导电纤维的分布对化纤地毯导电性能的影响

狄剑锋姜开明

(广东省江门市五邑大学)

摘要：利用摩擦纺纱可生产多组分共聚纱的原理，将不同比例的导电纤维分布在锦纶纱线横截面的不同位置，然后比较它们的导电性能。通过比较得出，当导电纤维分布在纱线表面时纱线的抗静电性能最好，地毯的抗静电效果也比较好。

关键词：导电纤维；摩擦纺纱；锦纶纤维；结构；分析；地毯；抗静电

0引言

随着化纤科技的发展，化纤地毯所占的比例越来越大。化纤地毯结实耐磨，耐腐蚀防虫蛀，制造成本低，所以越来越受到人们的欢迎。但是，由于化纤的回潮率比较低，纯化纤地毯容易产生静电现象。据测定，如果地毯未经抗静电处理，人在其上走动时会带上高达5500V的电压，有时甚至会高达17800Vl[1]。而据研究，人体带电的电击极限电位一般为3000V，3000V以上人体就会发生震颤同时伴有痛感。如果人体带上3000V～5000V的静电，当人体发生静电放电时，则一般要消耗掉200mJ～400mJ的静电能，此能量足以点燃氢气、丙烷、甲烷、汽油等可燃性物质。在生产车间，数千伏的电压放电会破坏集成电路的半导体元件，在计算机机房内会造成计算机停机或动作失误，使应用计算机来控制和管理工业生产过程的场合发生产品质量下降、停工等生产障碍。在飞机上会引起通讯故障，在油船上和加油站容易引起火灾。因此，纯化纤地毯在这些场合就不能应用，必须采用抗静电地毯。

将导电纤维混入化纤中生产地毯纱，是生产抗静电地毯的方法之一。当地毯铺在地上时。导电纤维会诱导电荷聚集在其周围，然后通过接地的导电纤维将聚集的电荷导人大地。对于胶背地毯，导电纤维不能和地接触，但也可以消除静电。当含导电纤维的地毯由于摩擦而带上静电时，地毯中发生的电荷向导电纤维汇集，导电纤维中诱导了与织物符号相反的电荷。附近被诱发产生强电场

，使其周围的空气电离。这一过程就是所谓的电晕放电过程。电晕放电产生的正、负离子与地毯所带电荷中和，从而消除静电。

但导电纤维的价格比普通纤维贵得多，基本是普通纤维价格的8倍到10倍，所以，如何用尽量少的导电纤维达到比较好的导电效果是本文研究的重点。

1试验

1.1原料

以锦纶为主体加入一定量的腈纶导电纤维。纱线中导电纤维的含量为2.2%、4.4%和6.6%三个档次。

1.2生产工艺

(1)纱线细度根据一般地毯所使用的纱线细度范围，我们确定纱线的细度为312.5tex。(2)尘笼转速与纺纱速度摩擦纺的尘笼转速和纺纱速度与原料性能、纱线细度、捻度等因素有关[2]。

综合捻度、纱线质量、电机功率等方面的情况，我们最后确定尘笼的转速为3200r/min，纺纱速度为75m/min。

(3)分梳辊速度

摩擦纺纱处理纤维量大，分梳辊速度快些，对成纱质量有利。但分梳作用剧烈，损伤纤维严重。

我们使用的FS3型摩擦纺纱机的刺辊通过轴端阶梯轮调节速度，配备三档不同的刺辊转速供选用：4810r/min，3680r/min，2990r/min。综合各方面的因素和比较试纺后的纱线质量，我们选用了3680r/min。

(4)尘笼间隔距

较小的尘笼间隔距，是保证纱体获得良好的摩擦加捻的条件。

在对比不同尘笼隔距对纺出纱线的质量影响后，最后确定尘笼间隔距为O.2mm。

2实验结果分析

纺纱实验方案如表1所示。如将导电纤维条子和锦纶条子并排放在喇叭口的宽度方向上，利用摩擦纺纱的原理，通过变换它们的位置顺序就可分别实现将导电纤维纺入纱线中心或表面的目的；如将它们都均匀放在喇叭口的整个宽度方向上，就可将导电纤维均匀地分布于纱线中。为了对比，另外纺了不含导电纤维的纯锦纶纱D。

2.1纱线的抗静电性

2.1.1纱线电晕放电能力的测定

由于消除静电的其中一种方法是利用放电效果，因此可以通过测定纱线和地毯的电晕放电能力来测试其抗静电性能。

如图1所示，我们以一条长30cm的纱线平行于3000V的高压电极板，纱线距高压电极板1cm，纱线的一端接入微电流表，测其电流值。为了模拟纱线垂直于地毯的情况，将12根15cm长的纱线一起封装在一绝缘塑料管中，并让纱线的一端垂直于高压电极板，距离电极板1cm。再将纱线的另一端塞进一个开口的铜帽中，保证接触良好。再接入电流表，使测试数据准确反应试样的电晕放电能力。

我们在标准温湿度的条件下测定纱线的电晕放电能力，测得的数据如图2、图3所示。

分析实验结果，可得出如下结论：

(1)从图2、图3中可看出，不论导电纤维在纱线中如何分布，也不论纱线垂直或平行电极板放置，电晕放电能力都随着纱线中导电纤维含量的增加而增大。

(2)在导电纤维含量相同时，不论纱线垂直或平行电极板放置，都是以导电纤维分布在纱线表面的电晕放电能力最大。这是因为，当导电纤维分布于纱线表面时，一束纱线的横截面中的导电纤维组成一个导电网，如图4(c)所示。这种网状结构对纱线束的导电性十分有利。而且在纱轴方向形成良好的导电网，在三维结构上导电。

当导电纤维含量较少时，如果导电纤维均匀分布于纱内，如图4(b)，就有可能使导电纤维在纱中“断路”，如图5所示，影响其导电性能。当导电纤维分布于纱芯时，一束纱线横截面中，导电纤维周围的面积远大于导电纤维位于纱的表面时其周围的面积，所以其导电性能比较差。

(3)含有导电纤维的纱线，其导电率远大于不含导电纤维的纱线。以导电纤维分布于纱线表面为例，当导电纤维为2.2%、4.4%、6.6%时，如果纱线平行电极板，其电晕放电能力比无导电纤维的纱线分别高出27倍

、37.5倍和51.5倍；如果纱线垂直电极板放置，则比无导电纤维的纱线分别高出72.5倍、108倍和186.5倍。

2.1.2纱线导电能力的测定

用电阻率来表达含导电纤维织物的抗静电性能虽然有些争议，但大多数学者认为，只要适当地选择试验条件，用电阻率来表达含导电纤维织物的抗静电性能还是合适的。

我们利用图6所示的电路图测试试样的导电性能。

图6中，直流稳压电源由WYJ一303—2型晶体管直流稳压电源提供，电极测试系统包括一对光滑的铜电极板(每片大小45mm×8mm×1mm)，固定试样的绝缘塑料管(5cm长，内径5.4mm)以及加压系统。整个电极测试系统保证绝缘良好。

在纱线测试时，假定每一根纱线在长度方向上的性质是均一的。把20根5cm长的纱线固定封装在绝缘塑料管中，以消除可能的纤维电晕放电的影响。纱线两端与电极板相接触，电极板加压4.998N，以保证接触良好。根据式(1)可求得纱线的体积比电阻ρv[3]。

式中：ρv——纱线的体积比电阻(Ω·cm)；

n——纱线的根数；

E——电源的电压(V)；

Ntex——纱线号数(tex)；

L——两电极板间的距离(cm)

d——纱线的密度(g/cm3)；

Ix——电流强度(A)。

根据有关文献[3]，纱线与电极板的接触电阻一般小于待测电阻的3%。因此，其对测量结果的影响可以忽略不计。

一般来说，纱线的体积比电阻小于1×1010Ω·cm，即具有较好的抗静电性[1]。

我们在标准温湿度的条件下测定纱线的导电性能，测得的数据如图7所示。

从图7可以看出，含有导电纤维的纱线的体积比电阻都远小于1×1010Ω·cm，约为1×103Ω·cm左右，因而说明它们都具有非常好的导电性。同时也符合防触电安全性的要求。在导电纤维含量相同的条件下，纱线的体积比电阻以导电纤维分布在纱线表面为最小。导电纤维在纱线的每一种分布状态的体积比电阻都随着导电纤维含量的增加而降低。

可以看出，在导电纤维含量小于4.4%时，纱线的体积比电阻随着导电纤维含量的增加而急剧降低；在导电纤维含量大于4.4%时，纱线的体积比电阻随着导电纤维含量的增加而变化不多。这说明，导电纤维含量在4.4%左右时就可以了，再增加导电纤维的含量，导电效果不会明显改善，但成本会显著提高。

2.2地毯的抗静电性

2.2.1地毯电晕放电能力的测定

利用图1(a)的测试原理，把地毯做成6cm×8cm的小块，将其正面正对高压电极板。试样和高压电极板的距离为1cm，将一金属探针固定在试样一角，使其远离电极板，金属探针接人接地的微电流表。电流表的读数越大，则表明试样电晕放电的能力越强。

我们在标准温湿度的条件下测定地毯的电晕放电能力，测得的数据如图8所示。

从图8可以看出，地毯的电晕放电能力和纱线的规律相同，当导电纤维分布在纱线表面时地毯的电晕放电能力最强。而且，地毯的电晕放电能力随着导电纤维的含量增加而增强。

2.2.2地毯导电能力的测定

地毯的电阻率的测试，根据国标GBl410一78，应该用同轴三电极系统来测量。在这里我们用图6所示装置，两电极板的距离为相隔5.08cm。将电极板垂直插入地毯中，测试两电极板间的电流。我们在标准温湿度的条件下测定地毯的导电能力，测得的数据如

图9所示。

从图9可以看出，地毯导电强弱的规律与纱线完全相同，而导电纤维分布在纱线表面的地毯的导电能力比另外两种强得多。而且，地毯的导电能力随着纱线中导电纤维含量的增加而增强。

3结论

(1)摩擦纺纱得一种非常适合生产地毯纱的纺纱方法，速度高，产量大，成本低。而且还可以将导电纤维置于纱线横截面的不同位置，这是其他纺纱方法难以做到的。

(2)导电纤维对纱线和地毯的导电性影响很大，纱线中的导电纤维含量越多，则纱线和地毯的抗静电性能越好。

(3)在纱线中的导电纤维含量相同时，导电纤维分布在纱线表面的纱线的抗静电性能最好，其次是导电纤维均匀分布在纱线上，导电纤维分布在纱线中间的纱线的抗静电性能最差。

(4)我们研制的抗静电地毯具有良好的导电性能，能够充分发挥导电纤维的作用，即使在导电纤维含量为2.2%时，地毯的导电性也能满足各种场合的要求。导电纤维的含量以不超过4.4%为宜。

参考文献

[1]高绪珊等.导电纤维及抗静电纤维.北京：纺织工业出版社，1991：46.

[2]狄剑锋等.新型纺纱产品开发.北京：中国纺织出版社，1998：189～195.

[3]J.w.S.Hearle.TheElectricalresistaneeoftextilematerials.J.T.I，1952；43：194～223.