纺织品抗静电整理.ppt
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1、 第六节第六节抗静电整理抗静电整理前言前言静电的危害静电的危害 普通化学纤维的比电阻一般大于普通化学纤维的比电阻一般大于101014 14 cm cm。在穿着过程中,衣服与人体皮肤等摩擦所在穿着过程中,衣服与人体皮肤等摩擦所带电压可达数千甚至数万伏。带电压可达数千甚至数万伏。在某种条件下,静电放电的小火花在某种条件下,静电放电的小火花带电体分类带电体分类表面电阻表面电阻R()非带电体非带电体 108以下以下低带电体低带电体 108 1011带电体带电体 1011 1013高带电体高带电体 1013 1015超高带电体超高带电体 1015以上以上+静电防护织物的作用机理静电防护织物的作用机理 +
2、防静电方法可分为:分散泄漏消除静电法、放防静电方法可分为:分散泄漏消除静电法、放电消除静电法及电荷中和消除静电法电消除静电法及电荷中和消除静电法(2(2)利用电晕放电作用消除静电:)利用电晕放电作用消除静电:即在织物的纺织加工过程中混入适量的导电即在织物的纺织加工过程中混入适量的导电纤维纤维(1)利用静电的分散泄漏作用消除静电:合)利用静电的分散泄漏作用消除静电:合成纤维及其织物固有的成纤维及其织物固有的比电阻一般为比电阻一般为10l11018 cm,如将其降低到,如将其降低到108109 cm以以下,带电就大大降低,下,带电就大大降低,+纺织材料抗静电技术的发展经历三个阶段:+(1)用表面活
3、性剂对纤维或织物进行亲水化处理 (2)对成纤高聚物进行共混、共聚合、接枝改性引入亲水性极性基团,或在纤维内部添加抗静电剂,制取抗静电纤维。抗静电纤维的电阻率为108-1010 cm 但仍以高湿环境作为电荷逸散的必要条件。+(3)导电纤维的研制和应用研究,导电纤维尚未形成公认的定义。通常把电阻率小于107 .cm的纤维定义为导电纤维。导电纤维的电阻率甚至小到10-410-5 cm.+包括金属纤维、碳纤维、导电聚合物等导电物质均一型导电纤维的研究、合成纤维外层涂覆碳黑等导电成分的导电物质包覆型导电纤维的研究、碳黑或金属化合物与成纤高聚物复合纺丝得到的导电物质复合型导电纤维的研究。+导电纤维的应用使
4、纺织品抗静电效果显著、耐久而不受环境湿度的影响。+纺织品防静电的手段 +(1)抗静电纤维 +合成纤维在摩擦时自然会带电,但是如何使产生的静电荷迅速泄漏,避免静电危害却是可以做到的。纺织材料泄漏静电荷的能力与纤维的比电阻有关,为了使静电电压处于不致使人产生不愉快的水平,纤维的比电阻应小于1010cm。通常把在标准条件下(相对湿度65,20)达到这一比电阻水平的纤维称为抗静电纤维。+一般合成纤维比电阻多在1013cm以上,通过吸湿改性方法,可以使纤维达到抗静电的水平。例如用亲水性的聚乙二醇、烷基磺酸钠等,与聚合物共混或共聚改性等方法可以改善纤维的抗静电性。但是,这样处理往往会降低纤维的物理性能和耐
5、热性能。+而且用这种方法制得的抗静电纤维织物在碱减量处理时,亲水组分易被碱液溶掉,并使纤维原纤化,在纤维热定型以及织物精练、染色、洗涤中,抗静电性能都会受到损失。+为了解决上述问题,目前较多采用的是复合纺丝法,即把纤维制成海岛型或芯鞘型复合纤维,其中岛相或芯部为含抗静电剂的聚合物组分,作为海相或鞘部的基体聚合物对抗静电组分起保护作用,以保持长期抗静电性能,同时不失去纤维原有的风格。+为了使织物具有抗静电性,抗静电纤维在织物中的混用量要达到50以上。+纤维抗静电性能也会受气候条件的影响,在低温、干燥的条件下,抗静电效果明显降低。纳米抗静电剂的出现改变了抗静电剂加入量多的现状,目前研制的纳米抗静电
6、剂的加入量在510左右就可以达到理想的效果。+获得抗静电织物的方法+主要有(1)把普通纤维与导电纤维按特定比例混纺;(2)将化纤织物表面涂敷抗静电整理剂;(3)利用抗静电纤维直接进行纺织品的织造。目前,利用普通纤维与导电纤维混纺获得抗静电织物的方法,在国内比较成熟。抗静电纤维的制备+1.表面活性剂添加型抗静电纤维+作用原理为表面活性剂分子疏水端吸附于纤维表面、亲水性极性基团指向空间,形成极性表面,吸附空气中的水分子,降低纤维的表面电阻率,加速电荷逸散。所用表面活性剂包括阳离子型、阴离子型和非离子型其中以阳离子表面活性剂的抗静电效果为最好、以高分子量非离子型表面活性剂的抗静电效果耐久性为最好。+
7、采用的施加方法有喷洒、浸渍、涂敷等。此法的优点为简便易行,特别适合于消除纺织加工过程中的静电干扰;缺点为抗静电效果的耐久性差,表面活性剂易挥发,更不耐洗涤。+为制备效果相对耐久的表面活性剂添加型抗静电纤维,可采用将表面活性剂添加到纺丝液中进行共混纺丝的方法,利用表面活性剂从内向外的不断迁移扩散,使纤维表面长期含有表面活性剂。+表面活性剂的极性应与成纤高聚物有适当的差异表面活性剂的极性应与成纤高聚物有适当的差异,如极性相似,则二者相容性好,共混纺丝后表面如极性相似,则二者相容性好,共混纺丝后表面活性剂难以迁移,纤维内部的表面活性剂未吸收活性剂难以迁移,纤维内部的表面活性剂未吸收水分而不起作用;如
8、极性相差过大,则很难相容,水分而不起作用;如极性相差过大,则很难相容,共混纺丝后表面活性剂很快渗析到表面,影响抗共混纺丝后表面活性剂很快渗析到表面,影响抗静电效果的耐久性。静电效果的耐久性。+由于表面活性剂的迁移是在纤维的非晶区由于表面活性剂的迁移是在纤维的非晶区依靠布朗运动向纤维表面迁移的,这种运依靠布朗运动向纤维表面迁移的,这种运动在纤维的玻璃化温度动在纤维的玻璃化温度TgTg以上时比较活跃、以上时比较活跃、而在而在TgTg以下时难以进行,以下时难以进行,故表面活性剂内故表面活性剂内部添加型抗静电纤维只适用于部添加型抗静电纤维只适用于TgTg处于室温处于室温的成纤高聚物,并的成纤高聚物,并
9、且对于结晶度高的高聚且对于结晶度高的高聚物,应增加表面活性剂的用量。但添加量物,应增加表面活性剂的用量。但添加量过大则影响纺丝性能过大则影响纺丝性能.+此外,还有用粘合剂将表面活性剂固着于纤维表面、或使表面活性剂在纤维表面交联成膜等方法,其效果类似于在塑料表面涂刷抗静电清漆。+总之,此类纤维的抗静电效果均与环境湿度有密切关系。例如,含5聚乙烯醇(PEG)的PET纤维在75相对湿度时的表面比电阻为108M,而在35相对湿度时达到1010M。+2 共混、共聚合和接枝改性型抗静电纤维 +共混、共聚合和接枝改性型抗静电纤维的共同特点是在成纤高聚物中添加亲水性单体或聚合物,提高吸湿性、从而获得抗静电性能
10、。+在PA、PAN、PET等基体中添加聚亚烷基二醇类聚合物进行共混纺丝的研究始于60年代。用PET与聚氧乙烯醚的嵌段共聚物和PET共混纺丝,可显著提高PET的抗静电性能。+硫酸铜混入腈纶纺丝液硫酸铜混入腈纶纺丝液中,纺丝凝固成形中,纺丝凝固成形后再经后再经含硫还原剂含硫还原剂处理,可提高导电纤维处理,可提高导电纤维的生产效率、提高导电性能的耐久性。的生产效率、提高导电性能的耐久性。+除普通成纤高聚物与亲水性聚合物共混的典型共混纺丝方式外,还有聚合过程中加入亲水性聚合物、形成微多相分散体系的共混方式。+例如将聚乙二醇加入到已内酰胺反应混合物中,聚乙二醇以原纤状分散于PA6之中。同时聚乙二醇也有少
11、量端羟基与己内酰胺开环后生成的氨基己酸中的羟基反应,提高了抗静电性能的耐久性。+采用化学引发、热引发、高能射线和紫外线辐照采用化学引发、热引发、高能射线和紫外线辐照引发的引发的接枝改性方法,将亲水性单体接枝接枝改性方法,将亲水性单体接枝于纤维于纤维表面,可有效地改善合成纤维的吸湿性,且亲水表面,可有效地改善合成纤维的吸湿性,且亲水性单体的用量远少于其他方法,耐久性好。例如、性单体的用量远少于其他方法,耐久性好。例如、PETPET纤维纤维以二氯甲烷为膨胀剂以二氯甲烷为膨胀剂、表面接枝丙烯酸表面接枝丙烯酸后可提高吸湿性能、抗静电性能和染色性能,在后可提高吸湿性能、抗静电性能和染色性能,在接枝率为接
12、枝率为0 0、5.35.3、9.29.2时,织物静电半衰时,织物静电半衰期分别为期分别为405s405s、0.5s0.5s、0.5s0.5s,经,经5 5次皂洗后的半次皂洗后的半衰期为衰期为405s405s、14s14s、o.5so.5s+聚酯纤维通常采用聚酯纤维通常采用丙烯酸丙烯酸、丙烯酸钠、甲基丙烯、丙烯酸钠、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸钠、甲基丙烯酸羟乙基酯等单体酸、甲基丙烯酸钠、甲基丙烯酸羟乙基酯等单体或聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸或聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯等活性低聚物进行酯等活性低聚物进行接技改性接技改性,形成抗静电纤维。,形成抗静电纤维。接技率通常在接技率通
13、常在1010以下。以下。+此类抗静电纤维仍以提高纤维的亲水性来加速电此类抗静电纤维仍以提高纤维的亲水性来加速电荷的泄漏,故在相对湿度低于荷的泄漏,故在相对湿度低于4040的干燥环境中,的干燥环境中,纤维的抗静电性能将受损失。纤维的抗静电性能将受损失。+导电纤维+通常将比电阻率小于107 cm的纤维定义为导电纤维+(一)导电纤维的发展状况+导电纤维的现有品种类型有:金属纤维(不锈钢纤维、铜纤维、铝纤维、镍纤维等)、碳纤维和有机导电纤维。+有机导电纤维又包括普通纺织纤维镀金属;普通纺织纤维镀碳;碳黑、石墨、金属或金属氧化物等导电性物质与普通高聚物共混或复合纺丝制成的导电纤维;导电高分子直接纺丝制成
14、的有机导电纤维。+这些导电纤维从其结构上可分为导电成分均一型、导电成分被覆型、导电成分复合型三类。+金属纤维:+出现于60年代,最早由美国Bekaert公司推出商品化不锈钢纤维“Bekinox”。+金属材料的纤维化方法包括拉伸法(单丝拉伸法、集束拉伸法,直径835um)、熔融纺丝法(直径835um)、切削法(直径15300um)、结晶析出法(直径0.2-0.8um)等。+使用最多的金属材料为不锈钢,也有铜、铝、镍等。通常制成短纤维,与普通纺织纤维混纺织造,用于防静电地毯和工作服面料。+金属纤维的特点是导电性能好(10-4-10-5 cm),耐热,耐化学腐蚀,但抱合力小,可纺性能差,制成高细度纤
15、维时价格昂贵;成品色泽受限制。多用于地毯和工作服面料;+碳素导电纤维:粘胶基、PAN基、沥青基碳纤维均为良好的导电纤维,且高强、耐热、耐化学药品。但纤维模量高、缺乏韧性、不耐弯折、无热收缩能力,不适合于纺织品使用。碳短纤维可填加于地毯胶乳中,赋予导电性。由由聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等高分等高分子导电材料直接纺丝制成的有机导电纤维,子导电材料直接纺丝制成的有机导电纤维,纺丝困难,价格更高,纺丝困难,价格更高,也难在纺织品中使用。也难在纺织品中使用。+自1977年美国科学家AFHeeger发现聚乙炔有明显的导电能力以来,聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等导电聚合物
16、有迅速的发展,目前加碘聚乙炔的导电能力已达到室温下金属铜的水平(10-4 cm)。但导电聚合物目前尚难应用于纺织品;主链中的共轭结构使分子链僵直,不溶不熔,难以纺丝加工,某些导电聚合物中的氧原子对水极不稳定;某些导电聚合物的单体有毒且怀疑是致癌物质,某些掺杂剂多有毒性,复杂的合成工艺使其制造成本昂贵。+只有聚苯胺可用N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、二甲基丙烯脲(DMDU)、浓硫酸等溶剂、湿法纺丝或干湿法纺丝直接加工成导电纤维,但NMP价格昂贵,浓硫酸对设备的耐腐蚀性提出了苛刻的要求。聚苯胺在导电态是不能熔融的。目前正在研究聚苯胺塑化后熔融纺丝的方法。+帝人公司、BASF公司率先开发了表面涂覆
17、碳黑的有机导电纤维。此后以普通合成纤维为基体,通过物理、机械、化学等途径在纤维表面涂敷固着金属、碳、导电高分子等导电物质的方法出现过许多。此类导电纤维可获得较低的电阻率,导电成分都分布在纤维表面,放电效果好,但在摩擦和反复洗涤后皮层导电物质较易剥落。目前应用较广的碳黑涂敷型有机导电纤维的电阻率通常在103 cm。+合成纤维编织成针织物经化学电镀或真空镀膜,再解编制成导电纤维。美国Rohm and Haas公司用化学镀层方法在尼龙纤维表面镀银制成导电纤维xStatic,东洋纺公司用低温熔融态金属浸渍制成具有金属皮层的导电纤维。Statex公司的Exstat则是采用非电解镀银技术制成的导电纤维。表
18、面金属化导电纤维的电阻率可达到10-4 cm,但耐久性、可纺性和染色性能较差,应用范围受到限制。+将金属粉末或碳黑添加于粘合剂(白乳胶、丙烯酸树脂、环氧PA树脂等),粘合剂定量注射到隙缝上,纤维连续通过隙缝时涂敷于表面。固化后经防水处理,制成导电纤维。电阻率可达10-210-3cm。+日本帝人公司的日本帝人公司的“梅塔莱安梅塔莱安”即以聚酰胺为即以聚酰胺为基材,以此法涂碳黑粉末制得。基材,以此法涂碳黑粉末制得。+采用皮芯复合结构的合成纤维为基材,采用皮芯复合结构的合成纤维为基材,皮层有较低的熔点。纤皮层有较低的熔点。纤维在与碳黑相接触的维在与碳黑相接触的状态下加热,当皮层软化时碳黑嵌入纤维表状
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