家紡產(chǎn)品對空間負(fù)氧離子含量和分布的影響實(shí)驗(yàn)研究

劉金抗，葛 玲，袁 燕，陳 鳳

（紫羅蘭家紡科技股份有限公司，江蘇 南通 226300）

1 研究背景

目前，市場上的負(fù)氧離子發(fā)生器多利用脈沖、振蕩電器將低電壓升至直流負(fù)高壓，采用單個(gè)金屬或碳元素制作的放電針產(chǎn)生電暈，高速放出大量的電子，釋放的電子不穩(wěn)定，壽命極短，很快被空氣中的氧分子（O2）捕捉，形成氧離子（O2-），再與空氣中的水蒸氣結(jié)合形成負(fù)氧離子[O2-(H2O)n]。由于空氣負(fù)離子的壽命比較短，且在被污染的空氣中壽命更短，在產(chǎn)生到擴(kuò)散的過程中不斷衰減[1]。劉洪軍[2]對市場大部分空氣凈化機(jī)（包括日本知名品牌）進(jìn)行了檢測，在設(shè)備的出風(fēng)口使用日本3200空氣負(fù)離子檢測儀可以測出高達(dá)幾百萬個(gè)負(fù)離子，但是距離風(fēng)口1 m后，檢測數(shù)據(jù)極低，大約500個(gè)/m3，距離風(fēng)口2 m以后檢測負(fù)離子數(shù)據(jù)增量基本為零。由于負(fù)離子衰減速率太高，只能在局部范圍內(nèi)達(dá)到很好的凈化和粉塵沉降效果，對整個(gè)室內(nèi)空氣凈化的效果不大。負(fù)氧離子織物主要通過后整理的方式將負(fù)氧離子整理到織物上，面臨耐洗次數(shù)低的問題。因此，掌握空氣負(fù)離子的分布規(guī)律以及增加負(fù)離子的有效作用空間具有科學(xué)意義。

本研究通過采用面形的碳纖維釋放器取代傳統(tǒng)的放電針組建渦流電場，最重要的是通過對家紡產(chǎn)品的特殊整理形成復(fù)合離子場，消除家紡產(chǎn)品對負(fù)氧離子流動(dòng)和分布的阻礙，擴(kuò)大負(fù)氧離子在家紡產(chǎn)品附近的分布；提高室內(nèi)負(fù)氧離子的含量和均衡負(fù)氧離子在室內(nèi)空間的分布，進(jìn)而達(dá)到改善家居環(huán)境中空氣質(zhì)量的目的。

2 實(shí)驗(yàn)研究

2.1 實(shí)驗(yàn)空間設(shè)置

本實(shí)驗(yàn)所用空間為5.12 m×3.97 m×2.98 m的空房間（圖1）。實(shí)驗(yàn)時(shí)，在房間的M點(diǎn)和N點(diǎn)設(shè)置了負(fù)氧離子發(fā)生器的發(fā)射點(diǎn)，在空間中沿著M點(diǎn)負(fù)氧離子發(fā)生器放電頭的軸向平均設(shè)置了9個(gè)檢測點(diǎn)（間距50 cm），用來測試和對比空氣中負(fù)氧離子的含量。

圖1 負(fù)氧離子含量實(shí)驗(yàn)空間設(shè)置示意

空間中的床上布置了經(jīng)過負(fù)氧離子整理處理的家紡產(chǎn)品，經(jīng)測量，其負(fù)氧離子的釋放量為（1 530±132）個(gè)/cm3。

2.2 負(fù)氧離子發(fā)生器放電頭設(shè)置

本實(shí)驗(yàn)采用的負(fù)氧離子發(fā)生器電源和碳纖維發(fā)射板均采購于廈門方卓電子科技有限公司（圖2）。前期，筆者為了比較不同放電頭面積對空間負(fù)氧離子含量和分布的影響，設(shè)計(jì)組裝了3種形式的放電裝置：（1）單頭碳纖維發(fā)射板表示負(fù)氧離子發(fā)生器的放電頭為單個(gè)碳纖維發(fā)射板單元；（2）橫排和豎排碳纖維發(fā)射板表示負(fù)氧離子發(fā)生器的放電頭為一排碳纖維發(fā)射板單元（6個(gè)，間距10 cm）組成的放電裝置；（3）單面碳纖維發(fā)射板表示負(fù)氧離子發(fā)生器的放電頭為多個(gè)碳纖維發(fā)射板組成的放電面（9個(gè)，間距25 cm）。每種形式的放電裝置所接電源相同。前期實(shí)驗(yàn)研究表明，放射面相比放射頭更有利于增加空間內(nèi)的負(fù)氧離子含量，因此，本實(shí)驗(yàn)采用單面碳纖維發(fā)射板的負(fù)氧離子發(fā)生器[3]。

圖2 碳纖維發(fā)射板和負(fù)氧離子發(fā)生器

2.3 負(fù)氧離子含量檢測

本實(shí)驗(yàn)采用IMH01型空氣負(fù)氧離子測量儀（北京東創(chuàng)旭新測控技術(shù)有限公司，測量精度為0～5 000 000個(gè)/cm3）測定空氣中負(fù)氧離子的含量，待室內(nèi)溫濕度穩(wěn)定后，每個(gè)測量點(diǎn)測試5次。由于測量點(diǎn)比較多，實(shí)驗(yàn)條件不能滿足同時(shí)測量的要求，每組實(shí)驗(yàn)的測量順序一致。

2.4 渦流電場促進(jìn)空間負(fù)氧離子分布原理

兩個(gè)負(fù)氧離子放射面不僅可以增加空間空氣中負(fù)氧離子的濃度，而且可以組建渦流電場，加速負(fù)氧離子在空氣中的流動(dòng)，改善負(fù)氧離子分布不勻的情況。處于電場中的帶電粒子除了經(jīng)常做不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，不斷與其他粒子發(fā)生碰撞外，還受到電場力的作用，沿電場方向得以加速并積累動(dòng)能。一個(gè)負(fù)氧離子放射面形成的是高壓負(fù)電壓，與之對應(yīng)的墻面作為正極，兩者之間會(huì)形成一個(gè)高壓靜電場，空氣中的負(fù)氧離子在高壓靜電場庫倫力的作用下做加速運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)負(fù)氧離子在空氣中的流動(dòng)。本項(xiàng)目采用兩個(gè)負(fù)氧離子放射面形成一定角度擺放，形成一個(gè)復(fù)合的高壓靜電場（圖3），空氣中的負(fù)氧離子會(huì)受到復(fù)合電場的庫倫力作用做加速運(yùn)動(dòng)。由于空間中每個(gè)點(diǎn)的電場復(fù)合后對負(fù)氧離子所形成的庫侖力方向不同，使負(fù)氧離子的運(yùn)動(dòng)軌跡為平拋運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而促進(jìn)了負(fù)氧離子在空間中的分布。

圖3 復(fù)合電場下負(fù)氧離子受庫侖力作用的運(yùn)動(dòng)軌跡

2.5 測試結(jié)果分析

由表1和圖4可知，室內(nèi)空間中設(shè)置了兩個(gè)負(fù)氧離子釋放面且布置了經(jīng)過負(fù)氧離子整理技術(shù)處理的家紡產(chǎn)品。由圖4可見，空氣中負(fù)氧離子的濃度在靠近負(fù)氧離子釋放器的檢測點(diǎn)處最高，在遠(yuǎn)離兩個(gè)釋放器的釋放面處最低，最低值為57 560個(gè)/cm3。此外，因家紡產(chǎn)品的加入，負(fù)氧離子濃度在1～2 m下降的幅度有所減小，說明家紡產(chǎn)品的加入影響了空氣中負(fù)氧離子的分布。

表1 兩個(gè)放射面發(fā)射的負(fù)氧離子數(shù)測試結(jié)果（個(gè)/cm3）

圖4 渦流電場下室內(nèi)負(fù)氧離子數(shù)隨間距的變化

在垂直于負(fù)氧離子發(fā)生方向上，空間中的負(fù)氧離子濃度先升高再降低，處在負(fù)氧離子發(fā)生方向的軸線上負(fù)氧離子濃度高，而處在空間的兩側(cè)墻面，空氣中的負(fù)氧離子濃度最低，如圖5所示。但是，相比沒有家紡產(chǎn)品的加入，加入家紡產(chǎn)品使空間中負(fù)氧離子的濃度分布變寬。

圖5 兩個(gè)放射面發(fā)射的負(fù)氧離子數(shù)隨垂直軸向間距的變化

3 研究結(jié)論

應(yīng)用碳纖維束圍成的放射面作為負(fù)氧離子發(fā)生器的釋放器，在空間負(fù)氧離子渦流電場中，加入經(jīng)負(fù)氧離子整理技術(shù)處理的家紡產(chǎn)品，兩者疊加形成高濃度、均勻分布的居室空間負(fù)氧離子場，可以充分改善居室空氣環(huán)境[4]。

4 未來設(shè)想

在開發(fā)床品面料的基礎(chǔ)上進(jìn)行負(fù)離子功能型家紡產(chǎn)品的系列化開發(fā)，設(shè)計(jì)整體配套家紡產(chǎn)品，如掛毯、抗菌防螨被芯、枕芯、窗簾、地毯、衛(wèi)浴產(chǎn)品、家居服等。首先，符合現(xiàn)代家紡整體配套的發(fā)展趨勢；其次，室內(nèi)空間全方位的抗菌防螨功能型家紡產(chǎn)品的配置可以明顯改善居室空氣環(huán)境；最后，豐富多樣的產(chǎn)品設(shè)計(jì)也可以增加產(chǎn)品銷量，有利于產(chǎn)品的市場推廣，可以進(jìn)一步推動(dòng)功能家紡產(chǎn)品技術(shù)更新和產(chǎn)業(yè)升級(jí)。