纺织品负离子发生量测试方法研究

张小霞，吴虹晓，李 云，王国和

(1.苏州大学 纺织与服装工程学院，江苏 苏州 215006；2.现代丝绸国家工程实验室，江苏 苏州 215123)



纺织品负离子发生量测试方法研究

张小霞1,2，吴虹晓1，李 云1,2，王国和1,2

(1.苏州大学 纺织与服装工程学院，江苏 苏州 215006；2.现代丝绸国家工程实验室，江苏 苏州 215123)

在分析已有纺织品负离子发生量测试方法的基础上，以自行研制的负离子聚丙烯非织造材料为试验样品，选用COM-3200PRO Ⅱ型空气负离子检测仪，测试样品在密闭环境中静置状态时的负离子发生量，探讨测试时间、测试距离、样品摆放方式、样品相对表面积等因素对纺织品负离子发生量测试的影响，进而建立了纺织品负离子发生量测试方法：在恒温恒湿条件下，试样以水平方式放置于绝缘密闭的测试仓内静置900 s以上，测试距离为5 cm，相对表面积≥1×10-3，每次测试前对测试仓进行换气处理。

纺织品；负离子；发生量；测试方法；测试时间；测试距离；样品摆放方式；样品相对表面积

空气负离子被誉为“空气维生素和长生素”，其浓度被列为衡量空气质量好坏的一个重要指标[1]。空气负离子具有杀菌、降尘、提高免疫力和调节机能平衡的功效，十分有益于人体的健康[2]。根据研究发现，穿着具有负离子发射功能的睡衣睡觉时，直肠温度会降低，有助于深度睡眠，同时也会加强身体免疫力[3]。因此在纺织品生产过程中添加负离子粉体等可激发空气产生负离子的物质，制成负离子纺织品，应用于家纺及室内装饰物等，将大大提高纺织品的附加值[4]。

电气石内部存在永久性电极，它的特性是环境发生温差或压差变化(即使是细小变化)时，该粉体晶体间会形成电势差，瞬时产生约百万伏特的静电压，周围空气中部分气体原子或分子被电离，形成游离电子，并与未电离的空气分子结合，从而形成空气负离子[5]。研究表明，把电气石等天然无机矿物粉体与高聚合物混炼纺丝成纤维，制备出具有产生负离子功能的纺织品，应用到实际生活中，可使人类生活的空气中无时无刻地产生着负离子，这种方法可以有效改善人们生活的环境条件。

负离子发生量(Q，单位“个/cm3”)是用来衡量纺织品释放负离子能力的一个重要指标，其值是由空气负离子检测仪按照一定的测试方法测得，但现有的测试方法并没有统一的标准和规范，导致测试结果差异极大。因此，本文通过对现有纺织品负离子发生量测试方法的分析，探讨相关因素对测试方法的影响，进而形成一套较为合理的纺织品负离子发生量测试方法。

1 现有纺织品负离子发生量测试方法的对比分析

目前有多种纺织品负离子发生量的测试方法，可归纳成两种类型7种方法：一种是开放型，即在开放的环境中测试纺织品负离子发生量，包括静置法和手搓法；另一种是封闭型，即在相对密闭且稳定的小环境中进行测试，包括负离子测定室法、负离子测试箱法、平摩式测试法、悬垂摆动式法和FCL织物负离子测试方法(以下简称FCL法)。

1.1 现有7种测试方法对比分析

1.1.1 静置法

1.1.2 手搓法

手搓法[7]用手握住试样，在距离空气离子测试仪端口1～2 cm处，以200次/min的频率搓动试样1 min，收集测量数据，取其平均值作为每次测试的结果。此方法操作简单，但偶然误差较大、重现性差。其影响原因主要有：①不同测试者的手温、力度等差异；②开放环境里的电气设备、强导电体、空气的流动等影响。

1.1.3 负离子测定室法

负离子测定室法[8]需要建立一个环境条件稳定的测定室，要求其完全密闭，保证不受环境因素的影响，在测定室内进行纺织品负离子发生量的测试。此测定室加工要求严格，使得成本太高，且测试中不能排除人为影响。

1.1.4 负离子测试箱法

负离子测试箱法[9]是将试样裁剪成尺寸如A4纸大小，在绝缘的亚克力测试箱内，用手握住试样并小幅摆动来测试负离子发生量。缺点是人为因素使操作不能量化，要求不能规范化，测试结果不稳定。

1.1.5 平摩式测试法

平摩式测试法[10]是采用全自动色牢度摩擦测试仪作为负离子发生装置，将其产生的水平摩擦运动效果作用在试样上，模拟织物在摩擦受力情况下产生负离子。从物理学角度此方法较适用于摩擦产生正负电荷的现象，但在纺织品实际使用过程中通过摩擦以产生负离子的方法是否具有可行性值得商榷，且该摩擦装置能否在测试中获得满意的效果，还有待进一步的研究。

1.1.6 悬垂摆动式法

悬垂摆动式法[11]需要制作一个悬垂摆动激发装置，测量织物在摆动状态时的纺织品负离子发生量。此法可模拟悬挂式纺织品负离子发生量的测试，但无法模拟测试受到摩擦作用时面料的负离子发生量。

1.1.7 FCL法

FCL法[12]同样利用全自动色牢度摩擦测试仪作用于面料，测试环境为标准大气下的测试仓内(长×宽×高≥700 mm×40 mm×40 mm，无底面)，测试织物的负离子发生量。计算方法为，3次以上测试结果的平均值作为样品测试结果，且保证测试环境一致。虽然该法测试原理与平摩式测试法没有本质区别，但试验的结果不应该取3次以上测试结果的平均值，而应该取稳定曲线段的3～5个峰值的平均值。

所有可用的挥发性有机化合物的测量方法都是有选择性的，可以测量和准确地量化。没有人能够测量共同存在的所有挥发性有机化合物。一些测量被称为“TVOC浓度”——空气中同时存在多个VOCs的总浓度。

1.2 现有测试方法存在问题及其解决对策

通过对上述7种测试方法的分析，归纳出4个方面的问题并提出解决方法：

1)开放式环境中测试纺织品负离子发生量会受到周围环境的影响，随着测试时间的推移，周围环境中负离子浓度也会发生变化，造成每次试验的初始条件不一致，导致测试误差[13]，因此测试时应设计为在一个密闭的测试环境下进行。

2)纺织品在受到额外的物理刺激后会产生的负离子浓度，较静置状态时多[14]，有研究者采用某种动力装置(如摩擦仪等)作用于纺织品，虽然该方法能得到比较理想的数据，但是也带来了新问题，比如动力装置的选择标准、使用方法等，使得试验数据不具备可比性。

3)一些纺织品在实际使用时，并没有处于持续受力状态(如摩擦、摆动等)，故测试其受到刺激后产生的负离子发生量，与实际情况不符合。因此为避免动力装置的差异造成试验数据误差，本文选择测试静置状态下的纺织品负离子发生量，测得数据具有较好的准确性、稳定性和重现性。

4)同一种测试方法因受到某些因素的影响，导致测试结果不准确，需要对不同影响因素进行研究，使测试方法更合理、规范。因此本文讨论起始时间(T)、测试距离(L)、摆放方式和相对表面积(S/V)对纺织品负离子发生量测试方法的影响规律。

2 纺织品负离子发生量的测试仪器、测试仓及样品

负离子检测仪要求可以测量空气离子浓度，分辨正负离子，以及被测离子的大小。明确测试对象、选择专业的空气离子检测仪是建立测试体系的关键。按1.2中第一条的解决对策要求，为测试制作一个密闭测试仓，保证测试在密闭稳定环境中进行。将自制的负离子聚丙烯非织造材料研制成符合试验要求的样品。

2.1 测试仪器

COM-3200PRO Ⅱ空气离子检测仪(日本COM SYSTEM INC)。

2.2 测试仓研制

为了给测试提供一个密闭稳定的空间，防止外来因素对试验结果的影响，本文针对GB/T 30128—2013《纺织品 负离子发生量的检测和评价》[15]中5.2的要求，设计并制作了有机玻璃测试仓，如图1所示。

图1 测试仓示意Fig.1 Schematic diagram of test bin

测试仓是透明密闭的长方体，内部尺寸为(560±2) mm×(300±2) mm×(210±2) mm，由上盖板、侧板及底板等组成。仓体材料选用厚度为3 mm的无色透明有机玻璃板材，具有易于加工、透明、质轻、操作方便等优点。上盖板上安装有一个小把手，以方便打开测试仓、样品和仪器的放置或取出，以及给测试仓换气。侧板有4块，其中一块侧板有一个直径为5mm的圆孔，用于连接电脑记录仪。侧板与上盖板及底板之间的缝隙，采用塑料薄膜包覆，并采用胶带密封。

2.3 试验样品

试验样品设计为两种规格的聚丙烯非织造材料(采用ROC-MB 300型熔喷纺丝设备自行研制，负离子粉体——纳米钛、金、锗的含量为4%)，该材料具有良好的负离子释放性能，其中A组样品用于研究起始时间、测试距离和摆放方式因素，B组样品用于研究相对表面积因素。规格为：1)样品A，平方米质量120 g/m2，100 mm×100 mm；2)样品B1～B4，平方米质量30 g/m2，B1为50 mm×50 mm、B2为100 mm×100 mm、B3为200 mm×200 mm、B4为200 mm×400 mm。

3 各因素最佳测试水平的研究及分析

按1.2中第四条的解决对策要求，本文选择T、L、摆放方式和S/V四个因素，探讨各因素对封闭环境中静置的纺织品负离子发生量测试的影响规律，并选择每个因素的最佳测试水平作为测试条件，以形成一套测试方法。试验在温度为(24±2) ℃，相对湿度为95%±5%的试验环境下进行，每个因素水平试验重复3次，取其平均值作为测量结果，并计算对应的误差条添加到数据图中来表征数据的分布，其中误差条的高度为±标准差。为了尽可能减小环境负离子本底浓度对测试结果的影响，首先对测试仓内环境负离子本底浓度值进行测试，结果为60个/cm3，不会影响测试结果。

3.1 起始时间

研究测试的起始时间，是为了了解在密闭环境中放入纺织品试样后负离子浓度随时间的变化规律，以选择准确的测试起始时间，避免测试误差。

选取A样品，将试样水平放置于检测仪内，迅速关闭测试仓，开始测定纺织品的负离子发生量，同时使用电脑软件采集2700 s内数据，其Q-T关系曲线如图2所示，计算3次试验结果的CV值为1.11%，说明试验的重复性好。当时间为0～900 s时曲线不断上升，900 s以后曲线变化逐渐稳定，测试仓中纺织品负离子发生量处于动态平衡状态，读取这段曲线上5个峰值，计算平均值，作为每组样品的负离子发生量，结果保留至整数位。因此，开始测试前，应将纺织品静置在测试仓中900 s以上。

图2 Q-T关系曲线Fig.2 Q-T curve

3.2 测试距离

负离子在空气中相互碰撞、聚集，形成大离子或中离子，迁移速度会减慢，其迁移范围有限。为了找到准确的测试点，研究负离子浓度随距离的变化规律，以选择合理的测试距离，避免测试误差。

测试距离是指试样到检测仪进气口的垂直距离。测试距离如3图所示，L为变量，分别取0、1、3、5、8 cm作为5个试验水平；h表示检测仪进气口到测试仓底板的距离，为定值1 cm。纺织品Q-L变化折线如图4所示，每组试验进行3次测试，计算每个水平试验结果的CV值为1.71%～9.75%，说明试验的重复性较好。随着距离增大，负离子发生量先逐渐增大，5 cm时，测得最大值为830个/cm3，继续增大距离，负离子发生量迅速下降。测试距离过小时，试样离检测仪进气口太近，阻碍了空气的流通，负离子发生量较小；距离过大时，负离子的生命周期很短，试样产生的负离子来不及被检测仪测试就已经消失，负离子发生量降低[6]。因此，最佳测试距离为5 cm。

图3 测试距离示意Fig.3 Schematic diagram of test distance

图4 Q-L变化折线(n=3)Fig.4 Line chart of Q-L

3.3 摆放方式

纺织品的摆放方式会影响检测仪前方空气流通，继而使得进入检测仪内的负离子数量不同，造成试验误差。选择3种摆放方式，分别为水平摆放方式M1、垂直摆放方式M2和圆筒摆放方式M3，如5图所示，L=5 cm。

图5 三种摆放方式Fig.5 Schematic diagram of three display modes

纺织品Q-摆放方式如图6所示，每组试验进行3次测试，计算每个水平试验结果的CV值为1.41%～5.88%，说明试验的重复性好。水平摆放方式测得的负离子发生量最大，圆筒摆放方式次之，竖直摆放方式最小。竖直摆放方式挡住了检测仪进气口前方空气流动，导致测试仓里的空气不能很好地循环流动，测得负离子发生量较小；圆筒摆放方式能增强空气循环，但缩小了纺织品的二维平面范围，空气与纺织品接触几率减小，产生的负离子也减少。因此，水平摆放方式最佳。

3.4 相对表面积

纺织品的表面积及测试仓的体积对测试结果影响很大，实际使用中将纺织品放置到人们生活的居室内，如使用的纺织品表面积越大，居室体积越小，其产生的负离子浓度会越高[5]。因此，本文把样品表面积与测试仓体积的比定义为相对表面积(S/V)。比值参考纺织品面积与普通房间体积的比，样品表面积选取B1～B4试样，即为2.5×103、1×104、4×104、8×104mm2，测试仓体积近似等于3.5×107mm3，得到相对表面积分别为7×10-5、3×10-4、1×10-3、2×10-3，模拟实际使用情况中纺织品负离子发生量。

图6 Q-摆放方式条形示意(n=3)Fig.6 Bar chart of Q-display modes (n=3)

纺织品Q-S/V变化如图7所示，每组试验进行3次测试，计算每个水平试验结果的CV值为2.50%～7.05%，说明试验的重复性好。相对表面积较小时，负离子发生量较小，相对表面积达到1×10-3时，测得负离子发生量比较大，值为360个/cm3。负离子产生和保存的时间很短，在空气中移动时，会与带有异种电荷的轻、重离子发生中和反应，也会与中性致密微粒结合而失去电性[13]，从而负离子浓度会维持在一定的范围内。因此，测试最佳相对表面积为≥1×10-3。

图7 Q-S/V变化折线(n=3)Fig.7 Line chart of Q-S/V (n=3)

4 结 论

通过对比分析现有的纺织品负离子发生量测试方法，研究起始时间(T)、测试距离(L)、摆放方式和相对表面积(S/V)四大主要因素对测试方法的影响规律，结果表明：

1)静止状态下，测得的纺织品负离子发生量能代表一些纺织品在实际中使用的情形；纺织品负离子发生量测试需要在密闭稳定的环境中进行。

2)纺织品Q-T变化会趋于动态平衡状态，所需时间为900 s，因此纺织品负离子发生量测试的起始时间为900 s；L=5 cm时，测得负离子发生量最大值为830个/cm3，因此纺织品负离子发生量的最佳测试距离为5 cm；三种摆放方式中水平摆放方式测得的负离子发生量最大；S/V=1×10-3时，测得负离子发生量最大为360个/cm3，因此纺织品负离子发生量的最佳相对表面积≥1×10-3。

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Study on measurement method of anion-generating capacity of textiles

ZHANG Xiaoxiao1,2, WU Hongxiao1, LI Yun1,2, WANG Guohe1,2

(1. College of Textile and Clothing Engineering, Soochow University, Suzhou 215006, China; 2. National Engineering Laboratory for Modern Silk, Suzhou 215123, China)

Based on analyzing the existing test methods for anion-generating capacity, this paper takes self-developed anion polypropylene non-woven materials as the test sample, uses COM-3200PRO Ⅱ air anion counter to test anion-generating capacity of static anion textiles in sealed test bin and discusses the influence of test time, test distance, display mode and relative surface area on anion-generating capacity of textiles. Then, the test method for anion-generating capacity is established as follows:in the condition of constant temperature and humidity, the sample is placed into the sealed test bin horizontally for at least 900 s, and the test distance is 5 cm; relative surface area≥1×10-3. In addition, the bin is ventilated before each test.

textiles; anion; generating capacity; test method; starting time; distance of test; display mode; relative surface area

��与技术

10.3969/j.issn.1001-7003.2016.10.004

2016-04-11;

2016-10-08

张小霞(1989-),女，硕士研究生，研究方向为纺织材料与纺织品设计。通信作者：王国和，教授，wangguo he@suda.edu.cn。

TS107.4

A

1001-7003(2016)10-0017-06 引用页码:101104