1、第6章 纺织静电的危害及防护 第6章 纺织静电的危害及防护 6.1 纺织材料的静电危害纺织材料的静电危害 6.2 纺织静电的消除原理纺织静电的消除原理 6.3 消除纺织静电的物理方法消除纺织静电的物理方法 6.4 消除纺织静电的化学方法消除纺织静电的化学方法 6.5 导电性填充材料的应用导电性填充材料的应用 6.6 防静电阻燃双功能服装面料防静电阻燃双功能服装面料 第6章 纺织静电的危害及防护 静电对工业生产的危害形式大体上可分为三种类型：静电障碍、静电电击和静电事故。由于在不同的工业领域中，生产加工的对象和生产工艺、设备不同，所以静电危害引起各种生产障碍的同时也存在着由静电放电引发静电事故的
2、可能；而在电子工业中，静电放电会造成电子元器件的击穿损害和电子设备的整机失效；在石油、化工、采矿等行业可能会有静电放电火花作为点火源引起的燃爆火灾事故。但应该指出，在不同行业中，虽然防害的具体措施有所不同，但消除静电危害的原理却是一致的，即尽量减小静电荷的产生量，加强静电的泄漏，造成使静电荷得以中和的条件。本章主要介绍纺织材料静电危害和一些聚合物材料工业制品的防护措施。第6章 纺织静电的危害及防护 6.1 纺织材料的静电危害纺织材料的静电危害 6.1.1 纺织材料静电效应的分类纺织材料静电效应的分类进入20世纪以来，合成纤维的生产与应用得到飞速发展。但这种高分子聚合物固有的高绝缘性和憎水性，使
3、之极易产生、积累静电。因此随着合成纤维的大量使用，纺织材料的带电现象及由此而出现的静电故障和危害也日趋严重，无论从生产和消费的角度看，消除静电危害都已成为亟待研究和解决的问题。第6章 纺织静电的危害及防护 如前所述，纺织材料在使用过程中也发生着两个相反的静电过程，即产生和流散。因此，实际的静电电荷水平应是这两个相反过程达到动态平衡的结果。由材料上的实际静电荷水平(电荷的静电积累量)所引起的一系列物理效应称为材料的静电效应。这些物理效应主要包括力学效应、放电效应和静电感应效应。1.力学效应力学效应因带电体周围的电场具有力的作用，所以表现出带电体(如纤维和服装面料)会吸引或排斥附近轻小物体的或相互
4、之间的吸引或排斥的现象称为静电的力学效应。第6章 纺织静电的危害及防护 根据Maxwell应力公式，带电体每单位面积所具有的静电作用力为式中f是带电体每单位面积具有的作用力；为面电荷密度；E为带电体表面附近的场强；是周围介质的电容率。由式(6-1)计算，在通常的带电密度下静电力的数值并不大，一般为每平方厘米数百毫克，所以静电的力学效应仅表现为吸附或排斥现象。在实际过程中，一般认为当纤维或机件上静电荷的质量电荷密度大于10-8C/g时，或其上静电压大于100V时，纤维或纱线的运动规律就会明显受到干扰，在纺织生产过程中会出现乱丝、缠绕、飞花、跳纱等现象。2222Ef(6-1)第6章 纺织静电的危害
5、及防护 2放电效应放电效应当带电体(如服装)所产生的电场，其电场强度超过周围绝缘介质的击穿场强时，介质被高度电离而变成导体，并伴有发光和声响，这就是静电放电现象。放电现象实际上是静电场的能量以光、热和声的形式释放出来的现象。常见的放电现象是在空气中发生的。根据理论计算，靠近空气的介质表面上积累静电荷时便产生静电场，在1个大气压下，在空气中的介质(如服装面料)表面电荷密度值的数量级为10-8C/m2，就开始发生静电放电。当导体发生静电放电时，其储藏的能量一般可全部释放，因而可根据公式估算放电能量；但当绝缘体放电时，只能释放部分能量，其计算比较复杂。221CU第6章 纺织静电的危害及防护 3静电感
6、应效应静电感应效应静电感应效应是指带电体(如人体)附近存在被绝缘的导体时，在该导体表面会出现感应电荷的现象。如图6-1所示，导体表面感应电式中S为受静电感应的物体表面积，E为该表面处的场强导体表面上感应电荷有正负两种，且整个导体上的正负电荷处于平衡状态，但由于表面处正负电荷以完全分离的形式存在，所以其和表面带有静电的物体是完全等价的，也会发生如上所述的力学效应和放电效应而引发静电危害。SQS d0S(6-2)第6章 纺织静电的危害及防护 图6-1 静电感应现象 第6章 纺织静电的危害及防护 6.1.2 纺织材料在生产加工中的静电障碍和危害纺织材料在生产加工中的静电障碍和危害纺织材料(纤维及其制
7、品)在生产加工和使用过程中，由于受摩擦、牵伸、压缩、剥离、电场感应及热风干燥等因素的作用而产生静电。如果这些静电荷不能通过各种途径迅速散失，就会在材料和加工机械上逐渐积累、增加；基于静电的力学效应和放电效应，静电荷的积累达到一定程度时将会引发如表6-1所示的各种障碍和危害。第6章 纺织静电的危害及防护 纺织材料在生产和加工过程中受各种因素作用而在材料和加工机械上产生并积累起静电，在电场力作用下，纤维或纤维制品(纱线、丝条和织物)在各道工序中的运动规律受到干扰，从而影响了正常生产。此外，静电还会引发对操作人员的静电电击，有可能产生二次事故。实践表明，静电障碍和危害几乎遍及于纺织材料生产加工的各个
8、过程，只不过程度有所不同，如表6-2所示。由表6-2可以看出，纺织加工中较为普遍的静电障碍和危害可归纳为纤维及其制品易于缠绕、堵塞、污染、起毛，以及带电的材料或加工机械对操作人员的电击。以下分析几个典型实例。第6章 纺织静电的危害及防护 表表6-1 纺织静电障碍和危害的诸方面及典型表现纺织静电障碍和危害的诸方面及典型表现 第6章 纺织静电的危害及防护 表表6-2 纺织加工中各生产工序的静电障碍和危害纺织加工中各生产工序的静电障碍和危害 第6章 纺织静电的危害及防护 实例6-1 细纱机皮辊及皮圈的缠绕。皮辊和皮圈是细纱机重要的牵伸元件，一般用橡胶制成，外部涂料多为漆类。未经处理的这类材料，其体积
9、电阻率高达10141015cm，所以在与绝缘性能也较高的纱条或机架摩擦时，极易积累静电而发生障碍。表6-3是对细纱机皮辊、皮圈带电情况的现场测试结果。第6章 纺织静电的危害及防护 表表6-3 细纱机皮辊、皮圈的带电情况细纱机皮辊、皮圈的带电情况 第6章 纺织静电的危害及防护 由表中可以看出，在纺T/C、T1/R(其配样方案均为涤、棉)时，无论皮辊还是皮圈上的静电压值都已达到或超过100V。这表明，牵伸元件的带电程度已足以扰乱纱线的正常运动规律而发生生产障碍。常见的是当皮辊、皮圈与纱线带有异号电荷时所出现的绕花、缠花现象。缠绕不仅会降低细纱条的光洁度，而且会频繁引起细纱断头，影响纱支产量、质量和
10、增大挡车工劳动强度。据现场观察，缠绕严重时甚至会造成停车，工人不得不用刀片或其它锐器把粘花从皮辊上一点一点地刮掉，这样不仅浪费工时，而且大大缩短了皮辊使用周期。有关统计资料表明，某大型纺织厂的细纱车间，每月因“刀伤”而报废的皮辊竟高达数千只之多。第6章 纺织静电的危害及防护 顺便指出，在并、粗、细纱诸工序常发生的缠绕现象，除由静电吸附作用引起外，还可能与其它多种因素有关。因此，最好在生产现场对缠绕部位的带电情况进行测试以便对缠绕原因作出正确判断。实例6-2 坯布和装布对操作工的静电电击。对操作人员的静电电击是纺织加工中最常见的静电危害。根据日本对422家大、中型纤维工业企业的调查，由于电击引起
11、的危害占全部危害事件的32%。第6章 纺织静电的危害及防护 在整理车间的验布工序，常使用铁制胶轮小车盛放由验布机落下的坯布。织物进入小车前，先是受到橡胶金属辊的挤压，而后又经过滚筒的导引。如此频繁的接触分离过程就使其带上较强的静电，再加上带电织物进入装布车后的折叠、堆积，当小车装满坯布后所积累的静电荷就很可观了。因此当工人接触织物或推动小车时常会受到电击。强烈的电击往往令操作者感到极度惊恐和不快，还有可能引发二次事故。开始时，车间安技人员一度怀疑电击是由于机械“漏电”造成的，后经电工仔细检查，排除了这一可能性。当在生产现场检测了装置的静电压后，确认电击是由于静电放电引起的。测试情况如表6-4所
12、示。第6章 纺织静电的危害及防护 表表6-4 验布机下装布车带电情况测量验布机下装布车带电情况测量 第6章 纺织静电的危害及防护 由表6-4可看出，除第4、6号车以外，其余各台装布车上静电压均已达到或超过人对静电电击的感知极限3kV。静电电击时人体的反应如表6-5所示，故当工人接触坯布或推动小车时就会在带电体与人体之间发生放电，使人受到电击。第6章 纺织静电的危害及防护 表表6-5 静电电击时人体的反应静电电击时人体的反应 第6章 纺织静电的危害及防护 实例6-3 牵伸机锭子对挡车工的静电电击。在纺织加工中，静电电击有时发生在挡车工需要经常接触或靠近的纺机部件上。如在制造化纤的牵伸机上，初生纤
13、维由导丝器进入锭子系统加捻、卷绕并在纱管上成型。在此过程中，由于化纤与塑料等高绝缘材料制作的纱管间剧烈的摩擦，使纱管带上很高的静电压，并会在附近的钢领板等金属部件上感应出较高的静电压，如表6-6所示，从而使挡车工遭到电击。第6章 纺织静电的危害及防护 表表6-6 牵伸机锭子各部件的带电情况牵伸机锭子各部件的带电情况 第6章 纺织静电的危害及防护 6.1.3 纤维制品在使用过程中的静电障碍和危害纤维制品在使用过程中的静电障碍和危害纤维制品在使用(主要是服用，还有其它非服用方式)过程中，经常发生着织物与人体、织物与织物、织物与其它绝缘材料之间的相互摩擦作用，再加上剥离、电场感应等因素，极易在纤维制
14、品特别是合成纤维制品上积累静电。当静电荷大到服用者感到不适及在其它场合足以引起事故或灾害时，就出现了纤维制品在使用中的静电问题，详见表6-7所示。第6章 纺织静电的危害及防护 表表6-7 纤维制品在使用过程中的静电障碍和危害纤维制品在使用过程中的静电障碍和危害 第6章 纺织静电的危害及防护 根据表6-7，可将纤维制品在使用过程中的静电障碍和危害归纳为吸尘污染、缠附抱合、击穿、电击、引燃引爆等几个方面。特别是合纤制品带电后引起的静电放电火花，往往成为易燃易爆场所的点火源，使化工、石油、军火、食品、医药、航空等部门屡屡受危害。实例6-4 人体衣装上的静电及其危害。人在穿用服装时由于衣料与人体以及衣
15、料之间的摩擦而带电；如果再伴随着脱衣动作，静电现象更为明显。表6-8为不同纤维材料的内衣和外衣，在穿上、穿后5分钟和脱衣时的实测静电压值。第6章 纺织静电的危害及防护 表表6-8 衣装的静电带电情况衣装的静电带电情况 第6章 纺织静电的危害及防护 由表6-8可以看出，当人穿用合纤类内、外衣时，穿上5分钟后衣装上的静电压可达数百伏至1000多伏；而在脱衣时更可高达数千伏至上万伏。如果人体衣装上的静电压为1kV(在人们的生产和日常活动中，这是经常可能遇到的)，那么这可能带来什么危害呢？取人的对地电容量C400pF，则其静电放电能量W=CU2/2=40010-12(103)2/2=0.2mJ。许多可
16、燃性气体、液体、粉尘等的最小点火能量都低于这一数值，例如氢气的最小点火能是0.019mJ，乙醚是0.13mJ，甲醇是0.14mJ；许多炸药的最小点火能更低达0.001mJ。因此人体衣装上的静电引起的放电火花足以使这些物质引燃、引爆，酿成严重的灾害事故。可见穿用合纤衣装的人体犹如“活动火柴”般危险。第6章 纺织静电的危害及防护 再比如，PNP型晶体管的发射极基极间的最大电压仅为7.5V，当操作人员衣装上的静电压达到1kV时，经推算完全可能使两极间发生静电击穿而使晶体管报废。第6章 纺织静电的危害及防护 6.2 纺织静电的消除原理纺织静电的消除原理 6.2.1 纺织材料的静电产生和流散纺织材料的静
17、电产生和流散纺织材料在生产加工或使用中，发生着两个相反的静电过程，即产生和流散(静电荷对周围介质的散失主要是通过中和与泄漏两条途径来实现)。因此，实际的静电荷水平应是这两个相反过程达到动态平衡的结果。达到动态平衡时的实际静电荷水平(静电荷的净积累量)就是该种材料的带电量。在同时考虑材料的起电和流散这两个过程时，其静电荷的积累服从)e1()e1()(ssvr0ttQQtQ(6-3)第6章 纺织静电的危害及防护 的规律，其中=0rV称为材料的放电时间常数，它的大小取决于材料的体积电阻率和介电常数；QS=I0是起电与流散达到平衡后的饱和电量密度，它与起电电流I0和材料的放电时间常数有关。由式(6-3
18、)可见，当t时有QQS，亦即静电荷的产生与流散达到平衡。因此，QS就代表了材料上的实际静电荷水平，并决定着材料对外表现出的静电效应的强弱。同时，QS=I0正说明材料的静电产生的过程，而且也与电荷的泄漏密切相关。由此看出，消除各种纺织静电障害，归结为设法减弱材料的静电效应。第6章 纺织静电的危害及防护 根据以上讨论可知，为减弱纺织材料的静电效应可以从三个方面着手：减少静电的产生；加快静电的泄漏；造成使静电得以被中和的条件。后两条显然是基于静电的散失过程提出的。这三条就是消除纺织静电障碍和危害的基本原理。第6章 纺织静电的危害及防护 6.2.2 纺织静电的评价指标纺织静电的评价指标为便于判断纺织材
19、料静电效应的强弱，以便制定相应的消电措施，同时也为了对各种消电方法的效果进行比较，必须要有表征材料静电效应强弱的定量指标，并且，这些指标最好能够很方便地加以测定。在决定纺织材料静电效应的两个相反过程中，究竟哪一个是主要因素？如果考虑到纺织材料的比电阻值多半都很高，则可认为主要是静电荷泄漏的快慢，而不是静电产生的多少决定着材料的静电效应。这是因为，静电通过绝缘材料本身的泄漏遵循如下规律:ttQQtQee)(00Vr0(6-4)第6章 纺织静电的危害及防护 由于绝缘材料的比电阻V都很大，所以静电时间常数也很大，即材料上的静电荷泄漏缓慢。例如纯涤纶放电时间常数约为43分钟，另一些比电阻更高的合纤材料
20、的放电时间常数甚至可达数小时之多。所以即使产生静电的工艺过程停止较长一段时间后，材料上仍可保留有足以引起障害的静电量。这一观点已为实践所证实，同时从实用观点看，静电的衰减特性更容易测量些。因此，可采用测量材料的静电半衰期t1/2(t1/2=0.69=0.690rV)作为衡量材料静电效应的指标。但半衰期与材料的体积比电阻V成正比，而各材料的表面比电阻与体积比电阻又是相关的，又考虑到s的测量不仅简单，而且复现性也较好，所以通常用表面比电阻s作为衡量材料静电效应的重要指标。第6章 纺织静电的危害及防护 威尔逊(Wilson)和傅科(Valko)通过研究，分别得出纺织材料表面比电阻与其静电效应之间的相
21、关关系如表6-9所示。上述关系已被应用到实际中。如美国国家防火协会标准中，有关床单及其它医用纺织品的防静电规范，都是以比电阻的高低为标准的。凡有麻醉品存在的场所，织物的表面比电阻都要求低于1011；在纤维制品的服用中，当表面比电阻降到10111012时，则不会发生明显的缠附、抱合等情况。第6章 纺织静电的危害及防护 表表6-9 纺织材料的表面比电阻与其静电效应之间的关系纺织材料的表面比电阻与其静电效应之间的关系 第6章 纺织静电的危害及防护 需要指出，采用比电阻衡量材料的静电效应并不是很完善的。实验表明，仅靠比电阻一项指标进行判断，有时会得出与实际情况不符的结果。特别是对于表面涂层(或镀层)的
22、纤维制品及混纺织物等复合材料，仅用比电阻一项指标常会作出有关静电效应的错误评价。这是因为决定材料静电效应的直接物理量应是材料上的电量及与此相关的电场强度、电流和电压，但这些参数的测量一般比较复杂，而且复现性也较差。为了对材料的静电效应作出符合实际的正确评价，除比电阻外，还应附加其它指标，它们是纺织材料的静电半衰期、带电量或面电荷密度以及表面静电压等。第6章 纺织静电的危害及防护 6.2.3 影响静电指标的主要因素影响静电指标的主要因素综合考虑决定材料静电效应的两个相反过程静电的产生和流散(中和与泄漏)，可以提出影响静电效应的几个主要因素。1比电阻的影响比电阻的影响由材料上的饱和电量Qs=I00
23、rV以及静电半衰期t1/2=0.690rV可以看出，动态平衡后材料所带静电荷的多少以及静电衰减的难易、快慢程度，直接受到V和=0r乘积的影响，但从数值上看，V要比大得多；从水分等外界条件对它们的影响看，V也要比敏感得多。所以对于材料的静电效应来说，比电阻比介电常数起着更为重要的作用。第6章 纺织静电的危害及防护 电阻主要受到水分的影响。对于在多数纺织纤维，在RH30%90%的范围内，其质量比电阻m(m=V，式中为材料的质量密度)随回潮率M(又称吸湿率)的增加而迅速下降，经验公式为式中，n1是一个与纤维性质及测量条件有关的常数。图6-2是各种纤维的m随M的变化情况。一般来说，水分是通过环境相对湿
24、度和材料本身的吸湿性能两个因素而起作用的。图6-3表示各种纤维的比电阻随空气相对湿度变化的情况。MMnddmm(6-5)第6章 纺织静电的危害及防护 图6-2 各种纤维比电阻随含水量变化的情况 第6章 纺织静电的危害及防护 图6-3 各种纤维比电阻随相对湿度变化的情况 第6章 纺织静电的危害及防护 纺织材料的吸湿性能主要取决于自身结构，即取决于纤维表面和内部亲水基团的多少及排列情况。合成纤维中的亲水基团很少，同时亲水基团多数又是朝向纤维排列的，因而吸湿能力极差。根据以上的讨论可知，只要设法降低材料的比电阻，就能加快静电荷的泄漏，减弱其静电效应。而降低比电阻的方法归结为增大纤维的含水量。静电工程
25、上常用的增加环境相对湿度和对材料施行防静电油剂处理都是基于这一原理的。第6章 纺织静电的危害及防护 2摩擦材料的影响摩擦材料的影响按照柯恩(Corn)法则，序列中任何两种材料接触摩擦时，总是前端(介电常数较大者)带正电，后端(介电常数较小者)带负电；至于带电量可按Q=K(12)(6-6)计算，式中K是比例系数，1、2分别是参与摩擦的两种材料的介电常数。由此可见根据材料的静电序列，可以判断纺织材料摩擦起电的极性，并可粗略估算起电量的大小。研究静电序列对于减弱材料的静电效应具有一定意义。例如可适当选择参与摩擦的两种材料，使它们在序列中相距较近，以达到减小起电量的目的；或使纺织材料先后通过两个不同的
26、摩擦表面，使在两处产生的电荷极性相反而得以部分中和。第6章 纺织静电的危害及防护 3摩擦条件的影响摩擦条件的影响(1)摩擦次数的影响。实验表明，对于多数材料而言，当摩擦次数达到几十次时，材料起电量即达到最大值。如继续摩擦到上千次时，带电量反而会逐渐下降，直到摩擦次数又达到数千次时又稳定下来。并在以后增加摩擦次数的过程中起电量基本保持不变，如图6-4所示。目前人们对于这一现象的机理还不够清楚。第6章 纺织静电的危害及防护 图6-4 摩擦次数与带电量的关系 第6章 纺织静电的危害及防护(2)摩擦速度的影响。摩擦速度即摩擦的距离与摩擦时间之比，一次摩擦时间即两个物体从刚开始接触那一时刻到分离之间所经
27、历的时间，在这段时间内两物体一直发生相对运动，两物体摩擦时的起电量Q可按下式计算式中，f(v)是关于摩擦速度的函数，A是摩擦功。从式(6-7)中虽不能直接看出Q与v的关系，但实验表明，在一定速度范围内(即v0.1cm/s)，Q随v的增大而增大，当速度达到某一值时，物体带电量达到理论饱和值。如图6-5表示了这种关系。在纺纱生产中，纱速对纱条带电的影响可由表6-10看出，大部分材料的静电压随摩擦速度增大而升高。AvfQ)(6-7)第6章 纺织静电的危害及防护 图6-5 摩擦电量与摩擦速度间的关系 第6章 纺织静电的危害及防护 表表6-10 纱速对纤维带电的影响纱速对纤维带电的影响 第6章 纺织静电
28、的危害及防护(3)摩擦力的影响。由式(6-7)可见，摩擦起电量与摩擦功有关，因而也与摩擦力有关。例如，当纱线上张力增大时，正压力和摩擦力也随之增大。实验表明，此时摩擦起电量也相应增大。图6-6表示尼龙条子在钽丝上摩擦时张力与摩擦静电压的关系。第6章 纺织静电的危害及防护 图6-6 尼龙条子所受张力与摩擦静电压之间的关系 第6章 纺织静电的危害及防护 4空气离子化程度的影响空气离子化程度的影响在纺织材料上静电荷的散失途径之一，是与周围空间存在的异号离子发生电中和作用。空气中离子化程度越高，则中和作用越强，可大大减弱材料的静电效应。有人通过研究发现，在一年中离子化程度较高的夏季，纺织加工中的静电问
29、题就不太严重，而在一天之中离子化程度最低的中午和子夜时分，就常出现断头频繁、缠绕加剧等静电障碍和危害。第6章 纺织静电的危害及防护 综上所述，要减弱纺织材料的静电效应，消除纺织静电障碍和危害，应从减少以致防止静电荷的产生，以及把产生的静电荷迅速中和或泄漏这些途径着手。有关这方面的指导原则，已在前面讨论过。例如，设法降低材料的比电阻，可使静电荷较快地从带电体上泄放；利用某些手段提高空气的离子化程度，则可加快带电体上电荷的中和速度；适当选择、调整材料的配伍，可减少静电的产生量。根据以上原则提出的消静电方法，大致可分为物理方法和化学方法两大类。第6章 纺织静电的危害及防护 6.3 消除纺织静电的物理
30、方法消除纺织静电的物理方法 6.3.1 机器接地机器接地接地是将带电体上的静电通过接地导线引入大地，以防止物体上电荷积累。在纺织材料生产加工中，机器接地是消除静电的首要措施。实践表明，只要使用得当，这种方法是行之有效的。例如，在整经机上，若定幅筘用铜制作并使之接地，就可使整经过程顺利进行，避免因静电排斥作用而发生丝束发散、紊乱等现象。把织机机架和筘接地，可使经纱断头降低38%。将码布机或轧光机的金属机架以及纺丝机的导丝圈进行有效的静电接地，可大大减少操作者遭受电击的机会。第6章 纺织静电的危害及防护 6.3.2 静电接地系统的各种阻值及其取值静电接地系统的各种阻值及其取值1.各种电阻各种电阻使
31、带电体上的静电电荷向大地泄漏的外界导出通道称为静电接地系统，如图6-7所示。静电接地系统主要由接地极、接地线和接地体组成。接地体是直接与大地接触的金属导体或导体组。用来连接被接地物体的点，称为接地极。接地极和接地体之间的导线称为接地线。在静电接地系统中涉及到接地电阻、静电接地电阻和静电泄漏电阻等概念。明确这些概念的含义，并将各种阻值控制在合适的范围内，对于取得良好的接地效果是十分重要的。第6章 纺织静电的危害及防护 图6-7 静电接地系统 第6章 纺织静电的危害及防护(1)接地电阻。接地电阻是指作为接地体的金属导体本身的电阻加上接地体与大地之间的电阻。但因金属导体本身的电阻甚小，所以接地电阻主
32、要指接地体与大地之间的电阻。该电阻也就是泄漏电流从接地体向周围大地流散时，土壤所呈现的电阻，也叫流散电阻，其值等于接地体的电位U与通过接地体流入大地中的电流强度Ie之比，即eeIUR(6-8)第6章 纺织静电的危害及防护 通过接地体流入大地的电流以地中作半球形扩散。以图6-8为例，设埋入地下的金属半球在均匀土壤所注入的电流从这个半球形电极开始沿径向流动。由于距离半球形电极越远，与电流垂直的半球形壳层面积越大，所以电阻也越小，虽然实际接地体的形状未必是半球形，但从足够远的地方观察，都可以近似地视作一半球状电极。理论和实验都表明，在距单根接地体(长2.5m)20m以外处，该处流散电阻已趋于零，因而
33、该处的电位降为零。这个电位为零的地方即是静电接地中的“地”。第6章 纺织静电的危害及防护 图6-8 接地体的电流分布 第6章 纺织静电的危害及防护(2)静电接地电阻。静电接地电阻是指静电接地系统的总电阻，它包含被接地物体与该物体上接地极之间的接触电阻(RJ)，这个接触电阻是指被接地物体与接地极之间的接触电阻，与被接地物体本身的电阻是完全不同的。静电接地电阻为接触电阻(RJ)、连接接地极与接地体间的导线的电阻(Rc)，以及接地体与土壤之间的流散电阻(即接地电阻Re)三部分之和:Rs=RJ+Rc+Re (6-9)第6章 纺织静电的危害及防护 由式(6-9)可以看出，一般情况下静电接地电阻Rs并不等
34、于接地电阻Re，仅当对金属物实施直接接地时，因RJ和Rc都很小，可忽略不计，才有Rs=Re。对以金属导体以外的静电导体或亚导体进行间接接地时RJ不能忽略，所以Rs要比Re大得多。静电接地电阻Rs是指整个接地通道(包括向大地流散)的电阻，而不含有被接地体本身的电阻。第6章 纺织静电的危害及防护(3)静电泄漏电阻(RD)。静电泄漏电阻是指被接地物体本身的电阻(Rm)(即由被接地物体本身的电阻率和物体尺寸所决定的电阻)与静电接地电阻(Rs)两者之和，即RD=Rm+Rs(6-10)静电泄漏电阻在数值上应等于带电物体(被接地物体)的最高静电位(即与大地之间的电位差Um)与向大地泄放电流(ID)之比值。即
35、DmDIUR(6-11)第6章 纺织静电的危害及防护 很显然，只有静电泄漏电阻才是判断带电体上电荷能否顺畅泄漏的主要依据，是评价静电接地良好程度的标准。而且，在一般情况下，RD不等于Rs，仅当对金属物体直接接地，因金属物体的Rm很小可忽略不计时，两者才近似相等。而对于间接接地的静电导体或亚导体，其自身电阻Rm往往是相当大的，故RD要比Rs大得多。第6章 纺织静电的危害及防护 2.各种电阻的取值范围及其确定依据各种电阻的取值范围及其确定依据静电接地中各种电阻的取值范围，应区分直接接地和间接接地两种情况分别加以确定。(1)直接接地。由以上讨论可知，静电接地的目的是通过接地系统使带电体的静电荷加以泄
36、漏，以保证带电体对大地的电位在任何情况下不超过危险界限。设易燃易爆场所或敏感场所的危险电位为Uk，直接接地的静电接地系统在单位时间内向大地泄漏的静电量亦即泄漏电流为ID，则要达到通过静电接地防止发生燃爆灾害，就须UmUk 或 RDUk/ID(6-12)第6章 纺织静电的危害及防护 由于一般情况下，物体的起电过程总是伴随着静电的流散(若不发生放电，流散的主要方式就是泄漏)。而且当起电与流散达到动态平衡时，即起电电流Ig与泄漏电流ID相等时，带电体上的静电位达到最大值(饱和值)，故在式(6-12)中可用Ig代替ID来估算RD，即 gkDIUR(6-13)第6章 纺织静电的危害及防护 根据工业生产长
37、期运行的经验，在有易燃易爆气体混合物存在的场所，危险电位为300V，而在火药和电火工品行业，危险电位取100V。在目前的工业水平下，实际生产中静电起电范围为10-1110-4A，因此在式(6-13)中，取Uk=100V，Ig=10-4A。在任何情况下带电电位都不会超过危险电位的静电泄漏电阻RD为对于金属材料的直接接地，因有RDRsRe，所以有 Re106(6-15)64DkD1010100IUR(6-14)第6章 纺织静电的危害及防护 又因为Re主要取决于土壤的电阻率，而后者又随温度、湿度条件等因素而变化，根据我国的具体情况，这种变化幅度可达103量级，并从而使Re的变化幅度也达103量级。为
38、使在任何情况下都能保证式(6-12)和式(6-13)成立，则要求Re103(6-16)对于单独设置的接地体，必须要对接地电阻值定期检测。为方便和使阻值稳定，宜再小一个数量级，对应场合要求危险电位Uk10V，所以RD105，这就要求接地电阻为Re102(6-17)第6章 纺织静电的危害及防护 还应指出的是，以单纯防静电为目的的接地电阻值要比防雷电和工频电气接地的电阻值大得多。因此，当防静电、防雷电和工频电气三个接地系统共用一个接地体时，接地电阻值应按其中的最小值选取，一般为410以下。同时应当注意，静电接地系统除与另外两个系统可以共用接地体外，其他部分则不能有任何电气连接。这是因为雷电流是一种幅
39、值很大的冲击性电流，接地系统不仅呈现出冲击电阻的性质，而且所附加的接地装置具有的电抗会使静电接地系统甚至人员和设备受到危害。同样，对于大功率或高电压的工频电气接地系统也存在类似的情况。第6章 纺织静电的危害及防护(2)间接接地。当对静电导体或亚导体实行间接接地时，静电泄漏电阻中必须计及被接地物体本身的部分电阻Rm。理论和实践可以证明，在大多数情况下，被接地物体上电位最高点至物体接地极之间的电阻(即Rm)一般不大于103。再考虑到与被接地物体紧密贴合的外部金属物体的静电接地电阻值Rs仍应满足Rs103，所以按式(6-10)，间接接地时静电泄漏电阻RD103+106106(6-18)第6章 纺织静
40、电的危害及防护 综上所述，对于同一静电接地系统，静电泄漏电阻、静电接地电阻、接地电阻是三个含义各不相同的概念。其中，RD是评价静电接地系统工作状态是否良好的重要参数，而Re则是构成RD的最主要的部分，通过调节Re可有效改变RD，使其满足规定的取值范围。还应指出在特殊情况下，RD可增大到107109，这是为了在特殊危险场所限制静电泄漏电流(ID)。因为过大的泄漏电流所产生的热效应有可能成为危险的点火源，同时静电泄漏电流过大时还会对某些电子设备的工作造成干扰、威胁。第6章 纺织静电的危害及防护 3使用接地方法消除静电时应注意的问题使用接地方法消除静电时应注意的问题(1)明确接地对象。接地的目的是为
41、带电体上的电荷提供一条泄漏通道，所以仅当带电体是比较容易导电的静电导体时才有效。凡电阻率在1081010cm以下或表面比电阻在1091011/m2以下的物体可视为静电导体，采用接地办法均有消电效果。只要物体的电阻率不符合上述标准，就不能断定为静电导体，在这种情况下将物体接地，要么效果甚微，要么毫无意义。根据这一原则，纺织加工中的金属机械或金属零部件都可以而且应该接地；至于用塑料、玻璃、橡胶等材料制作的机件一般属静电非导体，应使用其它方法消电。第6章 纺织静电的危害及防护 对作为静电导体的金属机件接地时，应考虑到纤维、纱条等被加工对象的具体情况。实验表明，当材料的体积比电阻大于1013cm时，金
42、属加工机械接地反而会提高材料上的带电量。例如在梳棉机上加工含蜡纤维时，将机器接地后纤维上的静电压反而升高。这是因为机器未接地时，它与纤维带有异号电荷，在接触过程中尚有一定的中和作用；而机器接地后电中和作用不复存在，纤维上的电荷又极难通过接地导走，所以纤维总带电量反而会增加。第6章 纺织静电的危害及防护(2)采用正确的接地方法。采用正确的接地方法。首先，应适当控制接地电阻值。纺织加工中将机器接地时，接地电阻值应低于106；而在标准条件下(20、RH50%)可低于103。当然，这只是单纯考虑静电向大地泄漏的接地电阻值；如果同时考虑到防止电气设备的漏电或雷击的危险，则接地电阻值必须至少在10以下其次
43、，接地导线应使用机械强度高、耐腐蚀的材料。由于静电泄漏电流一般在A数量级，所以用于这种目的的接地线使用电流容量小的细导线就行了。但为了在长时期内保持接地的可靠性，导线尺寸最小值就在2.63.2mm之间。接地导线最好采用绝缘被覆线，以提高接地线的耐腐蚀性，但这种导线在长期使用后应定期检查其导通情况。第6章 纺织静电的危害及防护 静电接地装置的连接一般应采用焊接。在焊接十分困难或需要拆卸处可采用螺栓连接，但应有防松装置。最后需要说明的是，静电接地装置虽可以同其它接地装置共用，但各设备应有自己的接地线同接地体或接地干线相连。(3)减小静电电击。对于防止静电电击而言，接地只能消除部分危险，如图6-9(
44、a)所示，金属机器原来不带电，但与地绝缘，当带电的操作者走近时，由于静电感应将出现两个潜在的放电危险：人与机器近端的放电和机器远端对地的放电。如机器具有良好的接地，则成为图6-9(b)所示的情况，此时机器远端对地的放电危险被消除，而人与机器近端间的放电依然存在。第6章 纺织静电的危害及防护 图6-9 接地只能消除部分放电危险 第6章 纺织静电的危害及防护 6.3.3 增湿增湿1湿度对各种静电参数的影响湿度对各种静电参数的影响如前所述，为减弱材料的静电效应应降低其比电阻，而比电阻随材料的含水量一方面取决于材料本身的吸湿能力，另一方面则在颇大程度上与环境相对湿度有关。事实上，大多数纺织材料都能从大
45、气中吸收一定量的水分，吸收数量是大气相对温度的某一函数，虽然这函数相对复杂，但可能想见，相对湿度越高，则水汽分子作热运动撞击到材料表面的几率越大，越容易被吸收或附着在表面形成一层水膜，所以在纺织行业常采用提高空气湿度的方法消除静电。各种纺织材料的静电性能(比电阻、面电荷密度、最大静电压值和静电半衰期)随相对湿度变化的情况列于表6-11、6-12、6-13和图6-10中。第6章 纺织静电的危害及防护 表表6-11 不同相对湿度下各种纤维的表面比电阻不同相对湿度下各种纤维的表面比电阻 第6章 纺织静电的危害及防护 表表6-12 不同相对湿度下各种纤维的面电荷密度不同相对湿度下各种纤维的面电荷密度(
46、单位：单位：C/m2)第6章 纺织静电的危害及防护 表表6-13 不同相对湿度下各种纤维的最大静电压不同相对湿度下各种纤维的最大静电压 (单位：单位：kV)第6章 纺织静电的危害及防护 图6-10 各种纤维静电半衰期随相对湿度变化的情况 第6章 纺织静电的危害及防护 从以上数据可看出，绝大多数纺织材料的静电效应指标随相对湿度提高而有明显下降，但下降幅度彼此有较大的差异。在纺织加工中利用增湿法消除静电取得明显效果。如在梳棉机上加工锦纶纤维时，当相对湿度低于48%时，棉网下垂并向斩刀吸附；提高到55%时仍有障碍；直至提高到70%左右，静电障碍基本消除，生产趋于正常稳定。再如纺织加工中广泛使用的维纶
47、纤维，在所有合纤中其吸湿性能最强(在20、RH65%的条件下，回潮率为4.5%)，但即使如此，加工过程中静电效应仍较强，在清花、梳棉、并粗等工序出现一系列生产障碍。但如提高相对湿度直到其回潮率达到7%，则可基本上消除静电障碍，各道工序能正常进行。第6章 纺织静电的危害及防护 湿度对纤维制品的静电效应有很大影响。例如合纤类织物在冬季低湿条件下静电问题比较严重，而在夏季高湿条件下就有明显减轻。基于这一点，在化工、石油、军工等工业部门，也常采用提高车间湿度的方法，防止操作人员衣装的静电引燃、引爆。2增湿法的局限性增湿法的局限性(1)增湿费用比较昂贵。纺织厂中需要的相对湿度越高，其所要求的空调设备的规
48、模也越大。如在美国，有些纺织厂空调设备的费用可达工厂建筑费用的两倍。所以，把相对湿度提得很高是不经济的。同时高湿度会增加机器锈蚀的机会，并危害操作人员的身体健康。第6章 纺织静电的危害及防护 为解决这个问题，可考虑用局部增湿法，即利用某种装置只在带电体上造成高湿度，使其表面形成一层水膜。高湿度消电器就是这种装置。如图6-11所示，压缩空气从左方管道送入，先经过一个浸在恒温水浴(高于室温，约30)中的螺旋管2，预热至一定温度后再进入蒸发器3使空气在水中鼓泡，然后带着饱和水汽出来，再经过螺旋管4过热，最后经消电器的喷头5向带电织物喷射，即刻上面凝聚成一层水雾，大大降低了织物的表面比电阻。第6章 纺
49、织静电的危害及防护 图6-11 高湿度消电器原理示意图 第6章 纺织静电的危害及防护(2)增湿法对于憎水性纺织材料的消电效果极差。由增湿法的消电机理可知，影响材料静电效应的主要因素不是空气中的水分，而是材料的回潮率，亦即吸湿性能。各种纺织材料的回潮率如表6-14所示。大多数合成纤维吸湿能力很差，称憎水性纤维。对于这些纤维，即使相对湿度很高，其比电阻的下降也是有限的。例如，为使某些合纤的比电阻降低到109(可纺上限)，需使空气的相对湿度提高到88%90%以上；而对个别憎水性极强的合纤，无论相对湿度多么高都不能使它们的比电阻降到可纺上限。在这种情况下，增湿对于消除静电基本上是无效的。第6章 纺织静
50、电的危害及防护 表表6-14 各种纺织材料的回潮率各种纺织材料的回潮率 第6章 纺织静电的危害及防护 6.3.4 电离空气法电离空气法这种方法是利用某些人为的手段在空气中局部造成大量离子(一般为正、负离子对)，其中与带电体极性相反的离子向带电体趋近并与之发生电中和作用，以此达到消除静电的目的。目前使用的绝大多数消电器，都是基于这种电中和原理，所以又叫电中和器。能够使空气发生电离作用的方式有多种，但目前在消除静电方面得到实际应用的只有两种，一种是利用高压电场使空气电离，另一种是利用放射性同位素的辐射使空气电离。相应的消电器也就有高压消电器和放射性同位素消电器两大类。其中，高压消电器在纺织行业应用
