舒適型高壓靜電防護面料的開發(fā)

劉 琳 孫凱飛 樊爭科 蔡普寧

（陜西省紡織科學研究院，陜西西安，710038）

發(fā)電廠輸送的高壓交流輸電線路產(chǎn)生工頻電場，電場強度隨電壓等級的提高而增大，隨導線距離的增大而減小。當輸電線路表面場強≥240 k V/m時，人體就會感覺不舒服。為保證作業(yè)人員的安全，電力行業(yè)中高壓交流輸電線路和變電站登塔作業(yè)人員、線下巡視人員等必須穿著高壓靜電防護服。目前我國高壓靜電防護面料生產(chǎn)廠家較少，采用的原料主要包括不銹鋼纖維與柞蠶絲混紡，羊毛、柞蠶絲和不銹鋼纖維混紡，棉和不銹鋼纖維混紡，滌綸、棉和不銹鋼纖維混紡等。這些產(chǎn)品基本都可滿足高壓靜電防護服的要求，但是存在強度低、服用舒適感差等問題［1］。為此，我們開發(fā)了一款舒適型高壓靜電防護面料，符合GB/T 18136—2008《交流高壓靜電防護服裝及試驗方法》中750 k V的技術(shù)要求，同時吸濕速干性滿足GB/T 21655.1—2008《紡織品 吸濕速干性的評定 第1部分：單向組合試驗法》要求［2-3］。

1 原料選擇和產(chǎn)品規(guī)格設(shè)計

1.1 原料選擇

高壓靜電防護服對面料的屏蔽效率、電阻及耐洗滌性（洗后屏蔽效率）有著較高的要求。目前面料實現(xiàn)屏蔽性和導電性有兩種方式，一種是采用涂覆導電材料，另一種是采用導電纖維混紡。由于采用導電纖維的面料電學性能更優(yōu)異，效果更持久，因此我們選擇該方式。導電纖維是指在聚合物中混入導電介質(zhì)所紡制成的化學纖維或不銹鋼纖維、碳纖維等。常用的聚合物混入導電介質(zhì)所紡制成的化學纖維可紡性及服用性較好，被廣泛應(yīng)用于防靜電織物中，但其導電性能及屏蔽性能相對較差，很難滿足高壓靜電防護服對電阻、屏蔽效率的要求。碳纖維具有耐高溫、抗摩擦、導電、導熱及耐腐蝕等特性，但電阻較大，無法滿足高壓靜電防護服電阻指標要求。不銹鋼纖維導電性能好，并且具有較好的屏蔽性能，可以滿足高壓靜電防護服的電阻及屏蔽效率使用要求。因此導電纖維選用不銹鋼纖維。316L不銹鋼纖維由于添加了2%～3%的鉬，外觀光澤好，其耐腐蝕性大大提高，在高溫環(huán)境中其強度、加工硬化性好（加工后弱磁性），固熔狀態(tài)下無磁性，是304、306等不銹鋼纖維不具備的。目前316L不銹鋼纖維細度有6.5μm、7.0μm、8.0μm、12.0μm。綜合考慮細度對織物刺癢感、電學性能、強力的影響，選擇細度6.5μm、長度40 mm～50 mm的316L不銹鋼纖維。

不銹鋼纖維含量越高，面料的電學性能越好，但刺癢感也越明顯。為了提升面料的電學性能，同時改善織物的刺癢感，我們優(yōu)選了上述不銹鋼纖維規(guī)格，但仍不能完全消除刺癢感。為了進一步改善面料的舒適性和機械性能，我們采用不銹鋼纖維、coolplus纖維以及棉纖維混紡，充分發(fā)揮多種纖維協(xié)同效應(yīng)。coolplus纖維規(guī)格1.65 dtex×38 mm。有文獻表明，coolplus纖維與棉混紡時，其含量大于30%就具有涼爽滌綸面料應(yīng)具有的特性［4-7］。

1.2 產(chǎn)品規(guī)格設(shè)計

從電學性能方面考慮，織物組織循環(huán)越小、浮長線越短、越緊密，其電阻、屏蔽效率越好，洗滌后電學性能的保持性越好。因此，面料選擇平紋組織［6］。從吸濕速干性方面考慮，單紗織物的吸濕速干性優(yōu)于股線織物。在纖維原料、紗線結(jié)構(gòu)相同的條件下，織物經(jīng)密緯密對織物的吸濕排汗性有一定的影響。

綜上所述，最終設(shè)計織物經(jīng)緯紗均為不銹鋼纖維/coolplus纖維/棉40/40/20 18.5 tex紗，經(jīng)密354根/10 cm，緯密196根/10 cm，單位面積質(zhì)量220 g/m2，平紋織物。

2 紡紗技術(shù)要點

coolplus纖維和棉纖維分別經(jīng)開清棉、梳棉后預并，再與梳理成形的不銹鋼纖維條混并。開清棉和梳棉工序均采用常規(guī)工藝。

并條工序的預并、頭并、二并采用JWF1310型并條機，末并采用JWF1312型并條機。為了保證并條末道條子的均勻度，加裝光電式自調(diào)勻整裝置。在頭并混和時，按規(guī)定間隔排列。

預并coolplus纖維生條干定量18.0 g/5 m，6根喂入，牽伸倍數(shù)6.0倍，預并條子干定量18.0 g/5 m。棉生條干定量18.0 g/5 m，6根喂入，牽伸倍數(shù)6.0倍，預并條子干定量18.0 g/5 m。

頭并采用2根不銹鋼纖維條+2根coolplus纖維條+1根棉條。不銹鋼纖維條干定量18.0 g/5 m。牽伸倍數(shù)5.6倍，頭并條子干定量16.0 g/5 m。

二并采用8根條子喂入，牽伸倍數(shù)8.5倍，條子干定量15.1 g/5 m。

末并采用8根條子喂入，牽伸倍數(shù)8.6倍，條子干定量14.0 g/5 m。

粗紗工序采用“輕定量，重加壓，加強控制，降低速度，適宜捻系數(shù)”的工藝原則，粗紗伸長率控制在1.5%～2.0%，牽伸倍數(shù)7.0倍，干定量4.0 g/10 m。

采用FA506型細紗機，紡紗加工過程中降低速度，減小紗線張力，減小紗線磨損及脫落。引入變頻控制技術(shù)，通過變頻器將錠速降至5 000 r/min以下，解決了細紗機車速降低困難的問題。由于不銹鋼纖維硬脆，不耐磨，因此采用散熱快、通道較光滑、摩擦較小的FU型鋼絲圈和PG14254型鋼領(lǐng)。捻度不易過大，細紗捻系數(shù)偏小掌握。細紗工序牽伸倍數(shù)22.1倍，干定量1.81 g/100 m。

采用1332M型絡(luò)筒機（配不銹鋼槽筒），在保證筒子成形良好的條件下，適當降低槽筒轉(zhuǎn)速，減小張力，紗條通道保持光潔無毛刺，減少條干惡化和毛羽的增加。采用光電式電子清紗器，有效清除紗疵，保證紗線質(zhì)量。

筒紗實測指標：斷裂強度11.9 cN/tex，斷裂強力C V9.8%，條干C V14%，+50%粗節(jié)0個/km，-50%細節(jié)154.4個/km，+200%棉結(jié)1個/km，捻系數(shù)380。

3 織造技術(shù)要點

采用KY6041-1800型整經(jīng)機。由于紗線中不銹鋼含量較高，紗線斷裂伸長率低，為了確保紗線強力不受損失，適當控制整經(jīng)張力，保證片紗張力均勻和經(jīng)軸光滑平整，整經(jīng)速度400 m/min。

采用GA338-300型漿紗機。漿料配方：50 kg淀粉，37.5 kg PVA，5 kg固體丙烯，1 kg抗靜電劑，1 kg平滑劑。采用雙漿槽，漿液體積750 L，漿液含固量控制在11%，上漿率12%。由于該產(chǎn)品對斷裂伸長率要求較高，因此要降低漿紗各區(qū)張力，防止?jié){紗過程中的意外伸長。退繞張力250 N，喂入張力200 N，卷繞張力2 800 N。

采用GA731B型劍桿織機?？椩鞎r采用“中后梁，小張力，小開口”的工藝原則。后梁高度1 010 mm，停經(jīng)架高度60 mm、停經(jīng)架前后130 mm，綜平時間300°。

織造過程中不銹鋼纖維易產(chǎn)生落花，造成無故停車，結(jié)合產(chǎn)品進行改造，采用光電式停經(jīng)裝置。由于不銹鋼混紡紗線的剛性大且韌性不足，與鋼筘的摩擦力大，同時織物緊度較大，需要較大打緯力，因此對設(shè)備進行改造，通過增加打緯軸質(zhì)量解決了打緯力不足的問題。該產(chǎn)品織機效率85%，十萬緯經(jīng)停10次，十萬緯緯停8次。

4 染整技術(shù)要點

采用長車染色，工藝流程：原布準備→LMH205型退漿機→Thermefix338X型染色機→Montex6500型拉幅機→Momfongtex868型預縮機→打卷。采用酶退漿，處理溫度控制在100℃左右。染色采用分散/活性染色一浴法，焙烘溫度150℃～160℃。coolplus纖維定形溫度宜控制在160℃左右，時間45 s～60 s。

5 面料性能測試

測得成品面料的各項性能指標：單位面積質(zhì)量220 g/m2，電阻80Ω，屏蔽效率53 d B，經(jīng)耐洗滌試驗后，屏蔽效率52 d B，經(jīng)向斷裂強力750 N，緯向斷裂強力450 N，經(jīng)向斷裂伸長率18%，緯向斷裂伸長率13%。滴水擴散時間1.4 s，吸水率140%，透 濕 量8 350 g/（m2·24 h），蒸 發(fā) 速 率0.41 g/h，經(jīng)向芯吸高度196 mm，緯向芯吸高度168 mm。

從上述測試結(jié)果可以看出，面料的電阻、屏蔽效率及耐洗滌性指標遠高于標準指標要求，實現(xiàn)了高屏蔽、低電阻的效果，同時洗滌后屏蔽效率幾乎無變化，說明該產(chǎn)品的電學性能不僅優(yōu)異，且具有耐久性，可保證長期使用，降低更換頻率。面料的斷裂強力、斷裂伸長率指標高于標準，可提高服裝的耐用性。面料洗滌后，吸濕速干性符合標準要求，說明產(chǎn)品具有優(yōu)良、持久的吸濕速干性，可提升作業(yè)人員夏季服用舒適性。

6 結(jié)語

通過優(yōu)選纖維材料，進行優(yōu)化組合，最終開發(fā)的高壓靜電防護面料產(chǎn)品質(zhì)量指標達到了相關(guān)標準要求，很好地兼顧了高壓靜電防護的功能性和穿著舒適性，實現(xiàn)了預期設(shè)計目標。與市場同類產(chǎn)品相比，該面料手感柔軟，穿著舒適，除了具有高屏蔽、低電阻的優(yōu)異電氣性能外，還具有吸濕速干功能，不僅能有效保護作業(yè)人員免受高壓電場以及靜電感應(yīng)危害，還能提升作業(yè)人員夏季穿著的舒適感，緩解作業(yè)時心理負擔，提高工作效率。