余秀艷 胡 廣 趙明慧 郭會(huì)清 劉曉丹

(1.河南省紡織產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院，河南鄭州，450000；2.河南省纖維檢驗(yàn)局，河南鄭州，450000；3.鄭州海關(guān)，河南鄭州，450003)

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)建立了一些有關(guān)紡織品電阻的測(cè)試方法和標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于形態(tài)不同的纖維、紗線(xiàn)和織物，采用的測(cè)試方法和指標(biāo)各不相同。纖維采用平行夾持器極板或平行極板箱，電阻指標(biāo)為體積比電阻或質(zhì)量比電阻。紗線(xiàn)則采用平行的夾持器型極板，伸直平行的試樣被夾持于其間，測(cè)量其體積或質(zhì)量比電阻[1-3]?？椢镉斜砻骐娮韬痛怪彪娮柚?，表面電阻采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電極、同心圓環(huán)式電極和平行平板電極法進(jìn)行測(cè)量，垂直電阻采用平行的圓板電極測(cè)量[4]。由于測(cè)量方法和表征指標(biāo)不同，纖維和紗線(xiàn)的電阻與織物的電阻(如表面電阻)之間無(wú)法聯(lián)系起來(lái)，甚至表面電阻、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電阻之間也沒(méi)有明確的關(guān)系。因此，為了更好地研究織物的導(dǎo)電或防靜電性能，有必要對(duì)其導(dǎo)電性能進(jìn)行深入地探討，而研究導(dǎo)電紗線(xiàn)導(dǎo)電性能的測(cè)試方法是十分必要的。

2 試驗(yàn)

在規(guī)定的溫度和相對(duì)濕度大氣條件下，用電阻測(cè)試儀測(cè)量繞在制樣板上的一組平行導(dǎo)電紗線(xiàn)的電阻值，計(jì)算其單位電阻或質(zhì)量比電阻。

通過(guò)借鑒國(guó)內(nèi)外相關(guān)產(chǎn)品相關(guān)參數(shù)的測(cè)試方法，每個(gè)樣品選取5個(gè)試樣，在同樣的試驗(yàn)條件下分別進(jìn)行測(cè)試，取平均值，以保證試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性、可靠性。通過(guò)分析不同試驗(yàn)根數(shù)、溫度、相對(duì)濕度對(duì)電阻值的影響，找出最適宜的試驗(yàn)用測(cè)試條件。

2.1 儀器設(shè)備

試樣連接裝置示意圖如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)裝置連接示意圖

1-電阻測(cè)試儀；2-測(cè)量電極；3-樣品電極；4-恒溫恒濕測(cè)試箱實(shí)驗(yàn)艙；5-測(cè)量孔；6-試樣架

電阻測(cè)試儀測(cè)量電壓設(shè)置直流100 V。測(cè)量范圍：1×100Ω～1×1014Ω。測(cè)量精度：電阻不大于1011Ω時(shí)，精度±5%；電阻大于1011Ω時(shí)，精度±20%。恒溫恒濕測(cè)試箱在溫度5 ℃～50 ℃、相對(duì)濕度20%～65%范圍內(nèi)可調(diào)，精度±5 ℃，±2%。測(cè)試箱可引出電極導(dǎo)線(xiàn)，引出導(dǎo)線(xiàn)處不影響箱內(nèi)溫濕度穩(wěn)定。導(dǎo)電紗線(xiàn)試樣裝置的制樣板采用高絕緣性材料，電阻率不小于1×1014Ω·m，規(guī)格250 mm×220 mm×2 mm。在制樣板夾持端正反面，對(duì)齊邊緣，各安裝一張寬25 mm，厚度小于0.5 mm的夾持銅片，如圖2所示。

圖2 測(cè)試樣板

1-制樣板；2-夾持面；3-夾持翼；4-電極夾；5-試樣；6-夾持銅片

試樣架尺寸與測(cè)試箱內(nèi)部空間相適應(yīng)，底面平整，設(shè)置有若干平行的制樣板插槽，可穩(wěn)固承載制樣板。插槽間距應(yīng)保證相鄰制樣板夾持電極的兩翼間距不小于50 mm。電極夾夾持力不小于10 N，電極夾夾持制樣板時(shí)，應(yīng)接觸緊密，導(dǎo)電良好，接觸夾持面長(zhǎng)度大于15 cm。

該檢測(cè)裝置參考現(xiàn)有的紗線(xiàn)黑板疵點(diǎn)檢測(cè)方法，通過(guò)改進(jìn)黑板材料性能與結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)，成本較低，操作方便，該檢測(cè)裝置為導(dǎo)電紗線(xiàn)的阻值量化檢測(cè)方法奠定測(cè)試基礎(chǔ)。導(dǎo)電紗線(xiàn)的檢測(cè)裝置已申請(qǐng)實(shí)用新型專(zhuān)利(201720609036.9)。

電子天平稱(chēng)量范圍0 g～100 g，分度值0.1 mg。

2.2 試樣

本測(cè)試方法適用于電阻率在1×100Ω·m～1×1012Ω·m之間的導(dǎo)電紗線(xiàn)。

同一品種導(dǎo)電紗線(xiàn)，隨機(jī)抽取5個(gè)筒紗。每筒取1個(gè)試樣，共5個(gè)試樣。測(cè)試樣品不得有破損、污染。用搖黑板機(jī)將筒紗在規(guī)定張力下按規(guī)定圈數(shù)繞在制樣板上，使制樣板上的導(dǎo)電紗線(xiàn)平行排列、間距均勻、相互不重疊，且在電極有效夾持范圍內(nèi)。共制成5個(gè)測(cè)試樣板，每個(gè)測(cè)試樣板共有2倍圈數(shù)的導(dǎo)電紗并聯(lián)。

2.3 試驗(yàn)步驟

將試樣架放入測(cè)試箱內(nèi)，并將所有電極導(dǎo)線(xiàn)通過(guò)測(cè)試孔引出箱外，密封測(cè)試孔。將制好的測(cè)試樣板按順序放入測(cè)試箱內(nèi)的試樣架上，依次連接好導(dǎo)線(xiàn)，關(guān)閉測(cè)試箱門(mén)。開(kāi)啟測(cè)試箱，按規(guī)定設(shè)置溫濕度，對(duì)試樣進(jìn)行平衡，平衡時(shí)間不少于4 h。試樣達(dá)到平衡后，將測(cè)試樣板電極導(dǎo)線(xiàn)與電阻測(cè)試儀連接，開(kāi)啟電阻測(cè)試儀，設(shè)置電壓100 V，通電1 min，讀取電阻值，做好記錄。重復(fù)上一步驟依次完成5個(gè)測(cè)試樣板的電阻測(cè)試，并記錄數(shù)據(jù)。立即對(duì)每個(gè)試樣稱(chēng)重，樣品的有效質(zhì)量為稱(chēng)重讀數(shù)的80%，保留3位有效數(shù)字。需要說(shuō)明的是，樣品的有效質(zhì)量未考慮測(cè)試樣板的厚度，精確計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮測(cè)試樣板厚度對(duì)有效質(zhì)量的影響。

2.4 結(jié)果計(jì)算

單位電阻指導(dǎo)電紗線(xiàn)的單位長(zhǎng)度電阻值(RL)，以Ω/cm為單位，按式(1)計(jì)算。

(1)

質(zhì)量比電阻ρm按式(2)計(jì)算。

(2)

式中：ρm為試樣的質(zhì)量比電阻(Ω·g/cm2)，ρmi為第i個(gè)試樣的質(zhì)量比電阻(Ω·g/cm2)。

單位電阻、質(zhì)量比電阻試驗(yàn)結(jié)果按GB/T 8170《數(shù)值修約規(guī)則與極限數(shù)值的表示和判定》的規(guī)定修約為兩位有效數(shù)字。

3 結(jié)果與討論

3.1 試驗(yàn)根數(shù)對(duì)電阻的影響

選取7種導(dǎo)電紗線(xiàn)，分別制成不同根數(shù)的導(dǎo)電紗線(xiàn)試樣，每種均為5個(gè)試樣，測(cè)量其電阻值，計(jì)算質(zhì)量比電阻。不同試驗(yàn)根數(shù)條件下的質(zhì)量比電阻如表1所示。

表1不同試驗(yàn)根數(shù)條件下的質(zhì)量比電阻

測(cè)試根數(shù)/根質(zhì)量比電阻/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

從表1可看出，試驗(yàn)根數(shù)為50根時(shí)導(dǎo)電紗線(xiàn)的質(zhì)量比電阻比較穩(wěn)定。因此，當(dāng)導(dǎo)電纖維在紗線(xiàn)中分布均勻性良好時(shí)，用50根(25圈)導(dǎo)電紗線(xiàn)制成的樣品，測(cè)量的試樣長(zhǎng)度共計(jì)10 m，能夠得到穩(wěn)定的測(cè)量結(jié)果。

測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性按式(3)計(jì)算：

(3)

選取每個(gè)測(cè)試樣品50根時(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算的測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性如表2所示。

表2測(cè)量結(jié)果重復(fù)性

樣品編號(hào)單位電阻/Ω·cm-1 1 2 3 4 5 平均單位電阻/Ω·cm-1測(cè)量結(jié)果重復(fù)性?xún)x器測(cè)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，測(cè)量結(jié)果重復(fù)性均小于儀器測(cè)量精度引起的誤差，測(cè)量重復(fù)性合理。

3.2 試驗(yàn)溫度對(duì)電阻的影響

選取7種導(dǎo)電紗線(xiàn)50根(25圈)樣品，在相對(duì)濕度35%、不同溫度的條件下調(diào)濕，達(dá)到平衡后進(jìn)行測(cè)量。每種導(dǎo)電紗測(cè)試5個(gè)試樣。不同溫度條件下的單位電阻如表3所示。

從表3可以看出，在5 ℃～50 ℃溫度范圍時(shí)，導(dǎo)電紗線(xiàn)的電阻值(單位電阻)比較穩(wěn)定，基本上不隨溫度的變化而改變。因此，為了與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)一致，選擇的溫度條件為(20±5)℃[5]。

表3不同溫度條件下的單位電阻

測(cè)試根數(shù)/根單位電阻/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 試驗(yàn)相對(duì)濕度對(duì)電阻的影響

選取7種導(dǎo)電紗線(xiàn)50根(25圈)樣品，在溫度20 ℃、不同相對(duì)濕度的條件下達(dá)到平衡后進(jìn)行測(cè)試。每種導(dǎo)電紗線(xiàn)樣品測(cè)試5個(gè)試樣。不同濕度條件下的單位電阻如表4所示。

從表4可以看出，在25%～65%的相對(duì)濕度范圍內(nèi)，1號(hào)、2號(hào)導(dǎo)電紗線(xiàn)的單位電阻保持不變，其余導(dǎo)電紗線(xiàn)的單位電阻略有增加，總體來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定。由于紗線(xiàn)具有吸濕性，特別是棉和粘膠纖維吸濕性較強(qiáng)，在高濕環(huán)境下電阻顯著下降，影響測(cè)量結(jié)果，所以選擇相對(duì)濕度條件為(35±5)%。

表4不同濕度條件下的單位電阻

相對(duì)濕度/%單位電阻/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 結(jié)束語(yǔ)

導(dǎo)電紗線(xiàn)的導(dǎo)電性能可以在溫度(20±5)℃，相對(duì)濕度(35±5)%的大氣條件下，對(duì)50根導(dǎo)電紗線(xiàn)并聯(lián)組成的試樣進(jìn)行測(cè)量，用計(jì)算出的單位電阻來(lái)表征。選定的該溫濕度條件與其他現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相一致。將該測(cè)試方法所得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)與計(jì)量檢測(cè)機(jī)構(gòu)及導(dǎo)電紗線(xiàn)生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行對(duì)比，測(cè)試結(jié)果一致，試驗(yàn)結(jié)果的復(fù)現(xiàn)性好。該測(cè)試方法是對(duì)現(xiàn)有紗線(xiàn)和織物導(dǎo)電性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)體系的補(bǔ)充和完善，對(duì)紡織產(chǎn)品尤其是具有導(dǎo)電或防靜電要求的功能型和特種紡織品具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。