產(chǎn)業(yè)用紡織品靜電性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)概述

(中國產(chǎn)業(yè)用紡織品行業(yè)測(cè)試中心〔廣東〕;廣州市纖維產(chǎn)品檢測(cè)院，廣州，510220)

靜電產(chǎn)生的條件是出現(xiàn)電荷的積聚，即通常所說的帶電。帶電的方式或機(jī)理有多種，最常見的是摩擦帶電、接觸帶電。由于纖維材料，尤其是合成高分子纖維，大多是電的不良導(dǎo)體，一旦帶電就極易積聚形成靜電［1］。

在日常穿著、使用過程中，由于摩擦、接觸帶電體產(chǎn)生的靜電會(huì)使衣物與人體產(chǎn)生黏附現(xiàn)象，使人體感覺不舒適，同時(shí)還可能吸附周圍環(huán)境中的塵埃、細(xì)屑等。在特殊的環(huán)境中，如在易燃?xì)怏w、蒸汽或粉末旁，大量積蓄的靜電有可能會(huì)釋放而產(chǎn)生火花，導(dǎo)致火災(zāi)或者爆炸等意外事故，對(duì)穿著者、周圍環(huán)境造成嚴(yán)重傷害［2-3］;在醫(yī)療領(lǐng)域，醫(yī)用防護(hù)產(chǎn)品如手術(shù)衣、手術(shù)單等的抗靜電性能尤為重要，在手術(shù)室中若醫(yī)用防護(hù)產(chǎn)品積聚靜電，就容易吸附空氣中的顆粒，而一定尺寸的顆粒則可能成為細(xì)菌、病毒等病原的載體［4］，嚴(yán)重威脅手術(shù)安全及病人的康復(fù);而在電子器件、光學(xué)儀器、精密儀器等要求嚴(yán)格的潔凈生產(chǎn)車間，為避免造成嚴(yán)重的質(zhì)量事故［5］，對(duì)潔凈室用工作服的抗靜電性能的要求則更高。

因此，產(chǎn)業(yè)用紡織品，如防護(hù)服、過濾材料等均對(duì)材料的靜電性能有明確的要求。國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB 19082—2009《醫(yī)用一次性防護(hù)服技術(shù)要求》中要求防護(hù)服材料的靜電衰減時(shí)間不超過0.5 s［6］。歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 1149-5:2008《防護(hù)服 靜電性能 第5部分:材料性能和設(shè)計(jì)要求》則規(guī)定，靜電耗散材料至少需滿足以下一個(gè)條件:①根據(jù)EN 1149-1測(cè)試，至少有一面的表面電阻小于或等于2.5×109Ω;②根據(jù)EN 1149-3中方法2測(cè)試，半衰期t50＜4 s或屏蔽系數(shù) S ＞0.2［7］。GB/T 6719—2009《袋式除塵技術(shù)要求》對(duì)防靜電濾料的要求是，表面電阻小于1010Ω、體積電阻小于109Ω、靜電半衰期小于1 s［8］。

靜電現(xiàn)象往往在相對(duì)濕度較小的條件下更加明顯。合成高聚物纖維材料在低濕環(huán)境中極易產(chǎn)生靜電，而天然纖維正常使用中抗靜電性能較好，是由于天然高分子親水性較佳，容易與空氣中的水分結(jié)合，改善纖維本身的導(dǎo)電性能，但是在濕度較低的情況下也會(huì)發(fā)生類似的靜電問題。因此，在不同纖維材料的實(shí)際應(yīng)用過程中，如何了解材料的靜電性能和潛在威脅，怎樣有效地控制風(fēng)險(xiǎn)、解決問題，如何在特定的應(yīng)用場(chǎng)合選擇合適的材料，這些都需要對(duì)纖維材料進(jìn)行測(cè)試、評(píng)價(jià)。本文主要介紹產(chǎn)業(yè)用紡織品常用的靜電性能測(cè)試方法:電阻(率)測(cè)試和靜電衰減測(cè)試。

1 電阻(率)測(cè)試

物理學(xué)中，電阻是表示材料對(duì)電流阻礙作用的大小，電阻越小，表示材料對(duì)電流的阻礙作用越小，材料中的電荷就越不容易積聚。電阻率是一個(gè)反映材料導(dǎo)電性能的物理量，與材料的長度、橫截面積等因素?zé)o關(guān)，是材料本身的電學(xué)性質(zhì)，由材料本身決定，與溫度有關(guān)。材料的電阻率是由測(cè)得的電阻值通過公式計(jì)算得出的。

產(chǎn)業(yè)用紡織品電阻的測(cè)試通常分為表面電阻和垂直電阻測(cè)試。表面電阻測(cè)試的原理［9］是:將試樣放置于絕緣底盤上，試樣上再放置一個(gè)特殊的電極裝置，加一定電壓，在規(guī)定的時(shí)間后，測(cè)量樣品的表面電阻，有需要的情況下再計(jì)算樣品的表面電阻率。垂直電阻測(cè)試的原理［10］是:將電極放置于被測(cè)材料的正反兩面上，加一定電壓，在規(guī)定的時(shí)間后，測(cè)量樣品的垂直電阻，有需要的情況下再計(jì)算樣品的垂直電阻率。電阻測(cè)試儀通常采用的電極為同心環(huán)電極，其剖面結(jié)構(gòu)［9］如圖1所示。

圖1 同心環(huán)電極結(jié)構(gòu)圖

目前，產(chǎn)業(yè)用紡織品電阻測(cè)試采用的標(biāo)準(zhǔn)主要有:國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 22042—2008《服裝 防靜電性能 表面電阻率試驗(yàn)方法 》［11］、GB/T 22043—2008《服裝防靜電性能通過材料的電阻(垂直電阻)試驗(yàn)方法》［12］、GB/T 12703.4—2010《紡織品 靜電性能的評(píng)定 第4部分:電阻率》［13］;歐洲標(biāo)準(zhǔn) EN 1149-1:2006《防護(hù)服 靜電性能 第1部分:測(cè)量表面電阻率的試驗(yàn)方法》［9］、EN 1149-2:1997《防護(hù)服靜電性能 第2部分:測(cè)量通過材料的電阻(垂直電阻)的試驗(yàn)方法》［10］;美國標(biāo)準(zhǔn) AATCC 76—2011《紡織品表面電阻試驗(yàn)方法》［14］，以及美國INDA、歐洲EDANA聯(lián)合發(fā)布的非織造布測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)INDA/EDANA WSP 40.1(08)《非織造布表面電阻的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》［15］。

電阻測(cè)試方法的優(yōu)點(diǎn)是能客觀反映產(chǎn)業(yè)用紡織品材料本身對(duì)電流阻礙作用的大小，但在不同使用環(huán)境下，材料的電阻會(huì)隨溫度、相對(duì)濕度而變化。因此不能直觀表征產(chǎn)業(yè)用紡織品在具體使用條件下電荷的耗散能力。

2 靜電衰減測(cè)試

紡織品在使用過程中，帶電后電荷衰減的快慢直接導(dǎo)致其是否會(huì)發(fā)生靜電現(xiàn)象。若纖維材料的導(dǎo)電性較好，電荷一旦產(chǎn)生會(huì)很快耗散掉，不會(huì)導(dǎo)致電荷積聚而發(fā)生靜電現(xiàn)象;若材料的絕緣性好，電荷不易導(dǎo)走，就容易累積，以致靜電現(xiàn)象嚴(yán)重。因此，可以模擬使用過程中紡織品帶電后其表面或內(nèi)部電荷耗散的快慢來評(píng)價(jià)紡織品的靜電性能。根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)，通常采用靜電半衰期、靜電衰減到初始值10%的時(shí)間、屏蔽系數(shù)等來表征樣品的抗靜電性能。

2.1 靜電半衰期測(cè)試

其測(cè)試原理是:在旋轉(zhuǎn)金屬平臺(tái)上，用高壓靜電場(chǎng)使安裝好的試樣感應(yīng)帶電，試樣上的電壓穩(wěn)定后斷開高壓電源，通過接地金屬平臺(tái)自然衰減，測(cè)定試樣所帶的穩(wěn)定的靜電壓值及其衰減至初始值一半所需的時(shí)間。測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)示意圖［16］如圖2所示。適用標(biāo)準(zhǔn)包括國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12703.1—2008《紡織品 靜電性能的評(píng)定 第1部分:靜電壓半衰期 》［16］、日本標(biāo)準(zhǔn)JIS L1094—1997《紡織品及針織品帶電性能試驗(yàn)方法》［17］。靜電半衰期測(cè)試方法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、重復(fù)性好，缺點(diǎn)是不能有效模擬人體穿著時(shí)帶電的情形［18］，且對(duì)于含導(dǎo)電纖維的試樣，若放置試樣時(shí)導(dǎo)電纖維與接地金屬平臺(tái)接觸，則電荷能快速導(dǎo)走;若恰好導(dǎo)電纖維沒有接觸到接地金屬平臺(tái)，則導(dǎo)電纖維未起作用，其靜電衰減速率與普通紡織品類似。因此，同一試樣在不同放置條件下得到的測(cè)試結(jié)果可能差異極大，故此方法不適宜用于含導(dǎo)電纖維織物的評(píng)價(jià)［2］。

圖2 靜電半衰期測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 靜電衰減時(shí)間測(cè)試

其測(cè)試原理是:將樣品夾在兩個(gè)電極之間，施加5 000 V電壓，當(dāng)樣品帶電壓穩(wěn)定在5 000 V后，斷開電壓同時(shí)電極接地，場(chǎng)強(qiáng)計(jì)記錄電壓降至一定數(shù)值(例如500 V)所需的時(shí)間。適用標(biāo)準(zhǔn)有INDA/EDANA WSP 40.2(08)《非織造布靜電衰減的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》［19］，以及美國的 MIL STD 010A—2005《包裝材料測(cè)試方法》［20］、Federal Test Method Standard Method 101c 4046.1《材料的靜電特性》［21］、NFPA 99《健康防護(hù)裝備標(biāo)準(zhǔn)》［22］。

該測(cè)試方法的優(yōu)點(diǎn)同樣是操作簡(jiǎn)單、測(cè)試結(jié)果的重現(xiàn)性好。但是試樣加壓5 000 V并不能保證試樣所帶電壓為5 000 V［18］，對(duì)于普通高分子材料，如聚丙烯紡黏非織造布，由于其電阻高達(dá)1012～1013Ω，加壓5 000 V時(shí)，僅能帶電500～2 500 V不等。因此，該方法不適用于阻值較高的產(chǎn)業(yè)用紡織品的靜電衰減性能測(cè)試。

此外，可用于評(píng)價(jià)產(chǎn)業(yè)用紡織品靜電性能的標(biāo)準(zhǔn)還有歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 1149-3:2004《防護(hù)服 靜電性能第3部分:測(cè)量電荷衰減的試驗(yàn)方法》中的方法二，其測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。與前面兩種裝置的最大區(qū)別在于其加壓電極與靜電感應(yīng)探頭分別位于樣品的兩側(cè)，因此該裝置還可測(cè)試樣品的靜電屏蔽系數(shù)。其測(cè)試原理是:在水平放置的試樣下面，安裝一個(gè)不接觸試樣的電極，對(duì)電極提供高壓，在試樣上方通過一個(gè)適當(dāng)?shù)膱?chǎng)強(qiáng)測(cè)量探頭測(cè)量試樣的帶電情況;隨后斷開高壓，測(cè)試樣品電量衰減到初加電壓一半的時(shí)間，評(píng)價(jià)樣品的靜電屏蔽效果和電荷衰減時(shí)間［23］。

3 結(jié)語

目前，對(duì)于靜電性能檢測(cè)的方法有很多，歐洲、美國、日本均有其自成體系的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。我國規(guī)定了一系列的材料靜電性能標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法，其中也參考了一些國外的標(biāo)準(zhǔn)，但這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。

圖3 靜電衰減裝置結(jié)構(gòu)示意圖

因此，在評(píng)價(jià)產(chǎn)業(yè)用紡織品的靜電性能時(shí)，應(yīng)當(dāng)關(guān)注以下幾點(diǎn):①樣品調(diào)濕的條件和測(cè)試的環(huán)境對(duì)靜電性能的測(cè)試結(jié)果影響較大。筆者試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，同樣的樣品在不同相對(duì)濕度(50%和65%)條件下調(diào)濕，表面電阻的測(cè)試結(jié)果相差一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。②測(cè)試過程中要盡量消除人為因素的影響。測(cè)試時(shí)要嚴(yán)格按照規(guī)定步驟執(zhí)行，使用手套、鑷子等輔助工具。③采用不同的測(cè)試方法。由于測(cè)試原理的差異，得到的結(jié)果不一定具有明確的相關(guān)性，因此，將不同指標(biāo)綜合起來考慮才能全面評(píng)價(jià)樣品的靜電性能。

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［7］ Technical Committee CEN/TC 162.EN 1149-5:2008 Protective clothing，electrostatic properties，Part 5:Material performance and design requirements［S］.布魯塞爾:歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，2008.

［8］ 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB/T 6719—2009袋式除塵技術(shù)要求［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

［9］ Technical Committee CEN/TC 162.EN 1149-1:2006 Protective clothing，electrostatic properties，Part 1:Test method for measurement of surface resistivity［S］.布魯塞爾:歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，2008.

［10］ Technical Committee CEN/TC 162.N 1149-2:1997 Protective clothing electrostatic properties，Part 2:Test method for measurement of the electrical resistance through a material(vertical resistance)［S］.布魯塞爾:歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，2008.

［11］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB/T 22042—2008服裝防靜電性能 表面電阻率試驗(yàn)方法［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

［12］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB/T 22043—2008服裝防靜電性能通過材料的電阻(垂直電阻)試驗(yàn)方法［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

［13］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB/T 12703.4—2010紡織品靜電性能的評(píng)定 第4部分:電阻率［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

［14］ AATCC Committee RA32.AATCC 76—2011 Electrical surface resistivity of fabrics［S］.美國紡織化學(xué)師與印染師協(xié)會(huì)，2011.

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［16］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB/T 12703.1—2008紡織品靜電性能的評(píng)定 第1部分:靜電壓半衰期［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

［17］日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì).JIS L1094—1997 Testing methods for electrostatic propensity of woven and knitted fabrics［S］.日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)，1997.

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［19］ INDA，EDANA.WSP 40.2(08)Standard test method for electrostatic decay of nonwoven fabrics［S］.美國非織造布協(xié)會(huì)，歐洲用即棄及非織造材料協(xié)會(huì)，2008.

［20］美國國防部.MIL STD 3010A—2005 Test procedures for packaging materials［S］.美國:HIS，2005.

［21］美國聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì).Federal test method standard method 101c 4046.1:Electrostatic properties of materials［S］.美國:HIS，1969.

［22］美國消防協(xié)會(huì).NFPA 99 Standard for health care facilities［S］.美國:HIS，2005.

［23］ Technical Committee CEN/TC 162.EN 1149-3:2004 Protective clothing， electrostatic properties，Part 3:Test methods for measurement of charge decay［S］.布魯塞爾:歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，2008.