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【干货】纤维材料的抗静电改性

纺织培训2019-10-13 10:34:08

一、纤维产生静电的原理



任何两种物质相互接触或摩擦时,只要其内部结构中电荷载体的能量分布不同,在他们各自的表面就会发生电荷再分配,当它们重新分离之后,每一种物质都将带有比其接触或摩擦前过量的正(或负)电荷,这称为静电现象。


普通合成纤维在不加油剂的情况下,电阻率可高达10^14次方Ω*cm,且吸湿性很差,在加工和使用的过程中,容易产生静电,使加工过程不能顺利进行,对服用舒适性也有很大影响。


纤维材料间摩擦,或纤维材料与其他材料进行摩擦,甚至在纤维材料收到拉伸、压缩以及在干燥的电场中收到感应,都会起电。纤维材料静电产生的机理主要有逸出功理论和偶电层理论。


两种材料之间只要相互接触间距足够小,分开后就有可能带上静电荷,而相互的摩擦则会进一步增加接触面积、减小接触间隙,使静电现象更加显著。根据两种材料起电所带电荷的符号,可把它们排列成摩擦起电序列,较靠近正端的材料将带正电,较靠近负端的材料将带负电。


对于同种纤维材料自身的相互摩擦,如果纤维间摩擦方式不同,或者纤维表面平滑度、纤维形态结构和超分子结构不同,也会产生静电。纤维表面越粗糙,越容易收到强烈的摩擦,接受较强的机械能,使摩擦面的温度升高而易活化失去电子而产生静电现象。纤维结构越紧密,结晶度越大,内聚能越高,摩擦时越易首先失去电子而带正电荷。

二、抗静电改性的方法



从纤维材料静电产生和消除的机理来看,对纤维进行抗静电改性的措施主要有两方面:一是减小纤维间的摩擦系数,以减少静电荷的产生;二是增大纤维对电荷的传导能力,使已产生的静电荷散逸。可以分为:表面改性法、共聚法、共混法、复合纺丝法和导电纤维法等。


★表面改性

1、暂时性表面改性:是一种重要的纤维材料抗静电改性方法,是使用外部用抗静电剂,以喷淋、浸渍、涂覆的方法处理纤维,使纤维获得暂时性抗静电性能。所用的抗静电剂,绝大多数是表面活性剂。

 

表面活性剂改善纤维的抗静电作用主要通过以下三个途径实现:

a. 表面活性剂的疏水基向着纤维表面定向排列,而亲水性的基团朝向空气排列,吸收空气中的水分。当抗静电剂达到一定量后,可以在纤维表面形成一层连续的水膜,离子能在此表面移动,降低了纤维的表面比电阻,电荷沿着纤维表面逸散,不再聚集;

b. 离子型表面活性剂能够提供离子,与纤维表面上的静电荷相中和;

c. 表面活性剂的疏水基由碳氢链构成,其在纤维表面的定向排列具有柔软平滑的作用,还能降低纤维表面的摩擦系数,从而大大减少静电的产生。


2、耐久性表面改性:可使用与纤维亲和性强的亲水性聚合体、亲水性聚合体和黏合剂并用等方法。

a. 树脂整理法:将亲水性抗静电树脂经过一系列加工而黏附在纤维表面,形成一个极薄的连续性膜,利用薄膜的吸湿性来增加纤维的导电性。

b. 表面接枝法:采用化学引发、热引发、高能射线和紫外线辐照引发的接枝方法,利用亲水性单体在纤维表面进行接枝共聚,可有效地改善合成纤维的吸湿性,从而获得良好的抗静电性能和良好的耐久性。


★共聚法

在聚合阶段用共聚法引入抗静电单体或通过化学方法引入吸湿性抗静电基团,也是一种制备抗静电纤维的重要方法。


★共混法

内部用抗静电剂的抗静电机理分为两种:

1. 与外部用抗静电剂的机理类似,含有朝向纤维的表面的极性基团,因而能在纤维表面形成一个导电层,促进静电荷的消散,当纤维表面的抗静电剂由于摩擦或洗涤损失后,相同成份的内部抗静电剂会从纤维内部缓慢渗出,在纤维表面形成一个抗静电剂的新层,继续保持纤维的抗静电性。

2. 抗静电剂在纤维内部形成导电通路,高密度地分散在纤维基体中,以不连续的分散相存在,能避免纤维通路中出现高电阻,这样就可以使电荷极快地散逸。要设法使纤维截面上分布地导电微粒、微纤数目达到最大值,从而使电阻降低,电流沿导电微粒微纤顺利流走。

    内部用抗静电剂必须具备高效性、热稳定性、与纤维聚合物之间地相容性等性质,并对聚合物的性能没有不利的影响。


★导电纤维法

导电纤维一般是指电导率大于10^-5S/cm的纤维,这类纤维具有良好的导电性和耐久性,特别是在低湿度下仍具有良好的耐久抗静电性。



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