导电纱线导电性能测试方法探讨

余秀艳 胡 广 赵明慧 郭会清 刘晓丹

(1.河南省纺织产品质量监督检验院，河南郑州，450000；2.河南省纤维检验局，河南郑州，450000；3.郑州海关，河南郑州，450003)

1 国内外研究现状

目前，国内外已经建立了一些有关纺织品电阻的测试方法和标准。对于形态不同的纤维、纱线和织物，采用的测试方法和指标各不相同。纤维采用平行夹持器极板或平行极板箱，电阻指标为体积比电阻或质量比电阻。纱线则采用平行的夹持器型极板，伸直平行的试样被夹持于其间，测量其体积或质量比电阻[1-3]。织物有表面电阻和垂直电阻之分，表面电阻采用点对点电极、同心圆环式电极和平行平板电极法进行测量，垂直电阻采用平行的圆板电极测量[4]。由于测量方法和表征指标不同，纤维和纱线的电阻与织物的电阻(如表面电阻)之间无法联系起来，甚至表面电阻、点对点电阻之间也没有明确的关系。因此，为了更好地研究织物的导电或防静电性能，有必要对其导电性能进行深入地探讨，而研究导电纱线导电性能的测试方法是十分必要的。

2 试验

在规定的温度和相对湿度大气条件下，用电阻测试仪测量绕在制样板上的一组平行导电纱线的电阻值，计算其单位电阻或质量比电阻。

通过借鉴国内外相关产品相关参数的测试方法，每个样品选取5个试样，在同样的试验条件下分别进行测试，取平均值，以保证试验结果准确性、可靠性。通过分析不同试验根数、温度、相对湿度对电阻值的影响，找出最适宜的试验用测试条件。

2.1 仪器设备

试样连接装置示意图如图1所示。

图1 试验装置连接示意图

1-电阻测试仪；2-测量电极；3-样品电极；4-恒温恒湿测试箱实验舱；5-测量孔；6-试样架

电阻测试仪测量电压设置直流100 V。测量范围：1×100Ω～1×1014Ω。测量精度：电阻不大于1011Ω时，精度±5%；电阻大于1011Ω时，精度±20%。恒温恒湿测试箱在温度5 ℃～50 ℃、相对湿度20%～65%范围内可调，精度±5 ℃，±2%。测试箱可引出电极导线，引出导线处不影响箱内温湿度稳定。导电纱线试样装置的制样板采用高绝缘性材料，电阻率不小于1×1014Ω·m，规格250 mm×220 mm×2 mm。在制样板夹持端正反面，对齐边缘，各安装一张宽25 mm，厚度小于0.5 mm的夹持铜片，如图2所示。

图2 测试样板

1-制样板；2-夹持面；3-夹持翼；4-电极夹；5-试样；6-夹持铜片

试样架尺寸与测试箱内部空间相适应，底面平整，设置有若干平行的制样板插槽，可稳固承载制样板。插槽间距应保证相邻制样板夹持电极的两翼间距不小于50 mm。电极夹夹持力不小于10 N，电极夹夹持制样板时，应接触紧密，导电良好，接触夹持面长度大于15 cm。

该检测装置参考现有的纱线黑板疵点检测方法，通过改进黑板材料性能与结构而实现，成本较低，操作方便，该检测装置为导电纱线的阻值量化检测方法奠定测试基础。导电纱线的检测装置已申请实用新型专利(201720609036.9)。

电子天平称量范围0 g～100 g，分度值0.1 mg。

2.2 试样

本测试方法适用于电阻率在1×100Ω·m～1×1012Ω·m之间的导电纱线。

同一品种导电纱线，随机抽取5个筒纱。每筒取1个试样，共5个试样。测试样品不得有破损、污染。用摇黑板机将筒纱在规定张力下按规定圈数绕在制样板上，使制样板上的导电纱线平行排列、间距均匀、相互不重叠，且在电极有效夹持范围内。共制成5个测试样板，每个测试样板共有2倍圈数的导电纱并联。

2.3 试验步骤

将试样架放入测试箱内，并将所有电极导线通过测试孔引出箱外，密封测试孔。将制好的测试样板按顺序放入测试箱内的试样架上，依次连接好导线，关闭测试箱门。开启测试箱，按规定设置温湿度，对试样进行平衡，平衡时间不少于4 h。试样达到平衡后，将测试样板电极导线与电阻测试仪连接，开启电阻测试仪，设置电压100 V，通电1 min，读取电阻值，做好记录。重复上一步骤依次完成5个测试样板的电阻测试，并记录数据。立即对每个试样称重，样品的有效质量为称重读数的80%，保留3位有效数字。需要说明的是，样品的有效质量未考虑测试样板的厚度，精确计算时应考虑测试样板厚度对有效质量的影响。

2.4 结果计算

单位电阻指导电纱线的单位长度电阻值(RL)，以Ω/cm为单位，按式(1)计算。

(1)

质量比电阻ρm按式(2)计算。

(2)

式中：ρm为试样的质量比电阻(Ω·g/cm2)，ρmi为第i个试样的质量比电阻(Ω·g/cm2)。

单位电阻、质量比电阻试验结果按GB/T 8170《数值修约规则与极限数值的表示和判定》的规定修约为两位有效数字。

3 结果与讨论

3.1 试验根数对电阻的影响

选取7种导电纱线，分别制成不同根数的导电纱线试样，每种均为5个试样，测量其电阻值，计算质量比电阻。不同试验根数条件下的质量比电阻如表1所示。

表1不同试验根数条件下的质量比电阻

测试根数/根质量比电阻/Ω·g·cm-2 1 2 3 4 5 6 7 1009080706050403020108.4×1028.4×1028.4×1028.4×1028.3×1028.3×1028.0×1028.0×1028.0×1027.6×1021.3×1031.3×1031.3×1031.3×1031.2×1031.2×1031.2×1031.2×1031.2×1031.2×1034.5×10-24.2×10-23.6×10-23.6×10-23.2×10-23.3×10-23.1×10-22.9×10-22.8×10-22.9×10-21.8×1031.8×1031.8×1031.7×1031.7×1031.7×1031.7×1031.7×1031.6×1031.8×1031.7×1021.7×1021.7×1021.7×1021.7×1021.7×1021.8×1021.7×1021.7×1021.7×1022.1×1042.0×1042.0×1042.0×1042.0×1042.0×1042.0×1042.0×1041.9×1041.9×1042.5×1072.5×1072.4×1072.4×1072.4×1072.4×1072.4×1072.2×1062.0×1062.0×106

从表1可看出，试验根数为50根时导电纱线的质量比电阻比较稳定。因此，当导电纤维在纱线中分布均匀性良好时，用50根(25圈)导电纱线制成的样品，测量的试样长度共计10 m，能够得到稳定的测量结果。

测量结果的重复性按式(3)计算：

(3)

选取每个测试样品50根时的试验数据，计算的测量结果的重复性如表2所示。

表2测量结果重复性

样品编号单位电阻/Ω·cm-1 1 2 3 4 5 平均单位电阻/Ω·cm-1测量结果重复性仪器测量精度12345671.57×1067.97×1054.02×1066.76×1014.38×1057.97×1075.99×10101.58×1067.96×1054.01×1066.48×1014.24×1058.12×1076.32×10101.60×1068.03×1054.18×1066.31×1014.58×1057.89×1076.12×10101.60×1067.94×1053.89×1066.55×1014.18×1058.28×1076.29×10101.59×1068.17×1054.12×1067.11×1014.32×1058.29×1076.72×10101.59×1068.01×1054.04×1066.64×1014.34×1058.11×1076.29×10101.32×1049.35×1031.12×1053.07×1001.54×1041.80×1062.76×10107.95×1044.00×1042.02×1053.32×1002.17×1044.06×1063.14×1010

由表2可看出，测量结果重复性均小于仪器测量精度引起的误差，测量重复性合理。

3.2 试验温度对电阻的影响

选取7种导电纱线50根(25圈)样品，在相对湿度35%、不同温度的条件下调湿，达到平衡后进行测量。每种导电纱测试5个试样。不同温度条件下的单位电阻如表3所示。

从表3可以看出，在5 ℃～50 ℃温度范围时，导电纱线的电阻值(单位电阻)比较稳定，基本上不随温度的变化而改变。因此，为了与相关标准协调一致，选择的温度条件为(20±5)℃[5]。

表3不同温度条件下的单位电阻

测试根数/根单位电阻/Ω·cm-1 1 2 3 4 5 6 7 51015202530354045503.4×1063.4×1063.4×1063.4×1063.4×1063.5×1063.5×1063.6×1063.6×1063.7×1061.6×1061.6×1061.6×1061.6×1061.6×1061.6×1061.6×1061.6×1061.6×1061.6×1061.8×1071.8×1071.7×1071.5×1071.5×1071.5×1071.6×1071.6×1071.6×1071.6×1071.3×1021.4×1021.4×1021.4×1021.4×1021.4×1021.3×1021.4×1021.3×1021.5×1029.7×1059.6×1059.6×1059.6×1059.6×1059.7×1059.6×1051.0×1069.0×1059.0×1059.8×1071.9×1082.2×1082.2×1082.2×1082.2×1082.4×1082.4×1083.8×1083.8×1088.9×10109.7×10109.9×10109.9×10109.9×10101.0×10111.0×10111.2×10111.2×10111.2×1011

3.3 试验相对湿度对电阻的影响

选取7种导电纱线50根(25圈)样品，在温度20 ℃、不同相对湿度的条件下达到平衡后进行测试。每种导电纱线样品测试5个试样。不同湿度条件下的单位电阻如表4所示。

从表4可以看出，在25%～65%的相对湿度范围内，1号、2号导电纱线的单位电阻保持不变，其余导电纱线的单位电阻略有增加，总体来说，数据比较稳定。由于纱线具有吸湿性，特别是棉和粘胶纤维吸湿性较强，在高湿环境下电阻显著下降，影响测量结果，所以选择相对湿度条件为(35±5)%。

表4不同湿度条件下的单位电阻

相对湿度/%单位电阻/Ω·cm-1 1 2 3 4 5 6 7 2530354045505560653.2×1063.1×1063.2×1063.2×1063.2×1063.2×1063.2×1063.2×1063.2×1061.6×1061.6×1061.6×1061.6×1061.6×1061.6×1061.6×1061.6×1061.6×1061.1×1071.1×1071.1×1071.1×1071.1×1071.1×1071.2×1071.2×1071.2×1079.2×1019.9×1019.9×1019.9×1011.0×1021.0×1021.1×1021.0×1021.1×1028.9×1059.1×1059.2×1059.3×1059.4×1059.5×1059.5×1059.7×1051.0×1062.0×1082.1×1082.1×1082.1×1082.1×1082.2×1082.2×1082.4×1082.8×1089.9×10101.1×10111.1×10111.1×10111.1×10111.2×10111.5×10111.5×10111.8×1011

4 结束语

导电纱线的导电性能可以在温度(20±5)℃，相对湿度(35±5)%的大气条件下，对50根导电纱线并联组成的试样进行测量，用计算出的单位电阻来表征。选定的该温湿度条件与其他现行相关标准相一致。将该测试方法所得的试验数据与计量检测机构及导电纱线生产企业进行对比，测试结果一致，试验结果的复现性好。该测试方法是对现有纱线和织物导电性能测试标准体系的补充和完善，对纺织产品尤其是具有导电或防静电要求的功能型和特种纺织品具有重要的现实意义。