抗静电处理方式对滤料静电性能影响的实验研究

韩旭 周明 柳静献 毛宁

(东北大学资源与土木工程学院 沈阳 110006)

0 引言

目前国内外对于滤料的研究发展迅速，人们以提高过滤效率、降低阻力为原则，相继开发了从机织布、绒布到针刺毡、水刺毡等一系列滤料[1]。而伴随着滤料技术的高速发展，合成纤维、塑料、橡胶等高分子材料的迅速推广，以及轻质油品、电火工品、电子元器件等静电敏感性材料的使用，静电的危害日益突出。轻则会造成滤袋破损失效，严重者还会引起火灾甚至爆炸，因此，对滤料的抗静电性能的研究已引起各研究机构和学术组织的高度重视。

影响滤料抗静电性能的主要因素有比电阻[2]，摩擦材料[3]，摩擦条件[4]以及环境条件[5]。按照作用效果的耐久性，可将抗静电方法分为暂时性及永久性两种[6]。暂时性抗静电方法是在滤料表面添加活性剂，提升其亲水性，从而提高其静电性能。永久性抗静电方法主要包括以下3种[7]：

(1)在滤料制作过程中在基布或面层中加入导电纤维。

(2)在滤料表面添加永久性抗静电剂。

(3)通过扎-烘-焙工艺添加纳米级抗静电剂。

滤料结构、滤料抗静电处理方式及粉尘比电阻都是影响滤料静电性能的关键因素，因此本文基于以上研究背景，以涤纶针刺毡滤料为研究对象，分别采用GB/T 12703．4—2010《纺织品静电性能的评定第4部分：电阻率》[8]中的三电极法中规定的定压法[9]分别测量滤料在过滤不同重量铁粉粉尘下的电阻率，探索滤料抗静电处理方式对于滤料静电性能的影响，为滤料抗静电技术提供理论依据。

1 实验部分

1.1 主要原料以及实验仪器

1.1.1 实验仪器

LFY-406材料电阻率测量仪：山东纺织科学院-仪器研究所；FED240热风循环烘：德国Binder。

1.1.2 实验所用滤料

表1为实验所用滤料。

表1 实验所用滤料

1.2 实验方法

实验环境条件：温度20～25 ℃，空气湿度分别为25%，30%，35%，40%，45%，50%，55%，60%RH，环境风速应在0.1 m/s以下。实验滤料置于烘箱预烘2 h，温度设置为50℃，然后置于实验环境内5 h进行温室平衡，按照实验要求裁剪成相应尺寸。

电阻率实验：每组实验取3块直径80 mm的圆形试样，测试结果取其平均值。按照电阻率测试仪器说明书接线，实验时电压档位置于50 V档，选择合适的电阻档位，记录数据。

实验测得数据为表面电阻，需要通过计算得出对应的电阻率，计算公式如下：

式中，ρs为表面电阻率，Ω；Rs为由实验测得的表面电阻，Ω；L为使用电极装置中被保护电极的有效周长，m；g为两电极之间的距离，m。

1.3 粉尘的补集方法

本实验所用粉尘为200，325，1 000 μm铁粉。使用粉尘过滤系统(见图1)使滤料过滤粉尘，尽量保证每次粉尘均匀分布，滤料过滤粉尘后对荷尘滤料进行电阻测量，测量完毕再次加尘，一共过滤5次粉尘，取5个荷尘数据点。

1—储气罐；2—发尘器；3—高效过滤器；4—控制阀门；5—连接管；6—试样；7—风机

2 实验结果与分析

按照滤料抗静电处理方式的不同可将滤料分为两种，一种在基布中添加导电纤维，另一种在面层中混有导电纤维[10]。为探究不同抗静电处理方式对滤料静电性能的影响，本文选取3种不同抗静电处理方式的涤纶针刺毡进行测试，分别为涤纶针刺毡a(基布经向有导电纤维，导电纤维间隔10 mm)、涤纶针刺毡b(基布经纬向均有导电纤维，导电纤维间隔15 mm)及涤纶针刺毡c(面层中混纺导电纤维)。

对滤料进行预处理后，控制相对湿度分别为25%，30%，35%，40%，45%，50%，55%，60%RH，利用以上3种滤料对200，325，1 000 μm铁粉进行过滤，利用LFY-406型电阻率测量仪对滤料表面电阻率进行测量。

2.1基布中导电纤维密度对滤料表面电阻率的影响

本节对涤纶针刺毡a与涤纶针刺毡b两种滤料进行荷尘，探究基布导电纤维密度对滤料表面电阻率的影响。

在不同相对湿度条件下，过滤不同粒径铁粉粉尘后涤纶针刺毡a与涤纶针刺毡b两种滤料表面电阻率变化趋势如图2所示。

(a)25% RH

如图2所示，随着过滤铁粉粉尘量的增加，二者表面电阻率均出现明显下降趋势，下降趋势较为接近，这是因为纤维以及合成纤维的电荷载体是离子，导电机理为离子导电，离子移动与纤维结构及其表面状态有关[11]，也就是纤维内部缝隙及表面的吸附状态对其电阻率影响很大，滤料表面以及内部空间吸附铁粉，铁粉颗粒接触形成导电网格，缩短了非导体通道的长度[12]，从而降低了电阻率。但涤纶针刺毡a表面电阻率数量级仍为106，涤纶针刺毡b表面电阻率数量级仍为105。基布导电纤维密度对其表面电阻率有显著的影响，涤纶针刺毡a表面电阻率均明显高于涤纶针刺毡b表面电阻率，约高出一个数量级，其原因在于基布中含有导电纤维，导电纤维形成了导电通道，而经纬向均有导电纤维的导电通道数要高于经向有导电纤维的滤料，从而使其电阻率低于经向含有导电纤维的滤料，因此基布导电纤维密度越大，其表面电阻率越小。

2.2基布/面层中添加导电纤维对滤料表面电阻率的影响

本节对涤纶针刺毡a与涤纶针刺毡c两种滤料进行荷尘，探究基布或面层中添加导电纤维对滤料表面电阻率的影响。在不同相对湿度条件下，过滤不同粒径铁粉粉尘后涤纶针刺毡a与涤纶针刺毡c两种滤料表面电阻率变化趋势如图3所示。

如图3所示，随着过滤铁粉粉尘量的增加，二者表面电阻率均出现明显下降趋势，下降趋势较为接近，其原因与上一节分析涤纶针刺毡a和涤纶针刺毡b的原因相同，故此处不再赘述。但涤纶针刺毡a表面电阻率数量级仍为106，涤纶针刺毡c表面电阻率数量级由105降至104。基布或面层中加导电纤维对其表面电阻率有显著的影响，涤纶针刺毡a表面电阻率均明显高于涤纶针刺毡c表面电阻率，这是因为面层中混纺导电纤维，其导电纤维均匀分布在面层，导电纤维形成的导电通道的覆盖区域大于基布中的导电通道，从而使涤纶针刺毡a的表面电阻率高于涤纶针刺毡c，约高出一个数量级，因此基布加导电纤维滤料表面电阻率要高于面层混纺导电纤维表面电阻率。

(a)25% RH

3 结论

(1)过滤铁粉粉尘后，随着相对湿度以及粉尘克重的增加，实验用3种滤料的表面电阻率有不同程度的下降。

(2)在25%与60%相对湿度条件下，过滤铁粉粉尘后涤纶针刺毡c表面电阻率数量级由105降至104。

(3)在25%与60%相对湿度条件下，过滤铁粉粉尘后涤纶针刺毡a与涤纶针刺毡b表面电阻率均有所下降，但数量级无变化。

(4)抗静电处理方式对滤料静电性能有一定的影响。基布导电纤维密度越大，涤纶针刺毡a电阻率高出涤纶针刺毡b电阻率约一个数量级；涤纶针刺毡a电阻率高出涤纶针刺毡c电阻率约一个数量级，面层中混纺导电纤维滤料抗静电性能要强于基布中加导电纤维滤料静电性能。