1.1紡織品靜電現(xiàn)象及產(chǎn)生原理
產(chǎn)生靜電的機(jī)理有多種解釋，紡織材料靜電主要是由于表面間的相互摩擦產(chǎn)生的。紡織材料是電的不良導(dǎo)體，具有很高的比電阻。纖維及其制品在生產(chǎn)加工和使用過程中，由于受摩擦、牽伸、壓縮、剝離及電場(chǎng)感應(yīng)和熱風(fēng)干燥等因素的作用而易于產(chǎn)生靜電。特別是隨著合成纖維在紡織上生產(chǎn)和應(yīng)用的越來越多，這些高分子聚合物所固有的高絕緣性和憎水性，使之極易產(chǎn)生、積累靜電。
1.2紡織品靜電的危害
在民用方面，靜電會(huì)導(dǎo)致紡織品的使用過程中吸塵沾污，服裝糾纏人體產(chǎn)生粘附不適感，而且有 研究 表明，靜電刺激會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生不利影響。在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面，靜電是火工、化工、石油等加工等 行業(yè) 引起火災(zāi)、爆炸等事故的主要誘發(fā)因素之一，也是化纖等紡織 行業(yè) 加工過程中的質(zhì)量及安全事故隱患之一。隨著高科技的發(fā)展，靜電障害所造成的后果已突破了安全問題的界限[3]。靜電放電造成的頻譜干擾危害，會(huì)引起電子、通信、航空、航天以及一切應(yīng)用現(xiàn)代電子設(shè)備、儀器的場(chǎng)合導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)故障、信號(hào)丟失等結(jié)果。因此目前抗靜電紡織品的需求量越來越大。
2紡織品抗靜電的機(jī)理
絕緣體表面的靜電可以通過三條途徑消失：(1)通過空氣(霧氣)消失；(2)沿著表面消失；(3)通過絕緣體體內(nèi)消失。
通過空氣消除靜電，主要依靠空氣中相反符號(hào)的帶電粒子飛來與絕緣體表面的靜電中和或讓帶電粒子獲得動(dòng)能而飛散。利用尖端放電原理，制成高壓電暈式靜電消除器，已在化纖生產(chǎn)中有應(yīng)用。
靜電沿絕緣體表面消失的速度取決于絕緣體表面電阻率的大小。提高空氣的濕度，可以在親水性絕緣體表面形成連續(xù)的水膜，加上空氣中的CO2和其他雜質(zhì)的溶解，而大大提高表面導(dǎo)電性。進(jìn)一步的方法是使用抗靜電劑，主要是離子或非離子型的表面活性劑。
靜電通過絕緣體體內(nèi)的泄漏速度，主要取決于絕緣體的電阻率的大小，一般說來，當(dāng)聚合物電阻率小于107Ω·m時(shí)，產(chǎn)生靜電荷會(huì)很快泄漏掉。為了提高聚合物的體積導(dǎo)電率，最方便的方法是添加碳黑、金屬粉末或?qū)щ娎w維。
纖維高分子材料理論上是比絕緣體，但實(shí)際纖維的導(dǎo)電性比理論估計(jì)值要高，原因在于纖維不是純高分子物質(zhì)，其中含有水分、雜質(zhì)等低分子物質(zhì)，即纖維導(dǎo)電主要取決于纖維中的附屬物，其次與纖維分子本身的導(dǎo)電性以及外界條件的作用有關(guān)。在表面易電離物質(zhì)導(dǎo)電性較高以及水汽分壓較大的情況下，纖維的導(dǎo)電性會(huì)大大提高。
3紡織品抗靜電的途徑
抗靜電織物可分為民用和產(chǎn)業(yè)用靜電防護(hù)服兩大類。靜電防護(hù)服按照最終用途可分為無塵無菌工作服、防火防爆工作服、手術(shù)服、安全作業(yè)服(如電力工人工作時(shí)穿的靜電防護(hù)服、導(dǎo)電服等)等。
3.1對(duì)纖維進(jìn)行抗靜電處理
3.1.1用表面活性劑對(duì)纖維進(jìn)行親水化處理
作用原理為表面活性劑分子疏水端吸附于纖維表面，親水性極性基團(tuán)指向空間，形成極性表面，吸附空氣中的水分子，降低纖維的表面電阻率，加速電荷逸散。所用表面活性劑包括陽離型、陰離子型和非離子型，其中陽離子表面活性劑的抗靜電效果最好，高分子量非離子型表面活性劑的抗靜電效果耐久性最好。此法的優(yōu)點(diǎn)為簡(jiǎn)便易行，特別適合于消除紡織加工過程中的靜電干擾；缺點(diǎn)為抗靜電效果的耐久性差，表面活性劑易揮發(fā)，更不耐洗滌，而且在低濕度環(huán)境中不顯示抗靜電性能。
3.1.2對(duì)成纖高聚物進(jìn)行共混、共聚合或接枝改性
與前面方法的相同之處是在成纖高聚物中添加親水性單體或聚合物，提高吸濕性，從而獲得抗靜電性能。除普通成纖高聚物與親水性聚合物共混的典型共混紡絲方式外，還有聚合過程中加入親水性聚合物，形成微多相分散體系的共混方式。例如將聚乙二醇加入到己內(nèi)酰胺反應(yīng)混合物中，聚乙二醇以原纖狀分散于PA6之中。同時(shí)聚乙二醇也有少量端羥基與己內(nèi)酰胺開環(huán)后生成的氨基己酸中的羥基反應(yīng)，提高了抗靜電性能的耐久性。
另外，用共聚合的方式將親水性極性單體聚合到疏水性合成纖維主鏈上，例如在PET大分子中嵌入聚乙二醇，也可提高纖維的吸濕性和抗靜電性能。
采用化學(xué)引發(fā)、熱引發(fā)、高能射線和紫外線輻照引發(fā)的接枝于纖維表面，可有效地改善合成纖維的吸濕性，且親水性單體的用量遠(yuǎn)少于其他方法，耐久性好。此類抗靜電纖維仍以提高纖維的親水性來加速電荷的泄漏，故在相對(duì)濕度低于40%的干燥環(huán)境中，纖維的抗靜電性能將受損失。
3.2生產(chǎn)抗靜電紗線
在紡紗中混入少量的導(dǎo)電短纖維，可以生產(chǎn)抗靜電紗線，同時(shí)可以減少甚至消除紡紗過程中存在的靜電問題。紡紗時(shí)使用普通紡織纖維作為主體纖維，其中混入少量的導(dǎo)電纖維。導(dǎo)電纖維混入量的多少根據(jù)產(chǎn)品的最終用途及成本決定。大量實(shí)驗(yàn)表明，紗線中混入少量(百分之幾)的有機(jī)導(dǎo)電纖維后，紗線的電阻率會(huì)有明顯降低(導(dǎo)電性有大幅度提高)。
3.2.1導(dǎo)電纖維
導(dǎo)電纖維包括金屬纖維、鍍金屬纖維和有機(jī)導(dǎo)電纖維。應(yīng)用較為廣泛的金屬纖維主要是不銹鋼纖維，其制造方法主要是線材拉伸法、熔融紡絲法、切削法等。不銹鋼纖維具有較佳的導(dǎo)電性能和機(jī)械性能，但是對(duì)于紡織加工而言，金屬纖維抱合力小，紡紗性能較差，而且制成高細(xì)度時(shí)的價(jià)格昂貴，所以除一些特殊要求的場(chǎng)合，在開發(fā)抗靜電產(chǎn)品時(shí)金屬纖維的使用還不夠廣泛。鍍金屬纖維是在普通纖維表面涂敷金屬層以提高抗靜電效果，其成本比金屬纖維有大幅下降，但不耐洗滌，且手感較差。目前，用來開發(fā)抗靜電混紡紗多采用有機(jī)導(dǎo)電纖維。
有機(jī)導(dǎo)電纖維是以普通成纖高聚物為基體，以被覆或復(fù)合方式添加導(dǎo)電物質(zhì)的導(dǎo)電纖維。目前使用的有機(jī)導(dǎo)電纖維主要是尼龍基、滌綸基和腈綸基，導(dǎo)電物質(zhì)有碳和金屬化合物兩種。其中碳導(dǎo)電物制成的纖維為深色(黑色、灰色)，金屬化合物為導(dǎo)電物的纖維為白色，后者導(dǎo)電性稍差，但是利于后道整理工序的加工(染色等)。
3.2.2紡紗工藝流程
由于導(dǎo)電纖維成本較高，混入比例小，一般采用手工開松的形式。為使混合均勻，按照預(yù)先計(jì)算并稱量好的重量將導(dǎo)電纖維和主體纖維同時(shí)喂入梳理機(jī)，經(jīng)多道梳理工序。另外，所選用的導(dǎo)電纖維應(yīng)盡量與主體纖維的材質(zhì)一致?；旒彽墓に嚵鞒虨椋菏崦?一道)→梳棉(二道)→頭并→二并→三并→粗紗→細(xì)紗→絡(luò)筒。
3.3織造時(shí)嵌入導(dǎo)電長(zhǎng)絲或抗靜電紗線
開發(fā)抗靜電紡織品除了在原料上進(jìn)行改進(jìn)之外，還可以在織物上機(jī)織造時(shí)，將導(dǎo)電長(zhǎng)絲(或?qū)щ娎w維復(fù)合紗線)以一定間距嵌入織物?？梢匝亟?jīng)向或緯向嵌入，也可以同時(shí)沿經(jīng)向和緯向嵌入形成網(wǎng)格狀。經(jīng)大量的實(shí)驗(yàn)證明，不管以哪種方式嵌入導(dǎo)電絲，織物的抗靜電效果均有明顯的改善，但是以網(wǎng)格形式嵌入導(dǎo)電絲或抗靜電紗時(shí)效果最佳。而且織物的抗靜電性能都隨嵌入導(dǎo)電絲間距的增加而減弱。導(dǎo)電絲嵌入間距(或織物中導(dǎo)電纖維的含量)應(yīng)根據(jù)抗靜電產(chǎn)品的最終用途及對(duì)導(dǎo)電性能要求來決定。具體可參考下表：
由于導(dǎo)電纖維價(jià)格較高，制成織物成本較高，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到使用最少的導(dǎo)電纖維獲得最佳的抗靜電性能?？梢酝ㄟ^對(duì)各影響因素(導(dǎo)電絲間距、織物密度等)進(jìn)行最優(yōu)化 分析 ，得到滿足產(chǎn)品使用要求的最佳嵌入間距(導(dǎo)電纖維含量)。另外，由于使用的導(dǎo)電長(zhǎng)絲大多為黑色，在設(shè)計(jì)織物組織時(shí)，應(yīng)盡量使導(dǎo)電絲的經(jīng)組織點(diǎn)隱藏在基礎(chǔ)組織經(jīng)組織點(diǎn)下面，以保證正面的織物組織結(jié)構(gòu)不被破壞。而在織物反面，使導(dǎo)電絲盡量顯露在織物表面，以利于放電。
3.4用抗靜電劑對(duì)織物進(jìn)行后整理
用表面活性劑直接對(duì)織物表面進(jìn)抗靜電處理的方法始于上世紀(jì)50年代，這種方法適合于各種纖維材料。所用抗靜電劑大多數(shù)是結(jié)構(gòu)與被整理的纖維相似的高分子物，經(jīng)過浸、軋、焙烘而粘附在合成纖維或其織物上。這些高分子物是親水的，因此涂覆在表面上可通過吸濕而增加纖維的導(dǎo)電，使纖維不至于積聚較多的靜電荷而造成危害。這種方法除使織物具有抗靜電效果外，處理后的織物還具有吸濕、防污、不吸塵等功能。由于抗靜電方法較為簡(jiǎn)單，因此成品價(jià)格也較為便宜。
工藝流程為：坯布→浸軋抗靜電樹脂(二浸二軋)→烘干(100~110℃)→焙烘(150~160℃，2min)→拉幅→成品抗靜電整理的方法較多，目前主要有三種。
(1)助劑吸咐固著法
(2)表面接枝聚合法
(3)低溫等離子體表面處理法
由于后兩種方法需要較多的特種引發(fā)劑或高能射線或用等離子體處理等，工藝繁復(fù)，操作復(fù)雜，因此一般采用第一種方法。它可在后整理中進(jìn)行抗靜電加工，也可在染色過程中進(jìn)行同浴處理，均能獲得理想的效果。
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