半衰期是反映纖維靜電性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)——靜電衰減速度。
決定纖維靜電半衰期的因素分為:內(nèi)在因素和外界因素兩個(gè)方面
內(nèi)在因素指纖維材料本身的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)。
外界因素指環(huán)境條件(溫度、濕度等),纖維材料的含雜。
一、內(nèi)在因素決定了纖維的電性能(電性及比電阻)和靜電半衰期的大小。
表1 幾種常用纖維的帶電序列
靠近左側(cè)的帶正電,靠近右側(cè)的帶負(fù)電;當(dāng)棉與尼龍摩擦?xí)r,尼龍帶正電,棉帶負(fù)電;棉與腈綸摩擦?xí)r,棉帶正電,腈綸帶負(fù)電;越靠近兩端的纖維帶電量越大,比電阻亦越大,兩種纖維相距越遠(yuǎn),電位差越大。
表2 幾種常用纖維的靜電半衰期(相對濕度46%)
纖維種類 |
丙綸 |
滌綸 |
錦綸 |
羊毛 |
腈綸 |
棉和粘膠 |
蠶絲 |
半衰期/秒 |
>15分鐘 |
56.2 |
35.3 |
14.3 |
5.7 |
<1.0 |
400.6 |
靜電散失速度與纖維比電阻關(guān)系十分密切。而比電阻大小與纖維吸濕能力有關(guān)。吸濕能力除與纖維中分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)有關(guān)外,還取決于纖維上親水基團(tuán)的多少,親水基極性的強(qiáng)弱以及親水基團(tuán)在大分子鍵上的位置。
由纖維的離子導(dǎo)電理論可知,通常情況下纖維中電荷的載體主要為離子,電荷散失速度取決于離子遷移速度,當(dāng)吸收有足夠的水分子后,纖維中就會(huì)形成連續(xù)水膜,帶電離子會(huì)沿著水膜這一導(dǎo)電通路迅速遷移,電荷散失迅速。如果吸收的水分子較少,就不能形成連續(xù)水膜的導(dǎo)電通路,電荷遷移到水膜斷開的地方就會(huì)停留下來,當(dāng)中斷的通路經(jīng)一定時(shí)間由于吸收的水分子而被接通時(shí),電荷才能繼續(xù)向前遷移。纖維吸濕能力越差,通路被中斷的次數(shù)越多,中斷時(shí)間越長,電荷遷移速度越慢。
丙綸纖維沒有親水基團(tuán),故半衰期很長。滌綸、錦綸、腈綸的親水基團(tuán)較少,親水性也相對較弱,故靜電散失比較緩慢,半衰期也較長,但都比丙綸要短得多,尤其腈綸更短一些。
棉粘膠等纖維素纖維有較多、較強(qiáng)的親水基團(tuán)——羥基、故吸水性強(qiáng),靜電散失迅速,半衰期很短。
羊毛雖然親水基團(tuán)較多,且較強(qiáng),吸收水分子較多,但羊毛纖維分子間有很強(qiáng)的的橫向交鍵,其吸濕為三項(xiàng)吸濕,水分子被緊緊的吸附在側(cè)鍵上,影響了電荷的傳遞,電阻較大,靜電衰減較緩慢。
蠶絲為β絲朊結(jié)構(gòu),側(cè)鏈上的親水基團(tuán)比羊毛少,吸濕能力比羊毛差,故靜電衰減相當(dāng)緩慢。
二、外界因素的影響。
1、相對濕度的影響:
親水性纖維受環(huán)境濕度影響較大,疏水性纖維影響較小。當(dāng)濕度增大時(shí),親水性纖維含水量迅速增加,在纖維表面上形成一層導(dǎo)電水膜,表面比電阻降低,半衰期縮短;疏水性纖維則不宜在纖維表面形成含水的導(dǎo)電水膜,表面比電阻不能顯著降低,則半衰期亦不能明顯縮短。
增加疏水性纖維的表面含水率,可有效降低表面比電阻,則半衰期亦會(huì)大大降低,這就是防靜電后整理的原理。
如果將親水性優(yōu)良的粘膠纖維置于極干燥條件下,也會(huì)有顯著的靜電現(xiàn)象。
2、溫度的影響
當(dāng)含水率一定時(shí),溫度提高,有利于離子的形成,從而降低纖維的表面比電阻,縮短半衰期。
3、纖維材料含雜的影響
纖維材料的含雜指的是非纖維附著物。即纖維在形成過程中所伴生的棉蠟、油脂和化纖所用油劑及其他金屬鹽化合物等非纖維物質(zhì)。在一定相對濕度條件下,當(dāng)電場作用時(shí),這些非纖維的附著物能電離成帶電載體——離子,沿著水分子構(gòu)成的導(dǎo)電通路使電荷迅速散失,縮短半衰期。