半衰期是反映纤维静电性能的一项重要指标——静电衰减速度。
决定纤维静电半衰期的因素分为:内在因素和外界因素两个方面
内在因素指纤维材料本身的化学组成、结构与性质。
外界因素指环境条件(温度、湿度等),纤维材料的含杂。
一、内在因素决定了纤维的电性能(电性及比电阻)和静电半衰期的大小。
表1 几种常用纤维的带电序列
靠近左侧的带正电,靠近右侧的带负电;当棉与尼龙摩擦时,尼龙带正电,棉带负电;棉与腈纶摩擦时,棉带正电,腈纶带负电;越靠近两端的纤维带电量越大,比电阻亦越大,两种纤维相距越远,电位差越大。
表2 几种常用纤维的静电半衰期(相对湿度46%)
纤维种类 |
丙纶 |
涤纶 |
锦纶 |
羊毛 |
腈纶 |
棉和粘胶 |
蚕丝 |
半衰期/秒 |
>15分钟 |
56.2 |
35.3 |
14.3 |
5.7 |
<1.0 |
400.6 |
静电散失速度与纤维比电阻关系十分密切。而比电阻大小与纤维吸湿能力有关。吸湿能力除与纤维中分子的聚集态结构有关外,还取决于纤维上亲水基团的多少,亲水基极性的强弱以及亲水基团在大分子键上的位置。
由纤维的离子导电理论可知,通常情况下纤维中电荷的载体主要为离子,电荷散失速度取决于离子迁移速度,当吸收有足够的水分子后,纤维中就会形成连续水膜,带电离子会沿着水膜这一导电通路迅速迁移,电荷散失迅速。如果吸收的水分子较少,就不能形成连续水膜的导电通路,电荷迁移到水膜断开的地方就会停留下来,当中断的通路经一定时间由于吸收的水分子而被接通时,电荷才能继续向前迁移。纤维吸湿能力越差,通路被中断的次数越多,中断时间越长,电荷迁移速度越慢。
丙纶纤维没有亲水基团,故半衰期很长。涤纶、锦纶、腈纶的亲水基团较少,亲水性也相对较弱,故静电散失比较缓慢,半衰期也较长,但都比丙纶要短得多,尤其腈纶更短一些。
棉粘胶等纤维素纤维有较多、较强的亲水基团——羟基、故吸水性强,静电散失迅速,半衰期很短。
羊毛虽然亲水基团较多,且较强,吸收水分子较多,但羊毛纤维分子间有很强的的横向交键,其吸湿为三项吸湿,水分子被紧紧的吸附在侧键上,影响了电荷的传递,电阻较大,静电衰减较缓慢。
蚕丝为β丝朊结构,侧链上的亲水基团比羊毛少,吸湿能力比羊毛差,故静电衰减相当缓慢。
二、外界因素的影响。
1、相对湿度的影响:
亲水性纤维受环境湿度影响较大,疏水性纤维影响较小。当湿度增大时,亲水性纤维含水量迅速增加,在纤维表面上形成一层导电水膜,表面比电阻降低,半衰期缩短;疏水性纤维则不宜在纤维表面形成含水的导电水膜,表面比电阻不能显著降低,则半衰期亦不能明显缩短。
增加疏水性纤维的表面含水率,可有效降低表面比电阻,则半衰期亦会大大降低,这就是防静电后整理的原理。
如果将亲水性优良的粘胶纤维置于极干燥条件下,也会有显著的静电现象。
2、温度的影响
当含水率一定时,温度提高,有利于离子的形成,从而降低纤维的表面比电阻,缩短半衰期。
3、纤维材料含杂的影响
纤维材料的含杂指的是非纤维附着物。即纤维在形成过程中所伴生的棉蜡、油脂和化纤所用油剂及其他金属盐化合物等非纤维物质。在一定相对湿度条件下,当电场作用时,这些非纤维的附着物能电离成带电载体——离子,沿着水分子构成的导电通路使电荷迅速散失,缩短半衰期。