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
隨著化纖科技的發展，化纖地毯所占的比例越來越大?；w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，純化纖地毯容易產生靜電現象。據測定，如果地毯未經抗靜電處理，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以上人體就會發生震顫同時伴有痛感。如果人體帶上3000V～5000V的靜電，當人體發生靜電放電時，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。在生產車間，數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生產過程的場合發生產品質量下降、停工等生產障礙。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地毯紗，是生產抗靜電地毯的方法之一。當地毯鋪在地上時。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。附近被誘發產生強電場
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生產工藝
(1)紗線細度根據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，使測試數據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，測得的數據如圖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，如圖4(c)所示。這種網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，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，但大多數學者認為，只要適當地選擇試驗條件，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，直流穩壓電源由WYJ一303—2型晶體管直流穩壓電源提供，電極測試系統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。整個電極測試系統保證絕緣良好。
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；
E——電源的電壓(V)；
Ntex——紗線號數(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，測得的數據如圖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，測得的數據如圖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，根據國標GBl410一78，應該用同軸三電極系統來測量。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，測得的數據如
從圖9可以看出，地毯導電強弱的規律與紗線完全相同，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地毯紗的紡紗方法，速度高，產量大，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：紡織工業出版社，1991：46.
[2]狄劍鋒等.新型紡紗產品開發.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.
相關信息 
推薦企業 推薦企業
推薦企業
您所在的位置：
