浅谈车用纺织品抗静电整理技术

曹飞，田心杰，吴晓明

       摘  要：阐述了车用纺织品抗静电整理的方法及抗静电整理效果的评定，重点介绍了抗静电整理剂的种类和使用时的注意事项，及一款车用抗静电面料的成功研发。

       关键词：纺织品抗静电整理剂；表面比电阻 

       纺织材料是电的不良导体，它们具有很高的比电阻。纤维及其制品在生产加工和使用过程中，由于受摩擦、牵伸、压缩、剥离及电场感应和热风干燥等因素的作用而产生静电。如果这些静电荷不能通过各种途径迅速散失，就会在材料和加工机械上逐渐积累、增加，造成加工的困难。

       基于静电的力学效应和放电效应，静电荷的积累达到一定程度时将会引发各种障碍和危害。部分纤维材料与金属材料摩擦时所产生的带电序列如下图。

       从上图可以明显看出合成纤维比天然纤维的静电问题更为突出，随着化学纤维 （主要是合成纤维）在纺织领域生产和应用得越来越多，这些高分子聚合物所固有的高绝缘性和憎水性，使之极易产生、积累静电。所以，随着合成纤维的大量使用，纺织材料的带电现象及由此出现的静电危害也日趋严重，无论从生产和消费的角度看，都已成为急待研究和解决的问题。^［1］

1．静电的危害

       纺织材料在生产加工过程中受各种因素作用，而在材料和加工机械上产生并积累静电，虽然它们的电流很小，不会对人身产生生命威胁，但是却能制造很多麻烦。如加工时纤维缠绕机件、纱线发毛不能集束、织造时经纱开口不清，而且在纺织品的使用过程中容易吸尘沾污。

       服装纠缠人体产生粘附不适感，并对人体有害，如使血液PH值升高，血液中钙含量下降，尿液中钙含量增加，血糖升高，维生素 C含量下降。当积聚的静电高于500V时还可能引起火灾、爆炸，高于8000V时会产生电击现象。近年来，汽车已走进千家万户，车用纺织品主要使用合成纤维制成。因此，车用抗静电织物的开发是非常必要的。

2．抗静电整理的方法与抗静电剂的种类

       2.1 抗静电整理的方法

       上世纪50年代后期，国外就开始了抗静电织物技术的研究，上世纪60～70年代，日本、德国、美国等工业发达国家陆续提出了对抗静电织物及服装的要求，上世纪80年代以后，国内外对抗静电织物开展了系统的研究，所采取的工艺技术途径，归纳起来主要有三种类型：

       2.1.1 对织物表面进行防静电处理

       作用机理主要在于使纤维的表面具有吸湿性和离子性，从而降低纤维的绝缘性，提高导电率，并能中和电荷，达到消除或防止静电产生的作用。具体可分为三种方法：

       （1）用吸湿性强的高分子阴离子和阳离子电解质先后处理织物，然后经加热烘培使其相互反应固着于纤维表面。

       （2）用含有亲水性基团的聚合物处理织物，在纤维表面形成亲水薄膜。如织物经聚乙烯乙二醇和聚对苯二甲酸乙二醇酯的嵌段共聚物处理后具有一定的防静电性

       （3）采用高能射线，如γ射线、电子束辐射或以化学引发剂引发，对纺织品用丙烯酸或其他含亲水性基团的乙烯类单体进行接枝，使纤维变性，提高吸湿性。^［2］

       2.1.2 制造抗静电纤维

       抗静电纤维的制造方法是在合成纤维聚合物内部添加抗静电剂，如磷酸酯、磺酸盐等表面活性剂，或是引入第三单体，如聚氧乙烯及其衍生物，以使纤维本身具有抗静电效果。添加在聚合物内部的抗静电剂大多数具有极性基团，这些极性基团在聚合体的外层形成导电层或通过氢键与空气中水分相结合，使聚合体的电阻减少，加速静电荷的散逸。

       2.1.3 混纺导电纤维或在织物中嵌织导电纤维

       混纺导电纤维是指在用一根导线纤维和普通纱线进行混纺，使纱线具有导电性能。在织物中嵌入导电纤维是指在设计织物时直接嵌入导电纤维，使织物具有导电性。

       2.2 抗静电整理剂的种类

       抗静电整理所用的抗静电整理剂一般属于表面活性剂，包括阳离子型、阴离子型和非离子型，其中阳离子表面活性剂的抗静电效果最好，高分子量非离子型表面活性剂的抗静电耐久性最好。生产中不管采用哪种抗静电整理剂，应具有以下物质和反应性交联基团，以提高织物的耐洗性，并需要考虑综合性能：

        （1）具有吸湿性强的有机物质。如甘油、聚乙二醇等多元醇，吸湿性强的无机盐（氯化锂、氯化钠等），以及离子型的溴化钾等。

       （2）具有吸附性和定向的表面活性剂，易与织物交联的基团，以及改性树脂、复合树脂和反应性有机硅酮树脂等。

       （3）有能够形成良好的导电性连续膜。

       （4）对染料的染色牢度无影响或影响很小，与其他整理剂拼混性较好，无刺激气味，以及不损害人体或不污染环境。

       （5）有些抗静电剂与含氟防水、防油剂混合使用，将大大降低防水性和防油性，同时也降低了抗静电性。因而在综合整理过程中必须慎重选择抗静电整理剂，以获得理想的效果。

       生产实际中经常使用的抗静电剂主要有以下几种：

       （1）抗静电剂 P

       抗静电剂P为磷酸酯和二乙醇胺的缩合物。这种抗静电整理剂外观呈淡黄色到酒红色粘性液体，属阴离子型，其抗静电效果很好，稳定性也好，但不耐水洗。

       （2）抗静电剂 PK

       抗静电剂 PK为烷基磷酸酯钾盐，为阴离子型表面活性剂。外观为淡米色至淡黄色半固体状物，它的0.1%溶液PH值为 7～9。

       （3）抗静电剂 TM

       抗静电剂 TM属季铵盐型阳离子表面活性剂，其外观为透明淡黄色粘液，游离三乙醇铵含量 ≤4%，易溶于水，具有吸湿性。生产中，可以与阳离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂并用。它对涤纶、腈纶、锦纶等合成纤维有优良的抗静电效果。

       （4）抗静电剂 SN

       抗静电剂 SN属阳离子型表面活性剂，其外观为棕红色油状粘性液体，PH值6～8，季铵盐含量为60%±5%。能溶于水、丙酮、苯、正丁醇、二甲基甲酰胺、乙二醇及醋酸等。对5%的酸、碱液均稳定，但180℃时会分解，它可与阳离子或非离子型表面活性剂混用。

       以上各种抗静电剂抗静电效果都比较理想，但都不耐水洗。如果要达到比较耐久的抗静电效果可以选用对苯二甲酸二甲酯、乙二醇和聚乙二醇嵌段共聚物 （即防静电剂 T、TM等）处理。但对处理涤棉混纺织物效果不好，因为它的酯组分虽能与涤纶共熔，醚组分在纤维表面亲水形成导电层；但在棉纤维上则相反，醚组分与棉结合在一起，酯组分在棉纤维表面形成疏水层，即绝缘层，两者相互抵消，不能形成连续性导电层。

       2.3 抗静电剂整理的注意事项

       2.3.1 使用抗静电剂对纤维及其制品进行抗静电整理时，必须与提高空气相对湿度的措施配合使用。多数抗静电剂是通过在纤维上生成朝向空气的亲水基团、以吸收较多水分而消除静电的。所以，随着湿度的下降，抗静电剂的性能也降低。目前，在很低的湿度下（如低于RH30%）仍能保持优良抗静电效果的抗静电剂尚不多见。

       2.3.2 应针对不同纤维的结构特点，选择合适的抗静电剂。同种抗静电剂对不同纤维的抗静电效果有很大的差异。有时若选用不当，甚至会适得其反，增大纤维的静电效应。如用抗静电剂PK（含油量0.5%）对涤纶、腈纶、醋酸纤维及棉进行抗静电整理，前三种纤维的表面比电阻值从处理前大于 10¹³Ω，到处理后分别下降为10⁹Ω、10¹⁰Ω、10¹⁰Ω，而棉纤维反而从处理前的10¹²Ω增加到10¹⁴Ω以上。

       这是因为从棉纤维的结构看，其本身就含有亲水基，且这基团原来就是朝向空气的，在施加抗静电剂后，抗静电剂分子的极性基团与棉纤维亲水基作用的结果，反而会使亲水基朝向纤维、疏水基朝向空气，所以纤维的比电阻反而增大了。

       2.3.3 抗静电剂用量要合适，一般情况下，纤维上抗静电剂的含量增加时导电性能变好；但抗静电剂含量过高，会在纺织加工中造成粘缠现象，对纤维开松与牵伸及对织物后整理都不利，含抗静电剂过高也会影响织物的使用性能。

       生产中，抗静电剂的用量应视抗静电剂的效果、相对湿度、温度、纤维直径、织物构造及对抗静电整理的要求而定，一般作为纤维加工过程中非耐久性处理时，其用量为0.1～0.6%，而用作织物的耐久性处理时则不低于3～5%。

       2.3.4 在选择抗静电剂时，除应考虑其抗静电性能外，还要综合考虑其他一些因素，如对染色有无影响、有无腐蚀性，化学稳定性的好坏及价格高低等。

3．抗静电整理效果评定

       3.1 纺织品抗静电效果的评定方法

       评定抗静电效果主要是测定织物上的静电量，而静电量常用静电压、半衰期和表面比电阻来表示。半衰期为织物上电荷衰减到起始电压的一半时所需时间。各种织物上电荷衰减速度的对数与其表面比电阻的对数成正比，即：

       lgt1/2=A·lgRs-B

       其中A、B为常数，表面比电阻越大，半衰期越长，静电逸散速度也越慢。

       织物上静电的量测量，通常采用摩擦式静电测量仪、高压放电式静电测量仪等。

       3.2 车用纺织品抗静电效果的评定方法

       车用纺织品通常是测定织物表面比电阻大小来衡量抗静电整理的直接效果，表面电阻率越小表示面料导电性能越好，面料的抗静电性能越好。

       测试仪器：高阻计测试仪（如下图）：

       测试方法：把需要测试的面料放置于电阻盒内的电极之间，调节好上电极到正确位置，关闭电阻盒；然后在测试仪上设置好各个参数，输入充电时间60s后开始测量；等待60s以后读取表面电阻率的数值。

       通常技术标准如表1所示。

表1

4．一种车用抗静电织物的研发

       车用织物为100%涤纶面料，对颜色及手感要求较高。根据涤纶的特性以及车用纺织品的要求选用了一种不影响手感、对颜色影响较小的阳离子型抗静电剂进行试样。

       面料前处理工艺如下：

       温水洗涤（60℃，去油剂用量2g/L，1min）→烘干（160℃，1min）。

       面料抗静电处理工艺如下：

       A、一浸一轧（压力0.2mpa，用量30g/L，带液率60%～70%）→烘干（160℃，1min）。

       B、一浸一轧（压力0.2mpa，用量60g/L，带液率60%～70%）→烘干（160℃，1min）。

       按上述车用纺织品的抗静电效果评定方法，分别测试三个不同部位，均值如下：

       根据GB/T 24249-2009中防静电织物的要求，表明电阻率要达到1×10⁵～1×10¹¹，以及客户的技术要求，最终选用A方案进行生产。

5．结束语

       纺织材料为减少静电，一方面是降低摩擦程度，控制电荷的产生；另一方面是提高纤维的导电性能，以加快电荷的散逸。由于在加工和使用中摩擦现象不可避免，因此制造性能更好的导电纤维是纺织材料抗静电技术发展的基本方向；而纺织生产过程中可以采用加入抗静电剂的方法来减少静电的干扰。

       汽车在居民生活中已经越来越普及，上述案例的技术可以推广到越来越多的车用纺织品中。

参考文献：

[1]朱平.功能纤维及功能纺织品[M].中国纺织出版社, 2006.8.

[2]商成杰.新型纺织化学品[M].中国纺织出版社,2010. 4.

个人简介：

       曹飞，苏州大学纺织工程专业研究生毕业，中级工程师，研究方向为车用纺织品功能性后处理，现就职于旷达科技集团股份有限公司技术部，主要负责汽车及轨道交通车用纺织品功能性后处理技术研究工作。

       手  机：13915051657

       邮  箱：cao_fei_7@126.com