一般来说,几乎任何物体表面相互接触摩擦和随着分离都会产生静电。在接触时,电子从一个表面移往另一表面,当分离时,如果该两物质都是良绝缘体,则一物体表面带正电,另一必带等量的负电,这就是伏尔塔-汉姆霍尔兹的双层分离机理。至于电荷大小,则取决于物体表面的化学特性、接触面积和接触压力等因素。大多数合成纤维由于它们的晶体结构、表面特性使其在纺织加工生产和服装穿用过程中出现了一系列与静电有关的问题。这种静电会造成以下现象:在脱衣时有噼噼啪啪的声响,衬里和裙子的躯干部分贴在一起,裙子的下摆不易分开,衬衣的袖口和领口容易脏,平日踏着地毯接触门把时有电击感等,这些现象均归纳在表1中。
现在,出现在市场上的合成纤维织物多数为带电性商品。改变商品的带电性,是通过织物后整理和纤维改性来达到,但多数织物在洗后即失去防静电效果。由于静电的产生给消费者带来诸多不便,因此,使织物柔软、爽滑和消除静电的各种产品相继出现。经整理后的织物的抗静电性能必须进行检测,最常用的方法有两种:一种是表面比电阻测定法,另一种是静电压半衰期测定法。我们用这两种方法测试了部分市售柔软剂的抗静电性能。
1实验部分
1 1表面比电阻法
(1)原理:织物静电效应不但取决于其产生的静电量,更取决于静电荷散逸能力,织物表面电阻是直接关系静电衰减速度的物理量。本方法在规定条件下,用超高电阻计测定织物在用织物调理剂试验溶液处理前后的表面电阻,用表面电阻降(Δρｓ)或表面比电阻对数值降低(Δｌｇρｓ)评价织物调理剂抗静电性能的优劣。
(2)测试方法:参照国家标准ＧＢ/Ｔ16801-1997和ＧＢ/Ｔ14342-93,对部分市售的柔软剂进行测试评价。
1 2静电压半衰期法
(1)原理:利用给定的高压电场,对织物定时间放电从而使织物发生静电进行静电电量大小、静电压衰减的半衰期和静电残留量的检测,以显示被测织物的带电性能。织物带电严重与否一方面决定于高压放电后起静电压的高低,另一方面和此静电压保持时间有关。织物上的静电消失速度用静电半衰期表示,记录稳定后试样上的静电电压值及该电压衰减至一半时所需的时间。本方法在规定条件下,用感应式静电测试仪测定织物用调理剂处理前后的半衰期,用时间Ｔ1/2(ｓ)评价产品的优劣。
(2)测试方法:参照ＦＺ/Ｔ01042—1996对部分市售柔软剂进行测试评价。
2结果
(1)测试了部分市售柔软剂对常用织物的抗静电性能,为了简化比电阻率数据,用对数来计算,表2为处理后的织物的表面比电阻降。
(2)测试了部分市售柔软剂处理的纺织品的半衰期,并计算静电消除率,结果见表3。
3讨论
(1)纺织材料的静电性能对周围环境的影响极其敏感。空气相对湿度高,一方面使带电的纺织材料的电荷向周围外界散失的速度加快,另一方面易于吸湿使其回潮率相应提高,从而使电阻降低,加快了电荷衰减。在一定条件下,大部分纤维的电阻与空气相对湿度成指数关系。文献报道尼龙在相对湿度65%时吸湿率是4%;棉纤维在相对湿度25%时,其吸湿率也达4%。在这种情况下,两种纤维的电阻率都在1012Ω左右。大气环境的相对湿度在20%和80%时纤维中的电阻率比为1∶105。半衰期是衡量纺织材料静电现象严重程度的一项重要指标。随着空气相对湿度的增加,半衰期按指数规律降低。合成纤维由于本身的疏水性、结晶度高等特性易产生静电,而天然纤维及蛋白质纤维含湿较高,一般情况下对静电不敏感,相对湿度大于50%时,蛋白质纤维是低静电物质;但在相对湿度低时,与其他纤维一样,易产生静电荷,也需要抗静电处理。为此,我们作了不同湿度的比较实验,见表4。结果表明湿度对测试数据的影响是很大的。在ＧＢ/Ｔ14342-93中,平衡湿度定为65%,在这条件下有些织物无需抗静电处理。而我国干旱地区的冬季和春季,大气湿度很低,通常相对湿度在20%左右,甚至更低,这时毛衣等织物静电相当大,如不进行处理,会给消费者带来烦恼。所以,我们将测定湿度定为30%±5%。
(2)用于织物防静电整理的柔软剂一般为离子型表面活性剂。通常认为,表面活性剂的防静电作用是由于它有亲水性和亲油性所决定的。其亲油性基团一端吸附在疏水性纤维上,亲水性基团一端簇植在纤维表面,并由此与空气中的水分子形成水合物,而促进纤维上静电荷的逸散。同样,这一解释也适合于亲水性纤维在用表面活性剂处理后静电量反而增高的现象。虽然表面活性剂一般说来都是亲水性和亲油性基团组合而成,但亲水性基团的电离性是不相同的。具有强电离基团的高分子化合物,或者具有密集亲水性基团的高分子化合物,有可能成为疏水性纤维的防静电剂。但对于亲水性纤维来讲,单纯具有亲水性基团的表面活性剂并不一定能获得防静电效果。
(3)有文献建议衡量表面电阻的抗静电性能的优劣分为:Ｒｓ>1013Ω者为抗静电性能劣,1011Ω～1012Ω为较差,<1010Ω为一般,<109Ω为良好。而在纺织业评判半衰期是10ｓ以内为抗静电。实验显示大部分柔软剂对合成纤维的效果明显,而有些产品对毛、丝、混纺等效果不明显,其中柔软剂的综合效果排在前3位的为白猫、绿伞和巧手,两个方法的测试数据基本一致。
(4)我们在同一实验条件下(ＲＨ30%±5%,20℃±2℃)测试了几种织物的半衰期和表面比电阻,见图1。
图1显示了两种测试方法的相关性,各种纤维的衰变速度常数的对数是和电阻对数成正比,即表面比电阻越大,半衰期越长,电荷逸散速度也越慢。
