)抗靜電和導(dǎo)電纖維的工作，90年代導(dǎo)電及抗靜電仍是各國差別化開發(fā)的重點之一[3-6]。

1 靜電現(xiàn)象的危害

(1)纖維在紡織加工過程中，產(chǎn)生的靜電給纖維的開松、梳理帶來困難，紡紗時靜電排斥造成飛花、斷頭，紗絲的糾纏給織造帶來困難。造成生產(chǎn)效率下降，質(zhì)量差，一般認(rèn)為，當(dāng)電荷密度大于10.8庫倉附頁/克or靜電壓大于100伏時，會引起加工困難。

(2)印染加工中經(jīng)燒毛、烘干、熱定形等高溫處理會產(chǎn)生數(shù)千伏的靜電壓，織物的相互緊貼使落布困難，有時帶電織物放電會引電火花造成火災(zāi)事故。

(3)在服用過程中，靜電造成織物易吸塵、易沾污，起毛起球衣服纏身(如干燥氣候下的滌綸女裙會發(fā)生使人步行困難的腿現(xiàn)象)襪子吸附腿部上膚屑、發(fā)癢、手套、在危險爆場合放電火花、引燃引爆。

(4)化纖及其織物的放電和電擊現(xiàn)象。在化纖地毯上行走后，再去接觸門的金屬把手，常有電擊感。電流很小時，不會使人致死，但使人極不舒服。因操作人員的化纖工作服發(fā)生磨擦產(chǎn)生火花會引起火災(zāi)和爆炸。人體發(fā)生靜電放電時，產(chǎn)生的能量(2.5～32mJ)足以氣燃可燃物。穿上合纖衣裝的人體猶如“活動火柴”。

(5)靜電現(xiàn)象干擾計算機及其他靈敏的電子儀器的正常工作，造成元件破壞和電路，也會使降落傘開啟失效；PNT晶體管的發(fā)射投間的最大，耐壓僅7.5V，當(dāng)操作人員衣裝上的靜電壓為1KV(常見)時，完全可能使西報間發(fā)生靜電未而使晶體管極度。

(6)在醫(yī)院手術(shù)室內(nèi)進行乙醇麻醉手術(shù)時，由于織物磨擦靜電打火引起燃燒爆炸事故。

(7)由于靜電進入導(dǎo)體產(chǎn)生的放電現(xiàn)象，可能導(dǎo)致電流進入人體而引起病人心臟或主血管損傷。很多研究表明，靜電對一些心臟病、精神分裂癥、重度神經(jīng)衰弱癥等不能承受強烈刺激的患者是一個潛在的威脅，可傷發(fā)心理失常穿合纖服裝。

(8)在外科手術(shù)的關(guān)鍵時刻，由于電擊作業(yè)引起的醫(yī)生不自覺的動作，可能導(dǎo)致重大醫(yī)療事故。

2 靜電的產(chǎn)生

靜電的“產(chǎn)生”是一種很復(fù)雜的物理過程。對于靜電產(chǎn)生機理的研究是近幾十年來隨著新技術(shù)的發(fā)展才開始的，目前這方面的理論尚不很成熟，有各種各樣的假說，概括起來產(chǎn)生靜電的途徑如下：(1)在沒有外場時，原來不帶電的物體相互作用而帶電；(2)帶電體和非帶電體間的電荷轉(zhuǎn)移；(3)存在外場時使物體帶電。但完全一致的觀點是兩個不同的物體接觸或摩托后分離，就會產(chǎn)生靜電。

在紡織加工過程及織物服用過程中，合成纖維和金屬機件或合成纖維間相互磨擦而發(fā)生一系列接觸與分離過程，造成了電荷在物體表面間的轉(zhuǎn)移，產(chǎn)生靜電。

3 紡織材料的靜電起電

紡織生產(chǎn)中常遇到的固體接觸帶電發(fā)生于金屬之間，金屬—電介質(zhì)與電介質(zhì)之間的相互接觸，金屬—金屬間緊密接觸雖能產(chǎn)生偶電層，但分離時接觸面兩連接正、負(fù)荷將互相中和，結(jié)果兩金屬均不帶電。而處于絕緣狀態(tài)的金屬——離分子電介質(zhì)，高分子電介質(zhì)之間緊密接觸時，兩者都會帶電。

在紡織加工過程中，纖維與設(shè)備表面或其他機件(羅拉)接觸屆此情況，當(dāng)金屬與合成纖維緊密接觸時，對于金屬、電荷集中于表層，呈面分布，用面電荷密交等表征；對于電介質(zhì)，電荷分布于一定深度的表層內(nèi)，呈體分布，用體電荷等表征。

設(shè)電介質(zhì)中電荷層厚度為d ε電介質(zhì)的介電常數(shù)

則厚度為d的電荷層的接觸電勢差為

φA-金屬的逸出功φB-電介質(zhì)的逸出功

兩種高分子固體電介質(zhì)的接觸帶電

當(dāng)兩種電介質(zhì)相互接觸時，接觸面上的電荷皆分布在一定深度的表層內(nèi)ε1、ε2分別表示兩種電介質(zhì)的介電系數(shù)pm1、pm2兩接電介質(zhì)表層的體電荷密度，d1、d2電荷層厚度(穿透深度)應(yīng)用高斯定理可界面兩側(cè)X處電場強度。

4 結(jié)論

由于靜電的種種干擾和危害，在各種產(chǎn)業(yè)部門的日常生活方面對抗靜電有著廣泛的需求。紡織生產(chǎn)中常遇到的固體接觸帶電發(fā)生于金屬之間，金屬—電介質(zhì)與電介質(zhì)之間的相互接觸，金屬—金屬間緊密接觸雖能產(chǎn)生偶電層，但分離時接觸面兩連接正、負(fù)荷將互相中和，結(jié)果兩金屬均不帶電。而處于絕緣狀態(tài)的金屬——離分子電介質(zhì)，高分子電介質(zhì)之間緊密接觸時，兩者都會帶電。

參考文獻：

[1] 馮云生,佟白.聚醚磷酸酯兩性表面活性劑對滌綸和錦綸織物的抗靜電研究[J].染整技術(shù),2017,(02):43-46.

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[3] 劉元軍,劉國熠,趙曉明.滑石粉涂層復(fù)合材料的制備及其介電性能和電導(dǎo)率[J].材料導(dǎo)報,2017,31(18):28-32.

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