纺织材料的静电现象.doc

1、指导老师 张一心 检测技术与仪器课程设计共 18 页 第 1 页 一 纺织材料的静电现象干燥的纺织材料是绝缘体，比电阻很高，特别是吸湿能力差的合成纤维比电阻更大。纤维在纺织加工和使用过程中由于摩擦产生静电现象，给纺织生产和纺织品的使用带来种种不利的影响。合成纤维在开松过程中，由于静电纤维会贴附在机架、管道上使输出纤维层厚度不均；梳棉工序中，静电容易引起棉网破洞；并条工序种，静电吸引发生缠绕皮棍和罗拉，使条子发毛；静电使细沙断头增加，制造是开口不清；在纺织品服用过程中，静电干扰表现为缠贴现象，如女裙因静电吸引缠绕腿部；带有静电的衣服容易吸灰尘，而且这种尘埃不易刷掉，越刷静电越强，吸得越紧；化纤内

2、衣带有静电，经常穿着会出现皮肤过敏、血压升高等不良影响；静电现象严重时，静电压高达几千伏，电荷放电会产生火花，会引起易燃气体的爆炸。静电有害但也有利，近年来日本，德国等对氯纶进行了大量的研究，发现织物的负电荷对关节、肌肉风湿，神经痛等疾病有良好的疗效。二 静电产生的机理与评价指标纺织材料都是由大分子组成的，分子的原子是由带正电的原子核和带负电的电子组成。两种纺织材料相摩擦，一定压力下，当摩擦接触表面的间距小于 2.510-7cm 时，界面上两侧的分子就会相互吸引，使界面上表层原子中的最外层电子不仅受到该物体原子核吸引，而且受到界面另一侧不同物质的原子核吸引。由于不同物质的原子对最外层电子的吸引

3、力不同，吸引电子能力强的那种物质的原子核灰会使界面另一侧的部分电子偏向它的一侧，这样就在界面的两侧集中了相反的电荷层。在离开各自界面的方向上又分布着与各自界面一侧电荷符号相反的例子扩散层。由此就形成如图 1 所示的偶电层，在界面上形成电位差。具有极性基团的纤维材料在界面上的电位差的作用下会发生极化。这个电压实际上可等效为一个电容。偶电层层的电位差U=Q/C （1）式中：U-偶电层电位差（V ）;Q-偶电压带电量（c）;C-偶电压之间的等效电容（F）.两种材料相互摩擦时，接触间距越小，电容越大。当分离时，偶电层的分子间距大大增加，等效电容大大减少。由于各种纤维的最大带电量接近相等，所以偶电层间的

4、电位差大大升高。因此，高分子材料摩擦后快速分离时， 图 1：偶电层的形成尽管绝对带电量很小，但带静电电压极高可达到上万伏。早在 18 世纪，人们就对大量纺织材料的摩擦起电做了静电试验，得到了纤维材料静电电位序列，如图表 2 所示。图 2 纤维材料静电序列电位序列 - 纤维羊 毛锦 纶粘胶纤维 棉 蚕 丝麻 醋酯纤维 聚乙烯醇纤维 涤 纶晴 纶氯 纶丙 纶氟 纶上述静电序列是在温度 30，相对湿度 33%的条件下获得的。当两种纤维材料相摩擦时，排在静电电位序列表中靠左短的物质带正电，靠右端的带负电荷。有表 2 可以看出羊毛、锦纶等纤维排在表指导老师 张一心 检测技术与仪器课程设计共 18 页 第

5、 2 页 的左端，纤维素纤维居中，一般化学纤维排在表的右端。纺织材料的静电性能指标有:(1) 电荷量 Q 单位为库（c） ，可以电荷面密度 c/cm2 或电荷的体积密度 c/cm3 表示。(2) 静电电位 单位为伏（V） 。(3) 比电阻 单位为 ,可用表面比电阻和体积比电阻表示。对纤维常以体积比电阻表示。而对织物，则常用表面比电阻指标。一般认为比电阻超过 51012 时，电荷积累不易散失，容易产生静电效应。（4）静电的半衰期 纺织材料的静电现象与材料带电后静电衰减的快慢直接相关。绝缘材料放电困难，容易产生电荷积累，静电现象严重；反之，若纺织材料导电性能好，一旦带电后会很快放掉，不会生产电荷积

6、累，就没有静电现象。因此，可以用材料带电后内部电荷的逸散来评价材料的性能，通常用静电半衰期 T1/2来表示，如图 3 所示。纺织材料带上静电后 Q0 后，随着时间的推移，带电量 Q是按指数规律下降Q=Q0e-t/ (2)式中 是时间常数,反映了带电体电量衰减的快慢程度。 大，衰减慢，静电现象严重； 小，衰减快，静电现象较不明显。对于带电体而言，对地存在一电阻 R，且带电体与地之间有电容 C。电荷的衰减相当于 RC 阻容放电电路。=R*C.静电的半衰期就是当电荷衰减到 Q=(1/2)Q0示所用的时间。通常是这样测得；当介质带电后，用仪器记录初始静电电位并同时计时， 图 3 静电的半衰期介质放电，

7、电位下降，当电位下降到初始值一半时，计时器的示值即为半衰期（T 1/2） ，从半衰期可以方便地求出 。T1/2=/（Q 0/Q）=(1/1.44)* =0.69 （3）三 接触式静电电位测试原理两带电体相互接近，会受到库伦力的作用，同性相斥、异性相吸。库仑力的大小与带电体的几何形态、距离及两带电体的电位差等因素有关。当其他条件不变时，库仑力的大小就可以代表两带电体的电位差。如图 4 时象限静电电位计的作用原理，它是利用库仑力测使静电电位的典型代表。 图 4 象限静电电位计作用原理图图 4（a）是带电板的顶视图。 （a）象限静电计电极配置顶视图（b）象限静电计电极与弹性元件联结图FF1 和 FF

8、1 为两对固定电极，其上加有固定的电压，极性如图所示。检验电极 E 安装在扭力弹性元件S 上，见图 4（b） 。在力的作用下极板 E 能带动弹性元件绕 O 点转动。由于极板与探头相联，故它们是指导老师 张一心 检测技术与仪器课程设计共 18 页 第 3 页 等位电体。当探头上测到是正电位时,极板 E 也是正电位，这是极板逆时钟转动。当库仑力与弹性元件的扭力平衡时，偏转量即表示检测电极的电位大小。反之，若探头检测到负电位，则极板顺时钟方向转动。因此从电极的偏转方向可以知道静电电位的正负，电极的偏转角度 与被检测物体的电位成正比。=K(U 1-U2)U （4）式中：K-仪器常数U1、U 2-分别为

9、两组固定电极的电位U-被测物体的电位接触式静电电位测量法对带电导体测量精度较高，但对于高电阻的纤维材料，因为仪器的探头要与试样接触，改变了试样的几何形态，从而影响测试的重现性。四 感应式静电测试方法（一） 感应式静电测试原理由静电感应原理可知，金属导体靠近带电体时，导体中电子发生迁移，电荷分布不平衡，使金属呈带电现象。近带电端极性与带电体相反，远端极性与带电体相同。图 5种，带电体 P 上有电量 Q，它对地的电容为 C0。如果在这带电体所产生的静电场中的某一点上置以探头，则由于静电场的作用，在探测板上将感应出一定的电量。图 5 种C1是探头和带电体之间的耦合电容。C 2时探头对地的总电容（含放

10、大器的输入电容） 。相应的静电感应电荷为 Q1和 Q2，两端电压为 U1和 U2。U0= U1+ U2 （5）式中：U 0-被测带电体与大地的电压；U1-耦合电容；U2-放大器的输入电压。若测量前探头不带电，则Q1 =Q2 即 U2/ U1= C1 / C2 图 5 感应式静电测试仪检测原理U1=( C2/ C1)* U2 （6）严格地说，静电场加入测量探头后，Q 与大地间电容量不再是 C0，而要加入测量点容量（C 1* C2）/（C 1+ C2）项。总电容可写成C= C0+（C 1* C2）/（C 1+ C2）由于 C 0 （C 1* C2）/（C 1+ C2）CC 0所以 U0 = U1+

11、 U2=( C2/ C1)* U2+ U2= U2（1+( C 2/ C1)） （7）当测量距离一定时， （1+( C 2/ C1)）可看作是一常数。我们可以用检验到的 U2求出带电 Q 的静电电压。指导老师 张一心 检测技术与仪器课程设计共 18 页 第 4 页 （二） 静电的半衰期测试纺织材料的静电衰减半衰期的测试可用静电衰减测试仪，这类仪器的主要工作原理如图 6 所示。针形电极喷头是用钨材料做成，试样通常是三块，放在转盘上，转速为 15003000 r/min,当转盘转动时，试样就周期性地通过放电电极与静电探头。测试时，在直流高压作用下，电极向试样放电，使试样带上电荷。试样在转盘的转动下

12、移近至静电探测头，探测头感应出的电荷经电荷放大器转化为电压信号。当该试样第二次回到放电电极时， 图 6 静电衰减测定仪再次接受电荷产生电荷积累，1、针形电极喷头 2、试样 3、转盘 4、静电探头 5、轴如此反复作用试样上的电荷将达到稳定值。整个测试系统的输出电压稳定时间一般为 30s左右。然后去除高压停止放电，转盘继续旋转，试样经过探头时仍然有信号，只是幅度在不断减小。整个过程 记录的电压波形如图 7 所示 。U 0为稳定电压值， 在 O 到t1这段时间试样上电荷在不断积累，电压量上升。t1至 t2区域电压逐渐减小。从输出电压为 U0/2 的时刻可以确定半衰期 T1/2。纺织材料静电半衰期的测

13、试方法简单，重复性好，应用广泛。它是测试材料带电后静电的衰减快慢，不能测得试样上的带电量多少。这种方法对于混有导电纤维的织物不宜使用。（三）旋转电极式静电测试原理这类静电测试仪器的特点是通过旋转电极的感应，将稳定的静电电位转变为具有一定恒值的周期交变电流信号，经放大检波后给出被测静电电压的大小。 图 7 纤维经电压衰减波形这种测试原理方式有利于克服温度漂移干扰。图 8 测试原理图。检测头部分有旋转翼片 A、固定电极 B、电动机 M 及偏置电压 E 组 成。设 C1 为固指导老师 张一心 检测技术与仪器课程设计共 18 页 第 5 页 定 图 8 旋转式静电测试仪原理图电极 B 对带电体 （a）

14、旋翼平面图 （b）固定探极平面图 （c ）探头电路图的电容，C 2为固定电极对地的电容加上放大器的输入电容。由 7 式 U0 = U2（1+( C 2/ C1)） （8）电动机带动旋翼恒速转动，旋翼就会周期性的屏蔽掉电力线，使固定电极上的电压 U2周期性地变化。当探极与旋翼面积完全对准时，探极上仅受偏置电压 E 的电荷感应作用，这时探极的暴露面积最小，而偏置电压 E 在 R 两端产生感应电压分量最大，如图 9 波形所示。当旋翼面积全部处于探极片的间隙时，探极片 B 主要受被测带电体电荷感应作用。此时，探极的有效暴露面积最大，带电体在 R 上的电压分量 UQ最大，而偏置电压在 R 上的电压分量

15、UE最小，U 2的实际电压为。U 2=UQ+UE。 这个交变的信号经放大、检波滤波后得到与 U2幅度成正比的输出电压，经标定由 6 式求出带电体的静电电位。图 9 带电体极性鉴别波形图PS-P 极的暴露面极UQ-带电体 Q 在 R 上的感应电压US-E 电位在 R 上的感应电压1-Q 为较小负电荷2-Q 为较大负电荷3-Q 为较大正电荷a-Q 为负时幅值b-Q 为正时幅值（四）放射性式静电测试原理静电的非接触测试除了用静电感应外，还可以用放射线电离空气后形成的离子流与外电场的关系来实现。这种方法体积小，抗干扰能力强，在生产加工现场应用越来越多。其主要原理如图 10 所示。图中集电极装在接地的金

16、属圆筒里，与金属圆筒绝缘隔开。集电极前镀有或烧结有放射源，如镅Am241 放射源。放射源发出的射线使周围的空气电离， 图 10 静电电位计的放射性探头指导老师 张一心 检测技术与仪器课程设计共 18 页 第 6 页 电离后的空气离子又会中和，无电场时达到动 1试样 2集电极 3放射源 4绝缘层态平衡，在集电极周围形成一个稳定的电离区。当被测试样靠近探头时，在外电场作用下，电离的空气发生定向运动。若试样带正电，电位为 U，被电离的空气中负离子向试样移动，正离子移向集电极的后部，又去感应外壳圆筒，时期内表面带负电，外表面带地电位为零，这样就形成了正离子从试样向集电极流动，负离子则反向流动，于是集电

17、极上就有了压降US。设 R1 为试样与集电极间的等效电阻，R2 是集电极与圆筒的绝缘电阻，则静电电位 U与集电极电位 US 的关系为U/( R1+ R2)= US/ R2 U=（R1+ R2）/ R2* US （9） U2 经高输入阻抗的直流放大器后，可用已知电压来标定，这样根据式（ 7）就可以求出试样上的静电电位。五 新测试仪器与技术LFY-402 织物摩擦式静电测试仪一.主要用途在试验室条件下，用于评定以摩擦形式带电后的织物或纱线及其它材料的静电特性。二、仪器特征1、随机显示峰值电压，半衰期电压及时间。2、峰值电压自动锁定。3、自动测量半衰期时间。三、技术指标1、静电电压测试范围：010K

18、V，精度：12、试样回转线速度为：19010mmin，摩擦所加压力为：500CN3、摩擦时间：0.159.9 秒可调4、半衰期时间范围：0.1S9999.9S5、试样尺寸：5080mm2 六块，摩料：20025mm26、主机外形尺寸：45mm215mm260mm7、电控箱外形尺寸：450mm256mm185mm8、工作电源：AC220V10 50Hz 200w9、重量：约 50kg四、适用标准指导老师 张一心 检测技术与仪器课程设计共 18 页 第 7 页 国家标准 FZ/T1060-1999(ZBW4008-89)LFY-403 摩擦带电电荷测试仪(法拉第筒法)一、主要用途在试验室条件下，评

19、定织物以摩擦形式带电荷后的静电特性。二、仪器特征用规定摩擦材料摩擦试样，使试样带电后，测定投入法拉第筒后试样的电位，再换算成单位面积上的带电量。 1、测定装置由摩擦装置和电位测定装置组成。2、擦装置包括摩擦棒、垫板、垫座及绝缘棒。3、电位测定装置由法拉第筒、电容器及电位计组成。三、 主要技术指标1、静电电荷 测定范围： 0-20C2、摩擦布为锦纶或晴纶，尺寸为： 400mm450mm。3、试样按经、纬向各三块，试样尺寸为： 250mm350mm。四、 适用标准国家标准 FZ/T1060-1999(ZBW4008-89)LFY-404 织物静电吸附试验仪一、主要用途用于评价在穿着过程中衣服对人体

20、的缠绕吸附性，通过测定织物因摩擦产生静电泄漏的难易程度，可综合反映出织物的比电阻、重量、刚柔性、厚度、表面结构及整理加工等各种因素对织物抗静电性能的影响。二、仪器特征可测定：l、吸附时间：每次揭离吸附时间、脱离吸附时间。2、静电吸附试验半衰期值。 3、静电量：摩擦产生的最高静电位；脱离吸附时的静电位。指导老师 张一心 检测技术与仪器课程设计共 18 页 第 8 页 4、试样所带电荷极性。5、试验程序计算机控制，数据自动采集、计算、显示与记录。三、 主要技术指标1、 试样尺寸：100mm 450mm2、 摩擦块尺寸：50mm150mm，重量：65g3、 摩擦速度： 1 次S2、揭离时间： 10.

21、1S3、间隔时间： 300.1S4、最大衰减时间： 600S5、静电测量范围： 019999V四、 适用标准国家标准 FZ/T1060-1999(ZBW4008-89)LFY-405(原 LFY-4G)纤维比电阻测试仪一、用途: 本仪器可用于测定各种纤维的比电阻。二、仪器特征本仪器测量在一定的几何形状下，具有一定密度的电阻值，再根据纤维的填充度换算成纤维的比电阻。三、主要技术指标1、 纤维比电阻测量范围： 10610152、 每次测试试样 15g。3、 测量电压为 50V、100V，偏差小于5%。4、 工作环境温度：200C20C，湿度：65%10%。5、 仪器在稳定的工作电压及无信号输入时

22、1-8 小时之间零点漂移小于 4%。6、 仪器对标准电阻测量的基本误差：20%四、 适用标准国家标准 FZ/T1060-1999(ZBW4008-89)LFY-401(原 LFY-4B)织物感应式静电测试仪一、主要用途 本仪器在实验室条件下，适用于测定纤维、纱线、织物、地毯、装饰织物和其它各品种织物或各种板状制成品的静电性能。仪器主机由电晕放电装置和探头检测器组成。利用给定的高压电场，对织物定指导老师 张一心 检测技术与仪器课程设计共 18 页 第 9 页 时间放电，使织物感应静电，从而进行静电电量大小、静电压衰减的半衰期、静电残留量的检测，以显示被测织物的带静电性能。二、仪器特征 织物带电严

23、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。织物上的静电逸失速度用静电半衰期表示，是测试织物静电性能的重要考核指标。仪器由主机和自动控制箱两部分组成，可分别用定时法和定压法试验，仪器采用数字电压表直接显示织物高压放电时的瞬时峰值、半衰期值。自动关停高压、自动关停电机，操作方便。三、 主要技术指标 1、静电电压值的测量范围 0 10KV2、半衰期时限范围 0 10000 秒，误差1 秒3、转盘转速 1500 转/分4、放电时间 0 99 秒可调(实验定于 30 秒0.1 秒)5、针形电极与试样之间放电距离：20mm6、测试探头与试样之间的测量间距：15mm7、试样

24、尺寸：60mm80mm 三块8、仪器在发出之前均已进行过静电压测定校正9、使用前按要求检查，主机内油缸一定要满油(变压器油)10、电源：220V 50HZ 1.5KW。四、适用标准 仪器符合国家有关标准 FZ/T01042-1996纺织材料静电性能静电电压半衰期的测定 厂商： 青岛山纺仪器有限公司 LFY-402(原 LFY-4D)织物摩擦式静电测试仪 一、主要用途 在试验室条件下，用于评定以摩擦形式带电后的织物或纱线及其它材料的静电特性。二、仪器特征 1、随机显示峰值电压，半衰期电压及时间。2、峰值电压自动锁定。3、自动测量半衰期时间。三、技术指标 1、静电电压测试范围： 010KV，精度：

25、 12、试样回转线速度为： 19010mmin，摩擦所加指导老师 张一心 检测技术与仪器课程设计共 18 页 第 10 页 压力为： 500CN 3、摩擦时间： 0.159.9 秒可调4、半衰期时间范围： 0.1S9999.9S5、试样尺寸： 5080mm2 六块，摩料： 20025mm26、主机外形尺寸： 45mm215mm260mm7、电控箱外形尺寸： 450mm256mm185mm8、工作电源： AC220V10 50Hz 200w9、重量： 约 50kg四、适用标准 ZBW04009-89 织物摩擦起电电压测定方法 厂商： 青岛山纺仪器有限公司 LFY-403(原 LFY-42)摩擦带

26、电电荷测试仪(法拉第筒法) 一、主要用途 在试验室条件下，评定织物以摩擦形式带电荷后的静电特性。二、仪器特征 用规定摩擦材料摩擦试样，使试样带电后，测定投入法拉第筒后试样的电位，再换算成单位面积上的带电量。1、测定装置由摩擦装置和电位测定装置组成。2、摩擦装置包括摩擦棒、垫板、垫座及绝缘棒。3、电位测定装置由法拉第筒、电容器及电位计组成。三、 主要技术指标 1、静电电荷 测定范围： 0-20C2、摩擦布为锦纶或晴纶，尺寸为： 400mm450mm。3、试样按经、纬向各三块，试样尺寸为： 250mm350mm。四、 适用标准 国家标准： FZ/T01060-1999(ZBW4008-89)织物摩擦带电电荷密度测定方法厂商： 青岛山纺仪器有限公司 LFY-404(原 LFY-41)织物静电吸附试验仪 一、主要用途 用于评价在穿着过程中衣服对人体的缠绕吸附性，通过测定织物因摩擦产生静电泄漏的难易程度，可综合反映