基于红外成像原理的防静电面料中导电纤维分布的快速测定技术研究

2024-05-02彭琪琪凌青梅龙啸云孙启龙

纺织报告 2024年3期

杨森，彭琪琪，凌青梅，龙啸云，孙启龙

（1.江苏省特种安全防护产品质量监督检验中心，江苏泰州 225300；2.陕西应用物理化学研究所，陕西西安 710000；3.南通大学，江苏南通 226019）

合成纤维是人们日常生活中广泛使用的纺织材料，但其表面电阻率常大于1 013 Ω/cm，制成的工作服易产生静电，而静电放电会引发精密电子设备损坏、易燃物起火爆炸、人体产生不适感等问题，存在严重的安全隐患[1-3]。防静电面料多由混纺或嵌织导电纤维材料制备而成，可以有效减少服装上的静电积聚，减少安全隐患，从而达到预防事故发生的目的[4-5]。目前，防静电面料已经被广泛应用于航空航天、汽车、电子、机械、化工、通信、建筑、医疗、轻纺等领域，对国防军工和国民经济的发展具有重大意义[6-7]。

为了评估防静电服在穿着使用中的静电聚集程度，判断面料静电是否会产生危害，必须对防静电面料的带电情况进行测量。评估防静电性能的参数包括比电阻、静电压、电荷面密度、电荷半衰期等。

二十世纪六七十年代，美国、日本等国家已制定了面料静电的测试方法。我国防静电面料生产及测试技术相对滞后，为了缩小与发达国家的差距，在参考欧洲、美国和日本的防静电服标准基础上制定了标准GB 12014—2009《防静电服》，并于2019年发布了新版GB 12014—2019《防护服装防静电服》[8]。该标准不仅对防静电面料的点对点电阻提出了技术要求，还对防静电服装的带电荷量提出了技术要求，甚至对织物强力、染色牢度等理化性能、面料外观、缝制技术方面提出了要求，大大提高了防静电面料的防静电性能指标和织物的质量标准，使我国防静电服装的安全性能达到了世界先进水平。

在防静电面料中，导电纤维材料的分布是影响防静电性能的关键因素。标准GB 12014—2019《防护服装防静电服》在防静电性能部分明确规定了“使用条纹或网格状导电纤维或导电长丝实现防静电性能的，导电材料的间距不应大于10 mm”[8]。随着防静电服的美观化设计及白色可染导电纤维材料的应用，各种不同外观的新型防静电面料相继开发（图1）。在防静电服的外观设计中，导电材料在面料中的分布更加隐蔽，仅凭肉眼观察无法准确判断导电纤维材料的间距，往往需要借助显微镜等仪器设备，通过制样、分析后才能作出判断，耗时耗力且测量结果不准确，严重阻碍了防静电服性能评价工作的开展，不利于安全生产和个体防护能力的提升。

图1 测试电压对检测结果的影响

针对这一问题，本研究探析了在防静电面料两端施加电压并采用红外成像技术测定导电纤维材料间距的可行性，发现通电一段时间后，导电纤维材料因焦耳加热效应，温度高于其他纤维，可分辨出防静电面料中导电纤维材料的分布状态；同时研究了电压大小、电极间距对检测结果的影响，这对于防静电面料中导电材料分布的快速准确测定具有一定的指导意义。

1 试验原料及设备

1.1 试验原料

防静电织物，购自南通唐工坊实业有限公司；导电银浆，购自上海聚创立新材料有限公司。

1.2 试验设备

高压直流可调电源，购自苏州派尔科技有限公司。

2 试验方法

首先，将防静电织物裁剪成长6 cm、宽3 cm的长条，按照试验所需的间隔长度，将导电银浆涂在织物的两侧，并用吹风机烘干；其次，待银浆完全固化为导电涂层后，将夹具夹在导电涂层上；最后，打开电源，将电压调节至试验所需的值，采用红外成像仪观察并拍摄。

3 结果与讨论

3.1 测试电压对检测结果的影响

测试电压对检测结果的影响如图1所示。从图1可以看出，当测试电压为80、100 V时，已经可以隐约看出导电纤维的排布位置且显示为浅绿色，但是由于电压较低，图像不明显。随着电压进一步升高，由120 V提高至180 V的过程中，导电纤维的排布位置变得越发明显，在红外成像图中，由于热效应的提升，纤维变亮甚至转变为红色。由此可见，电压越高，导电纤维的热效应越明显，电压对检测结果的影响比较显著，且电压为140 V时最优。

3.2 电极距离对检测结果的影响

电极距离对检测结果的影响如图2所示。从图2可以看出，当电极距离为1 cm时，由于距离较短，电流损耗小，导电纤维所产生的热效应格外明显，导电纤维在红外成像仪中显示出深红色，但是线条较粗，不利于准确检测。当电极距离为1、2 cm时，导电纤维在红外成像仪中显示出浅绿色，线条比较均匀，说明随着距离的增加，导电纤维的热效应减弱，此时呈现的图片可清晰地显示导电纤维的排布位置。但是当电极距离进一步增加时，导电纤维的热效应也随之减弱，变得不明显，此时不利于结果的准确判别，因此在实际检测中，电极距离为3 cm最佳。