基于紅外成像原理的防靜電面料中導(dǎo)電纖維分布的快速測(cè)定技術(shù)研究

楊 森，彭琪琪，凌青梅，龍嘯云，孫啟龍

（1.江蘇省特種安全防護(hù)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，江蘇 泰州 225300；2.陜西應(yīng)用物理化學(xué)研究所，陜西 西安 710000；3.南通大學(xué)，江蘇 南通 226019）

合成纖維是人們?nèi)粘Ｉ钪袕V泛使用的紡織材料，但其表面電阻率常大于1 013 Ω/cm，制成的工作服易產(chǎn)生靜電，而靜電放電會(huì)引發(fā)精密電子設(shè)備損壞、易燃物起火爆炸、人體產(chǎn)生不適感等問(wèn)題，存在嚴(yán)重的安全隱患[1-3]。防靜電面料多由混紡或嵌織導(dǎo)電纖維材料制備而成，可以有效減少服裝上的靜電積聚，減少安全隱患，從而達(dá)到預(yù)防事故發(fā)生的目的[4-5]。目前，防靜電面料已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)、電子、機(jī)械、化工、通信、建筑、醫(yī)療、輕紡等領(lǐng)域，對(duì)國(guó)防軍工和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重大意義[6-7]。

為了評(píng)估防靜電服在穿著使用中的靜電聚集程度，判斷面料靜電是否會(huì)產(chǎn)生危害，必須對(duì)防靜電面料的帶電情況進(jìn)行測(cè)量。評(píng)估防靜電性能的參數(shù)包括比電阻、靜電壓、電荷面密度、電荷半衰期等。

二十世紀(jì)六七十年代，美國(guó)、日本等國(guó)家已制定了面料靜電的測(cè)試方法。我國(guó)防靜電面料生產(chǎn)及測(cè)試技術(shù)相對(duì)滯后，為了縮小與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距，在參考?xì)W洲、美國(guó)和日本的防靜電服標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上制定了標(biāo)準(zhǔn)GB 12014—2009《防靜電服》，并于2019年發(fā)布了新版GB 12014—2019《防護(hù)服裝 防靜電服》[8]。該標(biāo)準(zhǔn)不僅對(duì)防靜電面料的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電阻提出了技術(shù)要求，還對(duì)防靜電服裝的帶電荷量提出了技術(shù)要求，甚至對(duì)織物強(qiáng)力、染色牢度等理化性能、面料外觀、縫制技術(shù)方面提出了要求，大大提高了防靜電面料的防靜電性能指標(biāo)和織物的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，使我國(guó)防靜電服裝的安全性能達(dá)到了世界先進(jìn)水平。

在防靜電面料中，導(dǎo)電纖維材料的分布是影響防靜電性能的關(guān)鍵因素。標(biāo)準(zhǔn)GB 12014—2019《防護(hù)服裝 防靜電服》在防靜電性能部分明確規(guī)定了“使用條紋或網(wǎng)格狀導(dǎo)電纖維或?qū)щ婇L(zhǎng)絲實(shí)現(xiàn)防靜電性能的，導(dǎo)電材料的間距不應(yīng)大于10 mm”[8]。隨著防靜電服的美觀化設(shè)計(jì)及白色可染導(dǎo)電纖維材料的應(yīng)用，各種不同外觀的新型防靜電面料相繼開(kāi)發(fā)（圖1）。在防靜電服的外觀設(shè)計(jì)中，導(dǎo)電材料在面料中的分布更加隱蔽，僅憑肉眼觀察無(wú)法準(zhǔn)確判斷導(dǎo)電纖維材料的間距，往往需要借助顯微鏡等儀器設(shè)備，通過(guò)制樣、分析后才能作出判斷，耗時(shí)耗力且測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確，嚴(yán)重阻礙了防靜電服性能評(píng)價(jià)工作的開(kāi)展，不利于安全生產(chǎn)和個(gè)體防護(hù)能力的提升。

圖1 測(cè)試電壓對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響

針對(duì)這一問(wèn)題，本研究探析了在防靜電面料兩端施加電壓并采用紅外成像技術(shù)測(cè)定導(dǎo)電纖維材料間距的可行性，發(fā)現(xiàn)通電一段時(shí)間后，導(dǎo)電纖維材料因焦耳加熱效應(yīng)，溫度高于其他纖維，可分辨出防靜電面料中導(dǎo)電纖維材料的分布狀態(tài)；同時(shí)研究了電壓大小、電極間距對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，這對(duì)于防靜電面料中導(dǎo)電材料分布的快速準(zhǔn)確測(cè)定具有一定的指導(dǎo)意義。

1 試驗(yàn)原料及設(shè)備

1.1 試驗(yàn)原料

防靜電織物，購(gòu)自南通唐工坊實(shí)業(yè)有限公司；導(dǎo)電銀漿，購(gòu)自上海聚創(chuàng)立新材料有限公司。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

高壓直流可調(diào)電源，購(gòu)自蘇州派爾科技有限公司。

2 試驗(yàn)方法

首先，將防靜電織物裁剪成長(zhǎng)6 cm、寬3 cm的長(zhǎng)條，按照試驗(yàn)所需的間隔長(zhǎng)度，將導(dǎo)電銀漿涂在織物的兩側(cè)，并用吹風(fēng)機(jī)烘干；其次，待銀漿完全固化為導(dǎo)電涂層后，將夾具夾在導(dǎo)電涂層上；最后，打開(kāi)電源，將電壓調(diào)節(jié)至試驗(yàn)所需的值，采用紅外成像儀觀察并拍攝。

3 結(jié)果與討論

3.1 測(cè)試電壓對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響

測(cè)試電壓對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響如圖1所示。從圖1可以看出，當(dāng)測(cè)試電壓為80、100 V時(shí)，已經(jīng)可以隱約看出導(dǎo)電纖維的排布位置且顯示為淺綠色，但是由于電壓較低，圖像不明顯。隨著電壓進(jìn)一步升高，由120 V提高至180 V的過(guò)程中，導(dǎo)電纖維的排布位置變得越發(fā)明顯，在紅外成像圖中，由于熱效應(yīng)的提升，纖維變亮甚至轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色。由此可見(jiàn)，電壓越高，導(dǎo)電纖維的熱效應(yīng)越明顯，電壓對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響比較顯著，且電壓為140 V時(shí)最優(yōu)。

3.2 電極距離對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響

電極距離對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響如圖2所示。從圖2可以看出，當(dāng)電極距離為1 cm時(shí)，由于距離較短，電流損耗小，導(dǎo)電纖維所產(chǎn)生的熱效應(yīng)格外明顯，導(dǎo)電纖維在紅外成像儀中顯示出深紅色，但是線條較粗，不利于準(zhǔn)確檢測(cè)。當(dāng)電極距離為1、2 cm時(shí)，導(dǎo)電纖維在紅外成像儀中顯示出淺綠色，線條比較均勻，說(shuō)明隨著距離的增加，導(dǎo)電纖維的熱效應(yīng)減弱，此時(shí)呈現(xiàn)的圖片可清晰地顯示導(dǎo)電纖維的排布位置。但是當(dāng)電極距離進(jìn)一步增加時(shí)，導(dǎo)電纖維的熱效應(yīng)也隨之減弱，變得不明顯，此時(shí)不利于結(jié)果的準(zhǔn)確判別，因此在實(shí)際檢測(cè)中，電極距離為3 cm最佳。

圖2 電極距離對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響

4 結(jié)語(yǔ)

本研究開(kāi)發(fā)了一種基于紅外成像原理的防靜電面料中導(dǎo)電材料分布的快速測(cè)定技術(shù)，結(jié)果表明，該方法能較為準(zhǔn)確快速地判定防靜電織物中的導(dǎo)電纖維分布位置和規(guī)律，當(dāng)電壓為140 V、電極距離為3 cm時(shí)，呈現(xiàn)的圖像最清晰，有利于檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)防靜電織物質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，提升產(chǎn)品質(zhì)量，提高個(gè)體防護(hù)能力。