产业用纺织品静电性能测试标准概述

(中国产业用纺织品行业测试中心〔广东〕;广州市纤维产品检测院，广州，510220)

静电产生的条件是出现电荷的积聚，即通常所说的带电。带电的方式或机理有多种，最常见的是摩擦带电、接触带电。由于纤维材料，尤其是合成高分子纤维，大多是电的不良导体，一旦带电就极易积聚形成静电［1］。

在日常穿着、使用过程中，由于摩擦、接触带电体产生的静电会使衣物与人体产生黏附现象，使人体感觉不舒适，同时还可能吸附周围环境中的尘埃、细屑等。在特殊的环境中，如在易燃气体、蒸汽或粉末旁，大量积蓄的静电有可能会释放而产生火花，导致火灾或者爆炸等意外事故，对穿着者、周围环境造成严重伤害［2-3］;在医疗领域，医用防护产品如手术衣、手术单等的抗静电性能尤为重要，在手术室中若医用防护产品积聚静电，就容易吸附空气中的颗粒，而一定尺寸的颗粒则可能成为细菌、病毒等病原的载体［4］，严重威胁手术安全及病人的康复;而在电子器件、光学仪器、精密仪器等要求严格的洁净生产车间，为避免造成严重的质量事故［5］，对洁净室用工作服的抗静电性能的要求则更高。

因此，产业用纺织品，如防护服、过滤材料等均对材料的静电性能有明确的要求。国家强制性标准GB 19082—2009《医用一次性防护服技术要求》中要求防护服材料的静电衰减时间不超过0.5 s［6］。欧洲标准EN 1149-5:2008《防护服 静电性能 第5部分:材料性能和设计要求》则规定，静电耗散材料至少需满足以下一个条件:①根据EN 1149-1测试，至少有一面的表面电阻小于或等于2.5×109Ω;②根据EN 1149-3中方法2测试，半衰期t50＜4 s或屏蔽系数 S ＞0.2［7］。GB/T 6719—2009《袋式除尘技术要求》对防静电滤料的要求是，表面电阻小于1010Ω、体积电阻小于109Ω、静电半衰期小于1 s［8］。

静电现象往往在相对湿度较小的条件下更加明显。合成高聚物纤维材料在低湿环境中极易产生静电，而天然纤维正常使用中抗静电性能较好，是由于天然高分子亲水性较佳，容易与空气中的水分结合，改善纤维本身的导电性能，但是在湿度较低的情况下也会发生类似的静电问题。因此，在不同纤维材料的实际应用过程中，如何了解材料的静电性能和潜在威胁，怎样有效地控制风险、解决问题，如何在特定的应用场合选择合适的材料，这些都需要对纤维材料进行测试、评价。本文主要介绍产业用纺织品常用的静电性能测试方法:电阻(率)测试和静电衰减测试。

1 电阻(率)测试

物理学中，电阻是表示材料对电流阻碍作用的大小，电阻越小，表示材料对电流的阻碍作用越小，材料中的电荷就越不容易积聚。电阻率是一个反映材料导电性能的物理量，与材料的长度、横截面积等因素无关，是材料本身的电学性质，由材料本身决定，与温度有关。材料的电阻率是由测得的电阻值通过公式计算得出的。

产业用纺织品电阻的测试通常分为表面电阻和垂直电阻测试。表面电阻测试的原理［9］是:将试样放置于绝缘底盘上，试样上再放置一个特殊的电极装置，加一定电压，在规定的时间后，测量样品的表面电阻，有需要的情况下再计算样品的表面电阻率。垂直电阻测试的原理［10］是:将电极放置于被测材料的正反两面上，加一定电压，在规定的时间后，测量样品的垂直电阻，有需要的情况下再计算样品的垂直电阻率。电阻测试仪通常采用的电极为同心环电极，其剖面结构［9］如图1所示。

图1 同心环电极结构图

目前，产业用纺织品电阻测试采用的标准主要有:国家标准GB/T 22042—2008《服装 防静电性能 表面电阻率试验方法 》［11］、GB/T 22043—2008《服装防静电性能通过材料的电阻(垂直电阻)试验方法》［12］、GB/T 12703.4—2010《纺织品 静电性能的评定 第4部分:电阻率》［13］;欧洲标准 EN 1149-1:2006《防护服 静电性能 第1部分:测量表面电阻率的试验方法》［9］、EN 1149-2:1997《防护服静电性能 第2部分:测量通过材料的电阻(垂直电阻)的试验方法》［10］;美国标准 AATCC 76—2011《纺织品表面电阻试验方法》［14］，以及美国INDA、欧洲EDANA联合发布的非织造布测试标准INDA/EDANA WSP 40.1(08)《非织造布表面电阻的标准试验方法》［15］。

电阻测试方法的优点是能客观反映产业用纺织品材料本身对电流阻碍作用的大小，但在不同使用环境下，材料的电阻会随温度、相对湿度而变化。因此不能直观表征产业用纺织品在具体使用条件下电荷的耗散能力。

2 静电衰减测试

纺织品在使用过程中，带电后电荷衰减的快慢直接导致其是否会发生静电现象。若纤维材料的导电性较好，电荷一旦产生会很快耗散掉，不会导致电荷积聚而发生静电现象;若材料的绝缘性好，电荷不易导走，就容易累积，以致静电现象严重。因此，可以模拟使用过程中纺织品带电后其表面或内部电荷耗散的快慢来评价纺织品的静电性能。根据不同标准，通常采用静电半衰期、静电衰减到初始值10%的时间、屏蔽系数等来表征样品的抗静电性能。

2.1 静电半衰期测试

其测试原理是:在旋转金属平台上，用高压静电场使安装好的试样感应带电，试样上的电压稳定后断开高压电源，通过接地金属平台自然衰减，测定试样所带的稳定的静电压值及其衰减至初始值一半所需的时间。测试装置结构示意图［16］如图2所示。适用标准包括国家标准GB/T 12703.1—2008《纺织品 静电性能的评定 第1部分:静电压半衰期 》［16］、日本标准JIS L1094—1997《纺织品及针织品带电性能试验方法》［17］。静电半衰期测试方法的优点是操作简单、重复性好，缺点是不能有效模拟人体穿着时带电的情形［18］，且对于含导电纤维的试样，若放置试样时导电纤维与接地金属平台接触，则电荷能快速导走;若恰好导电纤维没有接触到接地金属平台，则导电纤维未起作用，其静电衰减速率与普通纺织品类似。因此，同一试样在不同放置条件下得到的测试结果可能差异极大，故此方法不适宜用于含导电纤维织物的评价［2］。

图2 静电半衰期测试装置结构示意图

2.2 静电衰减时间测试

其测试原理是:将样品夹在两个电极之间，施加5 000 V电压，当样品带电压稳定在5 000 V后，断开电压同时电极接地，场强计记录电压降至一定数值(例如500 V)所需的时间。适用标准有INDA/EDANA WSP 40.2(08)《非织造布静电衰减的标准试验方法》［19］，以及美国的 MIL STD 010A—2005《包装材料测试方法》［20］、Federal Test Method Standard Method 101c 4046.1《材料的静电特性》［21］、NFPA 99《健康防护装备标准》［22］。

该测试方法的优点同样是操作简单、测试结果的重现性好。但是试样加压5 000 V并不能保证试样所带电压为5 000 V［18］，对于普通高分子材料，如聚丙烯纺黏非织造布，由于其电阻高达1012～1013Ω，加压5 000 V时，仅能带电500～2 500 V不等。因此，该方法不适用于阻值较高的产业用纺织品的静电衰减性能测试。

此外，可用于评价产业用纺织品静电性能的标准还有欧洲标准EN 1149-3:2004《防护服 静电性能第3部分:测量电荷衰减的试验方法》中的方法二，其测试装置结构示意图如图3所示。与前面两种装置的最大区别在于其加压电极与静电感应探头分别位于样品的两侧，因此该装置还可测试样品的静电屏蔽系数。其测试原理是:在水平放置的试样下面，安装一个不接触试样的电极，对电极提供高压，在试样上方通过一个适当的场强测量探头测量试样的带电情况;随后断开高压，测试样品电量衰减到初加电压一半的时间，评价样品的静电屏蔽效果和电荷衰减时间［23］。

3 结语

目前，对于静电性能检测的方法有很多，欧洲、美国、日本均有其自成体系的测试标准。我国规定了一系列的材料静电性能标准测试方法，其中也参考了一些国外的标准，但这些方法各有优缺点。

图3 静电衰减装置结构示意图

因此，在评价产业用纺织品的静电性能时，应当关注以下几点:①样品调湿的条件和测试的环境对静电性能的测试结果影响较大。笔者试验时发现，同样的样品在不同相对湿度(50%和65%)条件下调湿，表面电阻的测试结果相差一个数量级以上。②测试过程中要尽量消除人为因素的影响。测试时要严格按照规定步骤执行，使用手套、镊子等辅助工具。③采用不同的测试方法。由于测试原理的差异，得到的结果不一定具有明确的相关性，因此，将不同指标综合起来考虑才能全面评价样品的静电性能。

［1］ 戴晴.抗静电织物及其抗静电性能测试方法［J］.中国纤检，2008(8):44-46.

［2］ 陆燕萍，于伟东.国外纺织品静电性能检测简述［J］.中国纤检，2006(12):45-49.

［3］ 杨金纯.抗静电纺织品的测试标准浅析与探讨［J］.中国个体防护装备，2010(5):38-41.

［4］ 国家食品药品监督管理局.YY/T 0506.3—2005病人、医护人员和器械用手术单、手术衣和洁净服 第3部分:试验方法［S］.北京:中国标准出版社，2005.

［5］ 徐明，黄建华，江日金.洁净室服装静电和洁净性能测试方法的研究［J］.产业用纺织品，2008，26(10):36-42.

［6］ 国家质量监督检验检疫总局.GB 19082—2009医用一次性防护服技术要求［S］.北京:中国标准出版社，2009.

［7］ Technical Committee CEN/TC 162.EN 1149-5:2008 Protective clothing，electrostatic properties，Part 5:Material performance and design requirements［S］.布鲁塞尔:欧洲标准化委员会，2008.

［8］ 国家质量监督检验检疫总局.GB/T 6719—2009袋式除尘技术要求［S］.北京:中国标准出版社，2009.

［9］ Technical Committee CEN/TC 162.EN 1149-1:2006 Protective clothing，electrostatic properties，Part 1:Test method for measurement of surface resistivity［S］.布鲁塞尔:欧洲标准化委员会，2008.

［10］ Technical Committee CEN/TC 162.N 1149-2:1997 Protective clothing electrostatic properties，Part 2:Test method for measurement of the electrical resistance through a material(vertical resistance)［S］.布鲁塞尔:欧洲标准化委员会，2008.

［11］国家质量监督检验检疫总局.GB/T 22042—2008服装防静电性能 表面电阻率试验方法［S］.北京:中国标准出版社，2008.

［12］国家质量监督检验检疫总局.GB/T 22043—2008服装防静电性能通过材料的电阻(垂直电阻)试验方法［S］.北京:中国标准出版社，2008.

［13］国家质量监督检验检疫总局.GB/T 12703.4—2010纺织品静电性能的评定 第4部分:电阻率［S］.北京:中国标准出版社，2011.

［14］ AATCC Committee RA32.AATCC 76—2011 Electrical surface resistivity of fabrics［S］.美国纺织化学师与印染师协会，2011.

［15］ INDA，EDANA.WSP 40.1(08)Standard test method for surface resistivity of nonwoven fabrics［S］.美国非织造布协会，欧洲用即弃及非织造材料协会，2008.

［16］国家质量监督检验检疫总局.GB/T 12703.1—2008纺织品静电性能的评定 第1部分:静电压半衰期［S］.北京:中国标准出版社，2008.

［17］日本工业标准委员会.JIS L1094—1997 Testing methods for electrostatic propensity of woven and knitted fabrics［S］.日本工业标准委员会，1997.

［18］韩希海.洁净服性能检测与标准探索［D］.上海，东华大学，2010.

［19］ INDA，EDANA.WSP 40.2(08)Standard test method for electrostatic decay of nonwoven fabrics［S］.美国非织造布协会，欧洲用即弃及非织造材料协会，2008.

［20］美国国防部.MIL STD 3010A—2005 Test procedures for packaging materials［S］.美国:HIS，2005.

［21］美国联邦标准协会.Federal test method standard method 101c 4046.1:Electrostatic properties of materials［S］.美国:HIS，1969.

［22］美国消防协会.NFPA 99 Standard for health care facilities［S］.美国:HIS，2005.

［23］ Technical Committee CEN/TC 162.EN 1149-3:2004 Protective clothing， electrostatic properties，Part 3:Test methods for measurement of charge decay［S］.布鲁塞尔:欧洲标准化委员会，2008.