家纺产品对空间负氧离子含量和分布的影响实验研究

刘金抗，葛 玲，袁 燕，陈 凤

（紫罗兰家纺科技股份有限公司，江苏 南通 226300）

1 研究背景

目前，市场上的负氧离子发生器多利用脉冲、振荡电器将低电压升至直流负高压，采用单个金属或碳元素制作的放电针产生电晕，高速放出大量的电子，释放的电子不稳定，寿命极短，很快被空气中的氧分子（O2）捕捉，形成氧离子（O2-），再与空气中的水蒸气结合形成负氧离子[O2-(H2O)n]。由于空气负离子的寿命比较短，且在被污染的空气中寿命更短，在产生到扩散的过程中不断衰减[1]。刘洪军[2]对市场大部分空气净化机（包括日本知名品牌）进行了检测，在设备的出风口使用日本3200空气负离子检测仪可以测出高达几百万个负离子，但是距离风口1 m后，检测数据极低，大约500个/m3，距离风口2 m以后检测负离子数据增量基本为零。由于负离子衰减速率太高，只能在局部范围内达到很好的净化和粉尘沉降效果，对整个室内空气净化的效果不大。负氧离子织物主要通过后整理的方式将负氧离子整理到织物上，面临耐洗次数低的问题。因此，掌握空气负离子的分布规律以及增加负离子的有效作用空间具有科学意义。

本研究通过采用面形的碳纤维释放器取代传统的放电针组建涡流电场，最重要的是通过对家纺产品的特殊整理形成复合离子场，消除家纺产品对负氧离子流动和分布的阻碍，扩大负氧离子在家纺产品附近的分布；提高室内负氧离子的含量和均衡负氧离子在室内空间的分布，进而达到改善家居环境中空气质量的目的。

2 实验研究

2.1 实验空间设置

本实验所用空间为5.12 m×3.97 m×2.98 m的空房间（图1）。实验时，在房间的M点和N点设置了负氧离子发生器的发射点，在空间中沿着M点负氧离子发生器放电头的轴向平均设置了9个检测点（间距50 cm），用来测试和对比空气中负氧离子的含量。

图1 负氧离子含量实验空间设置示意

空间中的床上布置了经过负氧离子整理处理的家纺产品，经测量，其负氧离子的释放量为（1 530±132）个/cm3。

2.2 负氧离子发生器放电头设置

本实验采用的负氧离子发生器电源和碳纤维发射板均采购于厦门方卓电子科技有限公司（图2）。前期，笔者为了比较不同放电头面积对空间负氧离子含量和分布的影响，设计组装了3种形式的放电装置：（1）单头碳纤维发射板表示负氧离子发生器的放电头为单个碳纤维发射板单元；（2）横排和竖排碳纤维发射板表示负氧离子发生器的放电头为一排碳纤维发射板单元（6个，间距10 cm）组成的放电装置；（3）单面碳纤维发射板表示负氧离子发生器的放电头为多个碳纤维发射板组成的放电面（9个，间距25 cm）。每种形式的放电装置所接电源相同。前期实验研究表明，放射面相比放射头更有利于增加空间内的负氧离子含量，因此，本实验采用单面碳纤维发射板的负氧离子发生器[3]。

图2 碳纤维发射板和负氧离子发生器

2.3 负氧离子含量检测

本实验采用IMH01型空气负氧离子测量仪（北京东创旭新测控技术有限公司，测量精度为0～5 000 000个/cm3）测定空气中负氧离子的含量，待室内温湿度稳定后，每个测量点测试5次。由于测量点比较多，实验条件不能满足同时测量的要求，每组实验的测量顺序一致。

2.4 涡流电场促进空间负氧离子分布原理

两个负氧离子放射面不仅可以增加空间空气中负氧离子的浓度，而且可以组建涡流电场，加速负氧离子在空气中的流动，改善负氧离子分布不匀的情况。处于电场中的带电粒子除了经常做不规则运动，不断与其他粒子发生碰撞外，还受到电场力的作用，沿电场方向得以加速并积累动能。一个负氧离子放射面形成的是高压负电压，与之对应的墙面作为正极，两者之间会形成一个高压静电场，空气中的负氧离子在高压静电场库伦力的作用下做加速运动，促进负氧离子在空气中的流动。本项目采用两个负氧离子放射面形成一定角度摆放，形成一个复合的高压静电场（图3），空气中的负氧离子会受到复合电场的库伦力作用做加速运动。由于空间中每个点的电场复合后对负氧离子所形成的库仑力方向不同，使负氧离子的运动轨迹为平抛运动，进而促进了负氧离子在空间中的分布。

图3 复合电场下负氧离子受库仑力作用的运动轨迹

2.5 测试结果分析

由表1和图4可知，室内空间中设置了两个负氧离子释放面且布置了经过负氧离子整理技术处理的家纺产品。由图4可见，空气中负氧离子的浓度在靠近负氧离子释放器的检测点处最高，在远离两个释放器的释放面处最低，最低值为57 560个/cm3。此外，因家纺产品的加入，负氧离子浓度在1～2 m下降的幅度有所减小，说明家纺产品的加入影响了空气中负氧离子的分布。

表1 两个放射面发射的负氧离子数测试结果（个/cm3）

图4 涡流电场下室内负氧离子数随间距的变化

在垂直于负氧离子发生方向上，空间中的负氧离子浓度先升高再降低，处在负氧离子发生方向的轴线上负氧离子浓度高，而处在空间的两侧墙面，空气中的负氧离子浓度最低，如图5所示。但是，相比没有家纺产品的加入，加入家纺产品使空间中负氧离子的浓度分布变宽。

图5 两个放射面发射的负氧离子数随垂直轴向间距的变化

3 研究结论

应用碳纤维束围成的放射面作为负氧离子发生器的释放器，在空间负氧离子涡流电场中，加入经负氧离子整理技术处理的家纺产品，两者叠加形成高浓度、均匀分布的居室空间负氧离子场，可以充分改善居室空气环境[4]。

4 未来设想

在开发床品面料的基础上进行负离子功能型家纺产品的系列化开发，设计整体配套家纺产品，如挂毯、抗菌防螨被芯、枕芯、窗帘、地毯、卫浴产品、家居服等。首先，符合现代家纺整体配套的发展趋势；其次，室内空间全方位的抗菌防螨功能型家纺产品的配置可以明显改善居室空气环境；最后，丰富多样的产品设计也可以增加产品销量，有利于产品的市场推广，可以进一步推动功能家纺产品技术更新和产业升级。