導電纖維的分布對化纖地毯導電性能的影響
狄劍鋒姜開明
(廣東省江門市五邑大學)
摘要：利用摩擦紡紗可生產(chǎn)多組分共聚紗的原理，將不同比例的導電纖維分布在錦綸紗線橫截面的不同位置，然后比較它們的導電性能。通過比較得出，當導電纖維分布在紗線表面時紗線的抗靜電性能最好，地毯的抗靜電效果也比較好。
關鍵詞：導電纖維；摩擦紡紗；錦綸纖維；結構；分析；地毯；抗靜電
0引言
隨著化纖科技的發(fā)展，化纖地毯所占的比例越來越大。化纖地毯結實耐磨，耐腐蝕防蟲蛀，制造成本低，所以越來越受到人們的歡迎。但是，由于化纖的回潮率比較低，純化纖地毯容易產(chǎn)生靜電現(xiàn)象。據(jù)測定，如果地毯未經(jīng)抗靜電處理，人在其上走動時會帶上高達5500V的電壓，有時甚至會高達17800Vl[1]。而據(jù)研究，人體帶電的電擊極限電位一般為3000V，3000V以上人體就會發(fā)生震顫同時伴有痛感。如果人體帶上3000V～5000V的靜電，當人體發(fā)生靜電放電時，則一般要消耗掉200mJ～400mJ的靜電能，此能量足以點燃氫氣、丙烷、甲烷、汽油等可燃性物質。在生產(chǎn)車間，數(shù)千伏的電壓放電會破壞集成電路的半導體元件，在計算機機房內會造成計算機停機或動作失誤，使應用計算機來控制和管理工業(yè)生產(chǎn)過程的場合發(fā)生產(chǎn)品質量下降、停工等生產(chǎn)障礙。在飛機上會引起通訊故障，在油船上和加油站容易引起火災。因此，純化纖地毯在這些場合就不能應用，必須采用抗靜電地毯。
將導電纖維混入化纖中生產(chǎn)地毯紗，是生產(chǎn)抗靜電地毯的方法之一。當?shù)靥轰佋诘厣蠒r。導電纖維會誘導電荷聚集在其周圍，然后通過接地的導電纖維將聚集的電荷導人大地。對于膠背地毯，導電纖維不能和地接觸，但也可以消除靜電。當含導電纖維的地毯由于摩擦而帶上靜電時，地毯中發(fā)生的電荷向導電纖維匯集，導電纖維中誘導了與織物符號相反的電荷。附近被誘發(fā)產(chǎn)生強電場
但導電纖維的價格比普通纖維貴得多，基本是普通纖維價格的8倍到10倍，所以，如何用盡量少的導電纖維達到比較好的導電效果是本文研究的重點。
1試驗
1.1原料
以錦綸為主體加入一定量的腈綸導電纖維。紗線中導電纖維的含量為2.2%、4.4%和6.6%三個檔次。
1.2生產(chǎn)工藝
(1)紗線細度根據(jù)一般地毯所使用的紗線細度范圍，我們確定紗線的細度為312.5tex。(2)塵籠轉速與紡紗速度摩擦紡的塵籠轉速和紡紗速度與原料性能、紗線細度、捻度等因素有關[2]。
綜合捻度、紗線質量、電機功率等方面的情況，我們最后確定塵籠的轉速為3200r/min，紡紗速度為75m/min。
(3)分梳輥速度
摩擦紡紗處理纖維量大，分梳輥速度快些，對成紗質量有利。但分梳作用劇烈，損傷纖維嚴重。
我們使用的FS3型摩擦紡紗機的刺輥通過軸端階梯輪調節(jié)速度，配備三檔不同的刺輥轉速供選用：4810r/min，3680r/min，2990r/min。綜合各方面的因素和比較試紡后的紗線質量，我們選用了3680r/min。
(4)塵籠間隔距
較小的塵籠間隔距，是保證紗體獲得良好的摩擦加捻的條件。
在對比不同塵籠隔距對紡出紗線的質量影響后，最后確定塵籠間隔距為O.2mm。
2實驗結果分析
紡紗實驗方案如表1所示。如將導電纖維條子和錦綸條子并排放在喇叭口的寬度方向上，利用摩擦紡紗的原理，通過變換它們的位置順序就可分別實現(xiàn)將導電纖維紡入紗線中心或表面的目的；如將它們都均勻放在喇叭口的整個寬度方向上，就可將導電纖維均勻地分布于紗線中。為了對比，另外紡了不含導電纖維的純錦綸紗D。
2.1紗線的抗靜電性
2.1.1紗線電暈放電能力的測定
由于消除靜電的其中一種方法是利用放電效果，因此可以通過測定紗線和地毯的電暈放電能力來測試其抗靜電性能。
如圖1所示，我們以一條長30cm的紗線平行于3000V的高壓電極板，紗線距高壓電極板1cm，紗線的一端接入微電流表，測其電流值。為了模擬紗線垂直于地毯的情況，將12根15cm長的紗線一起封裝在一絕緣塑料管中，并讓紗線的一端垂直于高壓電極板，距離電極板1cm。再將紗線的另一端塞進一個開口的銅帽中，保證接觸良好。再接入電流表，使測試數(shù)據(jù)準確反應試樣的電暈放電能力。
我們在標準溫濕度的條件下測定紗線的電暈放電能力，測得的數(shù)據(jù)如圖2、圖3所示。
分析實驗結果，可得出如下結論：
(1)從圖2、圖3中可看出，不論導電纖維在紗線中如何分布，也不論紗線垂直或平行電極板放置，電暈放電能力都隨著紗線中導電纖維含量的增加而增大。
(2)在導電纖維含量相同時，不論紗線垂直或平行電極板放置，都是以導電纖維分布在紗線表面的電暈放電能力最大。這是因為，當導電纖維分布于紗線表面時，一束紗線的橫截面中的導電纖維組成一個導電網(wǎng)，如圖4(c)所示。這種網(wǎng)狀結構對紗線束的導電性十分有利。而且在紗軸方向形成良好的導電網(wǎng)，在三維結構上導電。
當導電纖維含量較少時，如果導電纖維均勻分布于紗內，如圖4(b)，就有可能使導電纖維在紗中“斷路”，如圖5所示，影響其導電性能。當導電纖維分布于紗芯時，一束紗線橫截面中，導電纖維周圍的面積遠大于導電纖維位于紗的表面時其周圍的面積，所以其導電性能比較差。
(3)含有導電纖維的紗線，其導電率遠大于不含導電纖維的紗線。以導電纖維分布于紗線表面為例，當導電纖維為2.2%、4.4%、6.6%時，如果紗線平行電極板，其電暈放電能力比無導電纖維的紗線分別高出27倍
2.1.2紗線導電能力的測定
用電阻率來表達含導電纖維織物的抗靜電性能雖然有些爭議，但大多數(shù)學者認為，只要適當?shù)剡x擇試驗條件，用電阻率來表達含導電纖維織物的抗靜電性能還是合適的。
我們利用圖6所示的電路圖測試試樣的導電性能。
圖6中，直流穩(wěn)壓電源由WYJ一303—2型晶體管直流穩(wěn)壓電源提供，電極測試系統(tǒng)包括一對光滑的銅電極板(每片大小45mm×8mm×1mm)，固定試樣的絕緣塑料管(5cm長，內徑5.4mm)以及加壓系統(tǒng)。整個電極測試系統(tǒng)保證絕緣良好。
在紗線測試時，假定每一根紗線在長度方向上的性質是均一的。把20根5cm長的紗線固定封裝在絕緣塑料管中，以消除可能的纖維電暈放電的影響。紗線兩端與電極板相接觸，電極板加壓4.998N，以保證接觸良好。根據(jù)式(1)可求得紗線的體積比電阻ρv[3]。
式中：ρv——紗線的體積比電阻(Ω·cm)；
n——紗線的根數(shù)；
E——電源的電壓(V)；
Ntex——紗線號數(shù)(tex)；
L——兩電極板間的距離(cm)
d——紗線的密度(g/cm3)；
Ix——電流強度(A)。
根據(jù)有關文獻[3]，紗線與電極板的接觸電阻一般小于待測電阻的3%。因此，其對測量結果的影響可以忽略不計。
一般來說，紗線的體積比電阻小于1×1010Ω·cm，即具有較好的抗靜電性[1]。
我們在標準溫濕度的條件下測定紗線的導電性能，測得的數(shù)據(jù)如圖7所示。
從圖7可以看出，含有導電纖維的紗線的體積比電阻都遠小于1×1010Ω·cm，約為1×103Ω·cm左右，因而說明它們都具有非常好的導電性。同時也符合防觸電安全性的要求。在導電纖維含量相同的條件下，紗線的體積比電阻以導電纖維分布在紗線表面為最小。導電纖維在紗線的每一種分布狀態(tài)的體積比電阻都隨著導電纖維含量的增加而降低。
可以看出，在導電纖維含量小于4.4%時，紗線的體積比電阻隨著導電纖維含量的增加而急劇降低；在導電纖維含量大于4.4%時，紗線的體積比電阻隨著導電纖維含量的增加而變化不多。這說明，導電纖維含量在4.4%左右時就可以了，再增加導電纖維的含量，導電效果不會明顯改善，但成本會顯著提高。
2.2地毯的抗靜電性
2.2.1地毯電暈放電能力的測定
利用圖1(a)的測試原理，把地毯做成6cm×8cm的小塊，將其正面正對高壓電極板。試樣和高壓電極板的距離為1cm，將一金屬探針固定在試樣一角，使其遠離電極板，金屬探針接人接地的微電流表。電流表的讀數(shù)越大，則表明試樣電暈放電的能力越強。
我們在標準溫濕度的條件下測定地毯的電暈放電能力，測得的數(shù)據(jù)如圖8所示。
從圖8可以看出，地毯的電暈放電能力和紗線的規(guī)律相同，當導電纖維分布在紗線表面時地毯的電暈放電能力最強。而且，地毯的電暈放電能力隨著導電纖維的含量增加而增強。
2.2.2地毯導電能力的測定
地毯的電阻率的測試，根據(jù)國標GBl410一78，應該用同軸三電極系統(tǒng)來測量。在這里我們用圖6所示裝置，兩電極板的距離為相隔5.08cm。將電極板垂直插入地毯中，測試兩電極板間的電流。我們在標準溫濕度的條件下測定地毯的導電能力，測得的數(shù)據(jù)如
從圖9可以看出，地毯導電強弱的規(guī)律與紗線完全相同，而導電纖維分布在紗線表面的地毯的導電能力比另外兩種強得多。而且，地毯的導電能力隨著紗線中導電纖維含量的增加而增強。
3結論
(1)摩擦紡紗得一種非常適合生產(chǎn)地毯紗的紡紗方法，速度高，產(chǎn)量大，成本低。而且還可以將導電纖維置于紗線橫截面的不同位置，這是其他紡紗方法難以做到的。
(2)導電纖維對紗線和地毯的導電性影響很大，紗線中的導電纖維含量越多，則紗線和地毯的抗靜電性能越好。
(3)在紗線中的導電纖維含量相同時，導電纖維分布在紗線表面的紗線的抗靜電性能最好，其次是導電纖維均勻分布在紗線上，導電纖維分布在紗線中間的紗線的抗靜電性能最差。
(4)我們研制的抗靜電地毯具有良好的導電性能，能夠充分發(fā)揮導電纖維的作用，即使在導電纖維含量為2.2%時，地毯的導電性也能滿足各種場合的要求。導電纖維的含量以不超過4.4%為宜。
參考文獻
[1]高緒珊等.導電纖維及抗靜電纖維.北京：紡織工業(yè)出版社，1991：46.
[2]狄劍鋒等.新型紡紗產(chǎn)品開發(fā).北京：中國紡織出版社，1998：189～195.
[3]J.w.S.Hearle.TheElectricalresistaneeoftextilematerials.J.T.I，1952；43：194～223.
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