几种过滤材料的静电性能测试及分析

卢亚菁，布莎莎，柳静献，毛宁，孙熙

（1.太原工业学院，太原 030008；2.东北大学滤料检测中心，沈阳 110819）

静电火花是导致袋式除尘器发生火灾与爆炸事故最主要的原因[1]。滤袋多为绝缘体，颗粒物也多为绝缘体，随着滤料与粉尘、气流的摩擦会产生静电，若静电的产生量大于泄漏量便会产生电荷的积累，静电增强，静电电压不断增高，最终会产生火花放电。因此，在袋式除尘器的使用过程中，有必要对滤料的静电性能进行研究，以减少静电火花的产生，确保安全生产。

1 五项指标要求

《袋式除尘器技术要求》（GB/T 6719-2009）中规定防静电技术的五项指标为：摩擦荷电电荷密度＜7μC/m2、摩擦电位＜500V、半衰期＜1s、表面电阻＜1010Ω、体积电阻＜109Ω。防静电技术要求以上五项指标全部达标，只要有一项不达标均有可能引起爆炸。

2 织物静电性能测试方法

纺织品静电性能的测试方法主要根据《纺织纤维制品静电性能的标准与测试》（GB/T12703）系列标准[2]，如表1所示。

表1 纺织品的静电性能的测试方法

3 试验内容及装置

3.1 摩擦荷电电荷密度

测试过程：滤料的经向和纬向随机各取3块作为试样，将试样的一端缝制为套状，并插入有机玻璃棒。用双手握住摩擦棒的两端，并均匀地对摩擦棒施加压力，将摩擦棒从前向后拉以摩擦试样。注意在摩擦试样地过程中摩擦棒不得转动，反复摩擦十次，注意保持摩擦的频率为每分钟一次。摩擦结束后立即握持绝缘棒的一端，投入法拉第筒内，读取试样投入法拉第筒内时的电位。再重复测试试样4次，根据q=CV/A求得试样带电电荷密度。将5次结果按大小排序，取中间3个值的平均值，并以此作为一块试样的测试值。

3.2 摩擦电位

该试验的测试仪器为LFY-402织物摩擦式静电测试仪，测试时首先用1.0级接触式静电表对测量电极的电压进行标定，使测量电极与试样框架平面的距离为15±1mm。随机采样四块，大小为8cm×8cm，将试样分别夹在转鼓的样品夹上，调整夹于标准布夹间的标准布位置，标准布在500g负载下保持一定的张力，并与样品进行切线方向摩擦，并对其进行消电处理，然后开动电机，使转速保持400r/min，1min内样品带电的最大值即为摩擦电位。改变样品经纬方向，再次测量[3]。

3.3 表面电阻率

根据标准《固体绝缘材料体积电阻率和表面电阻率的试验方法》（GB/T 1410-2006），采用FTY-406材料电阻率测试仪进行测试。测试时，电压线连接至圆环电极，测试线连接到中心电极，地线连接至金属板电极。通过不同档位的直流电压加在试样上再用标准电阻取样放大微弱的电流，然后从高阻计上读出表面电阻。

表面电阻率可经过计算得到，计算公式为：

3.4 体积电阻率

3.5 半衰期

测试时，使试样在高压静电场中带电，带电情况稳定后断开电源，然后通过接地金属台进行自然衰减放电，直至电压衰减为初始值的一半，记录下时间。同一块试样进行2次试验，计算平均值作为该块试样的测量值。对3块试样进行同样试验，并取平均值。

4 滤料静电性能测试结果与分析

4.1 过滤材料静电性能测试结果

对玄武岩、P84、涤纶、芳纶、PPS、PTFE、经向导电涤纶纤维、面层均匀导电涤纶纤维8种针刺过滤材料的五项静电性能指标进行测试，测试室温为22℃、相对湿度为32%，普通滤料静电特性见表2、表3，涤纶抗静电滤料静电特性见表4。

表2 玄武岩、P84、涤纶、芳纶针刺滤料静电性能指标

表3 PPS、PTFE针刺滤料静电性能指标

表4 涤纶抗静电滤料静电性能指标

4.2 8种过滤材料静电性能对比分析

（1）摩擦荷电电荷密度

摩擦面电荷密度表征了过滤材料摩擦后产生电荷量的大小，其值越小，说明越不容易带电，抗静电能力越强。由图1可看出，摩擦面电荷密度：P84＜面层均匀导电涤纶纤维＜芳纶＜经向导电涤纶纤维＜玄武岩＜涤纶＜PTFE＜PPS。

图1 8种过滤材料的摩擦面电荷密度

（2）摩擦电位

摩擦电位越低说明过滤材料越不容易积累电荷，抗静电能力越强。由图2可看出，摩擦电位：面层均匀导电涤纶纤维＜芳纶＜经向导电涤纶纤维＜P84＜涤纶＜玄武岩＜PPS＜ PTFE。从表3可看出，虽然仅从摩擦60s后得到峰值电压来看，PTFE比PPS容易堆积电荷。但当磨料夹松开，摩擦停止后，衰减计时继电器开始计时，静电开始释放，除PPS外的其他几种过滤材料的摩擦电位均在摩擦停止后开始降低。PPS的衰减电压却比摩擦停止时得到的峰值电压还要高，说明PPS和空气摩擦都能积累电荷，抗静电能力差。

（3）表面电阻率

表面电阻率的减小会加快过滤材料上电荷消散，增强导电性能。由图3可看出，表面电阻率：面层均匀导电涤纶纤维＜PPS＜经向导电涤纶纤维＜PTFE＜涤纶＜玄武岩＜芳纶＜P84。

图2 8种过滤材料的摩擦电位

图3 8种过滤材料的表面电阻率

（4）体积电阻率

体积电阻率越小，过滤材料上电荷消散的速率越快，其导电性能就越强，抗静电能力就越强。由图4可看出，体积电阻率：面层均匀导电涤纶纤维＜涤纶＜经向导电涤纶纤维＜芳纶＜PTFE＜玄武岩＜P84＜PPS。

图4 8种过滤材料的体积电阻率

（5）半衰期

半衰期的长短说明过滤材料电荷散逸程度的快慢，半衰期越小其抗静电能力就相对较强。由图5可看出，半衰期：玄武岩＜面层均匀导电涤纶纤维＜经向导电涤纶纤维＜涤纶＜芳纶＜P84。

图5 6种过滤材料的半衰期

5 小结

通过对比以上8种国内主要类型的过滤材料的五项静电性能指标，可得出：抗静电滤料静电特性比普通滤料抗静电特性要好很多。因此，减少过滤材料产生的静电火花，应使用经向导电涤纶纤维、面层均匀导电涤纶纤维等防静电滤料。

参考文献：

[1] 周善训.CCP、CCY防静电除尘滤料[J].劳动保护，1992（7）：12-14.

[2] 倪冰选，张鹏.纺织纤维制品静电性能的标准与测试[J].印染，2013（4）： 40-45.

[3] 王金波，孙熙，柳静献，等.袋式除尘器滤料及配件手册[M].沈阳：东北大学出版社，2007.