非织造布生产中的静电现象及其防治探讨

　　[摘要]结合生产实践，对非织造布生产过程中静电现象的产生机理、危害及影响因素进行了探讨和分析，提出了静电现象的判断方法和一些有效防治措施。

　　关键词：非织造布；静电现象；机理；影响因素；防治措施

　　非织造布产品性能主要由原材料性能、成网工艺、加固及整理工艺三方面决定，而成网工艺方法及参数起着关键性作用，是生产线的关键工序。非织造布成网方法分为三大类：干法成网法，聚合物挤出成网法，湿法成网法。非织造布生产一般采用化学纤维（或高聚物切片），生产速度快，纤维之间、纤维与机件间的接触、摩擦作用激烈，且相互之间分离过程短，在通常条件下，容易引起静电聚集，产生静电现象。目前，非织造布企业对静电的危害认识不够，处理时带有一定盲目性、经验性。笔者在探讨静电产生机理的基础上，提出静电现象的判断方法和防治措施，供同行参考。

　　根据实际生产情况，本文只讨论对质量影响较大的成网工序和纤维网输送过程中的静电现象，并以干法成网作为重点探讨，以德国Spinnbau公司2000型无规杂乱梳理生产线为例加以说明。

　　1 静电产生机理

　　1.1 静电产生原因

　　静电是指在一定容积或一定表面上所产生的正负电荷因不能散逸而带有一定电性的状态。静电现象是指静电聚集到一定程度，通过带电体运动时所表现的客观特征可被感触、测量、观察到的现象。非织造布生产过程中电荷积聚的场所主要是纤维或丝条表面，开松、分梳成网部件，导网件、输送帘等部件表面。

　　生产过程中电荷积聚主要由接触和摩擦起电引起。接触起电是由于两种物体接触时，因表面性质不同产生诱导取向和界面极化，形成表面双电层排列而引起；或者由于功函数（或费米能级）不同导致接触电位差，产生电场而致使电荷从功函数小的物质向功函数大的物质迁移，分离时物质必然带电荷而引起。摩擦起电除了因功函数不同，极化产生双电层而起电外，也有因电解和吸附离子，物质非对称摩擦而导致的起电。

　　1.2 影响影响产生的因素

　　生产中，影响静电产生的因素有材料本身的特性、外部条件两大方面。材料本身的特性主要包括高聚物材料的结构、表面性质、电学性质、物理特性等。外部条件要指摩擦条件和环境条件等。

　　1.2.1 材料本身的特性

　　材料的结构：极性高聚物介电常数高功函数高，极易极化，分离时电荷回撤快，不易起静电。高聚物材料结构致密、结晶度、取向度高时，材料带电后，电荷（或带电粒子）回撤阻力大，容易起电。取向高的高聚物材料模量高，刚度大，纤维回弹性差，成网过程中受力后变形不易恢复，且高取向度的材料各向异性明显，电荷回撤速度不一致，故极易起电。

　　材料表面性质：纤维、机件的表面粗糙程度影响静电的产生。表面粗糙则摩擦系数大，生产时摩擦作用强烈，且电荷趋向于积聚在粗糙表面的凸起点上，电荷沿物体表面散逸的可能性降低，易起静电。反之，静电荷散逸快，不易起点。材料表面形成连续的油膜或水膜时，既可降低摩擦系数又利于电荷散逸。

　　纤维材料特性：主要指纤维的模量、弹性、抱合性。纤维模量大、弹性差、卷曲少、饱合性能差，在加工过程中，与机件的摩擦作用强，且纤维间容易分离，静电荷散逸途径和散逸时间减少，易产生静电。材料的电学性质：纤维的比电阻大，导电性差，静电荷易积聚而起电，反之，则导电性好。介电常数大，材料的贮电能力强，极大程度化，能电离的离子数目多，导电能力强。材料的介电常数主要受材料分子极性、纤维的聚集态结构、温湿度及杂质等因素的影响：一般情况下，介电常数高的材料与介电常数低的材料接触摩擦分离时，高的一方带正电，而低的一方带负电。功函数小的材料，电子（离子）容易逸出其表面。在两物体接触摩擦时，电子（离子）从功函数小的物质移向功函数大的物质，分离时，功函数大的物质表面带负电，小的物质表面带正电。接触（或摩擦）时接触面积大，功函数相差大，越接近接触面，带电粒子的电荷越少，则在两物体接触面上的转移电荷越多，分离时，如果电荷无法逸散或回撤，容易产生静电。

　　1.2.2 外部条件

　　摩擦条件：主要包括摩擦对象、摩擦作用的强弱程度、摩擦作用的时间等。摩擦对象不同，功函数或介电常数不同，由之引起的静电荷极性不同。各摩擦物体间的接触面积和相互作用力大小决定摩擦作用的强弱。摩擦系数特别是动摩擦系数大，纤维与机件的摩擦强烈。纤维越细，纤维比表面积大，摩擦面积也大，摩擦作用强烈。生产速度快，纤维之间、纤维与机件之间的接触摩擦作用时间短，相互分离时间也短，故电荷泄漏时间短，易聚积产生静电。

　　环境条件：主要指环境温湿度的影响。高温时，高聚物材料中分子热运动激烈，不易取向极化，且分离后电荷极易散逸，不易形成静电聚积；低温时，高聚物材料易极化，电荷散逸慢，易产生静电积聚。空气温湿度大，可使纤维等材料吸湿增加，甚至吸湿膨胀使无定形区孔隙增大，产生的静电荷易在表面和体内传导、散逸；并利于静电荷向空气散逸或与空气中带电粒子中和。

　　1.2.3 静电产生的影响因素实例分析见表1。

　　表1 静电现象产生的影响因素实例分析

　　2 静电的危害与静电现象判断

　　静电对生产造成的危害主要有：静电使纤维粘附缠绕于锡林等开松、分梳、成网部件，造成不能正常分梳和成网，以及纤维网粘附输网帘，导网板，导网辊等部件，造成烂网不能输送等现象。静电排斥使纤维网中纤维聚集成团束状，纤网因纤维成团束状而使均匀度下降，在加工过程中易受拉伸而变形，也易产生飘网现象。

　　静电现象的危害与判断方法见表2。

　　表2 静电的危害与判断方法

注：在纺丝成网法中，静电分丝法生产除利用静电外，还要注意静电的危害及消除，要注意因静电引起的缠辊与其他原因产生的返花缠辊现象。

　　3 静电的防治措施

　　3.1 纤维导电机理

　　纤维在一定条件下具有一定的导电性，主要是因为纤维材料中存在着水分、杂质、低分子物质和一些不稳定的极性基团和原子，以及一些不能被牢固束缚在分子或原子上的电子，因而纤维材料中总存在一定的载流子（电子和离子），载流子在外界电场、温度和压力作用下增多，甚至呈几何级数增长而具备导电性。纤维导电主要为离子导电。

　　3.2 影响纤维导电性的因素

　　3.2.1 影响导电离子数和迁移速率的因素：纤维中的电离子数直接取决于纤维中的含水、含杂量；随着环境温度的升高，电离粒子数增加，导电性变好；纤维的介电常数值大，电离能值小，纤维的导电性好。离子迁移速率随温度升高而加快。

　　3.2.2 纤维结构的影响：纤维材料的相对分子质量大，端基数、游离的分子少，则导电性差。纤维的结晶度和取向度增加，纤维中自由体积减少，且各向异性增加，使纤维导电性下降，导电的各向异性增大。纤维中杂质和空隙增加，有利于离子运动，便于水分子进入和极性分子在空隙表面留存，从而增加导电粒子，提高纤维的导电性。

　　3.2.3 温湿度的影响：提高温湿度，提高纤维含水率可降低纤维的电阻率，从而提高导电性能。

　　3.3 静电的散逸途径

　　包括分子隧道效应，空气传导，纤维材料表面的传导，向纤维材料内部扩散等4种。 3.4 消除静电的措施

　　消除静电最根本的途径就是要加快聚集电荷的散逸速度，减少静电荷的半衰期，减少接触摩擦面积和作用力，延长分离时间，增加电荷泄漏途径。

　　3.4.1 正确调节温湿度。提高温湿度，提高空气中的水汽分压，可降低纤维的电阻率提高纤维的导电率。一般情况下，生产环境温度应不低于20℃，相对湿度应不低于RH65％。温度越低，RH值应越高，在温度很低，调节RH值仍然不能消除静电现象时，可给纤维和纤维网喷湿。

　　3.4.2 合理选配纤维原料。干法成网工艺可根据起电序列或功函数及介电常数的大小选配合适的纤维，使纤维之间带异种电荷而中和。采用吸湿好与吸湿差的纤维进行混纺，可提高纤维整体吸湿率，降低电阻率，提高导电性。采用粗细长短及可纺性不一的纤维适当搭配，可增强纤网中纤维的抱合性，改善摩擦特性，减少静电现象产生。设备配置时，与纤维或纤网有接触摩擦的机件应采用功函数（或费米能级）相差不太大的金属材料或其它材料，以免加剧静电的产生。特殊用途的产品如抗静电产品，可混用抗静电纤维。

　　3.4.3 喷洒抗静电油剂。抗静电油剂的主要作用是增加纤维吸湿，在表面形成均匀的水、油膜，降低纤维的摩擦系数，中和静电，使纤维柔滑。选择油剂时应依据表面活性剂的HLB值及其性能和所使用的纤维种类及其后加工性能，选择合适的油剂种类，做到既能抗静电，不腐蚀设备，又不影响产品后加工。抗静电油剂的喷洒量和浓度，应根据纤维的种类规格、分梳参数、原纤维的含油率、摩擦系数等方面确定。喷洒时要做到匀而透。

　　3.4.4 保持机件清洁。机件表面应尽量做到光、洁、净，少粉粒、灰尘、杂质附着，加快静电传导。分梳部件的针布和隔距要做到“四快一准”。

　　3.4.5 适当调整生产速度，减少摩擦作用程度，延长纤维纤网与机件的分离过程和分离时间，以利于静电散逸。根据设备的适用范围选择纤维品种规格，调节各种工艺参数。

　　3.5 静电现象的预防方法

　　尽量保持原料的一致性，避免其性能出现较大波动；纤维原料进厂时应注意含油率、摩擦系数等指标及手感、外观的波动和变化。防止生产中温湿度大幅波动。生产时可配备空调或加湿器、加热器等设备。根据运行情况定时清刷设备，选用高质量的关键器材。使用静电荷检测仪器检测纤网带电情况，及时调整生产参数，保证生产正常进行。制定符合自身生产特色的防静电措施，并严格实施。

　　4 结束语

　　非织造布企业在采取其他措施提高成网质量的同时，也应采取措施消除和预防静电的产生，从而全面提高产品品质，稳定生产。

　　参考文献:

　　[1]于伟东，储才元.纺织物理[M].上海：东华大学出版社，2002.

　　[2]何曼君，陈维考，董西侠.高分子物理[M].上海：复旦大学出版社，1990.

　　[3]M.J.希克（美）杨建生译.纤维和纺织品的表面性能[M].北京：纺织工业出版社，1982.

　　[4]高绪珊，童俨.导电纤维及抗静电纤维[M].北京：纺织工业出版社，1991.

　　[5]姚穆，周锦芳.纺织材料学[M].北京：纺织工业出版社，1990.