韓旭 周明 柳靜獻 毛寧

(東北大學資源與土木工程學院 沈陽 110006)

0 引言

目前國內(nèi)外對于濾料的研究發(fā)展迅速，人們以提高過濾效率、降低阻力為原則，相繼開發(fā)了從機織布、絨布到針刺氈、水刺氈等一系列濾料[1]。而伴隨著濾料技術(shù)的高速發(fā)展，合成纖維、塑料、橡膠等高分子材料的迅速推廣，以及輕質(zhì)油品、電火工品、電子元器件等靜電敏感性材料的使用，靜電的危害日益突出。輕則會造成濾袋破損失效，嚴重者還會引起火災(zāi)甚至爆炸，因此，對濾料的抗靜電性能的研究已引起各研究機構(gòu)和學術(shù)組織的高度重視。

影響濾料抗靜電性能的主要因素有比電阻[2]，摩擦材料[3]，摩擦條件[4]以及環(huán)境條件[5]。按照作用效果的耐久性，可將抗靜電方法分為暫時性及永久性兩種[6]。暫時性抗靜電方法是在濾料表面添加活性劑，提升其親水性，從而提高其靜電性能。永久性抗靜電方法主要包括以下3種[7]：

(1)在濾料制作過程中在基布或面層中加入導電纖維。

(2)在濾料表面添加永久性抗靜電劑。

(3)通過扎-烘-焙工藝添加納米級抗靜電劑。

濾料結(jié)構(gòu)、濾料抗靜電處理方式及粉塵比電阻都是影響濾料靜電性能的關(guān)鍵因素，因此本文基于以上研究背景，以滌綸針刺氈濾料為研究對象，分別采用GB/T 12703．4—2010《紡織品靜電性能的評定第4部分：電阻率》[8]中的三電極法中規(guī)定的定壓法[9]分別測量濾料在過濾不同重量鐵粉粉塵下的電阻率，探索濾料抗靜電處理方式對于濾料靜電性能的影響，為濾料抗靜電技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 實驗部分

1.1 主要原料以及實驗儀器

1.1.1 實驗儀器

LFY-406材料電阻率測量儀：山東紡織科學院-儀器研究所；FED240熱風循環(huán)烘：德國Binder。

1.1.2 實驗所用濾料

表1為實驗所用濾料。

表1 實驗所用濾料

1.2 實驗方法

實驗環(huán)境條件：溫度20～25 ℃，空氣濕度分別為25%，30%，35%，40%，45%，50%，55%，60%RH，環(huán)境風速應(yīng)在0.1 m/s以下。實驗濾料置于烘箱預(yù)烘2 h，溫度設(shè)置為50℃，然后置于實驗環(huán)境內(nèi)5 h進行溫室平衡，按照實驗要求裁剪成相應(yīng)尺寸。

電阻率實驗：每組實驗取3塊直徑80 mm的圓形試樣，測試結(jié)果取其平均值。按照電阻率測試儀器說明書接線，實驗時電壓檔位置于50 V檔，選擇合適的電阻檔位，記錄數(shù)據(jù)。

實驗測得數(shù)據(jù)為表面電阻，需要通過計算得出對應(yīng)的電阻率，計算公式如下：

式中，ρs為表面電阻率，Ω；Rs為由實驗測得的表面電阻，Ω；L為使用電極裝置中被保護電極的有效周長，m；g為兩電極之間的距離，m。

1.3 粉塵的補集方法

本實驗所用粉塵為200，325，1 000 μm鐵粉。使用粉塵過濾系統(tǒng)(見圖1)使濾料過濾粉塵，盡量保證每次粉塵均勻分布，濾料過濾粉塵后對荷塵濾料進行電阻測量，測量完畢再次加塵，一共過濾5次粉塵，取5個荷塵數(shù)據(jù)點。

1—儲氣罐；2—發(fā)塵器；3—高效過濾器；4—控制閥門；5—連接管；6—試樣；7—風機

2 實驗結(jié)果與分析

按照濾料抗靜電處理方式的不同可將濾料分為兩種，一種在基布中添加導電纖維，另一種在面層中混有導電纖維[10]。為探究不同抗靜電處理方式對濾料靜電性能的影響，本文選取3種不同抗靜電處理方式的滌綸針刺氈進行測試，分別為滌綸針刺氈a(基布經(jīng)向有導電纖維，導電纖維間隔10 mm)、滌綸針刺氈b(基布經(jīng)緯向均有導電纖維，導電纖維間隔15 mm)及滌綸針刺氈c(面層中混紡導電纖維)。

對濾料進行預(yù)處理后，控制相對濕度分別為25%，30%，35%，40%，45%，50%，55%，60%RH，利用以上3種濾料對200，325，1 000 μm鐵粉進行過濾，利用LFY-406型電阻率測量儀對濾料表面電阻率進行測量。

2.1基布中導電纖維密度對濾料表面電阻率的影響

本節(jié)對滌綸針刺氈a與滌綸針刺氈b兩種濾料進行荷塵，探究基布導電纖維密度對濾料表面電阻率的影響。

在不同相對濕度條件下，過濾不同粒徑鐵粉粉塵后滌綸針刺氈a與滌綸針刺氈b兩種濾料表面電阻率變化趨勢如圖2所示。

(a)25% RH

如圖2所示，隨著過濾鐵粉粉塵量的增加，二者表面電阻率均出現(xiàn)明顯下降趨勢，下降趨勢較為接近，這是因為纖維以及合成纖維的電荷載體是離子，導電機理為離子導電，離子移動與纖維結(jié)構(gòu)及其表面狀態(tài)有關(guān)[11]，也就是纖維內(nèi)部縫隙及表面的吸附狀態(tài)對其電阻率影響很大，濾料表面以及內(nèi)部空間吸附鐵粉，鐵粉顆粒接觸形成導電網(wǎng)格，縮短了非導體通道的長度[12]，從而降低了電阻率。但滌綸針刺氈a表面電阻率數(shù)量級仍為106，滌綸針刺氈b表面電阻率數(shù)量級仍為105?；紝щ娎w維密度對其表面電阻率有顯著的影響，滌綸針刺氈a表面電阻率均明顯高于滌綸針刺氈b表面電阻率，約高出一個數(shù)量級，其原因在于基布中含有導電纖維，導電纖維形成了導電通道，而經(jīng)緯向均有導電纖維的導電通道數(shù)要高于經(jīng)向有導電纖維的濾料，從而使其電阻率低于經(jīng)向含有導電纖維的濾料，因此基布導電纖維密度越大，其表面電阻率越小。

2.2基布/面層中添加導電纖維對濾料表面電阻率的影響

本節(jié)對滌綸針刺氈a與滌綸針刺氈c兩種濾料進行荷塵，探究基布或面層中添加導電纖維對濾料表面電阻率的影響。在不同相對濕度條件下，過濾不同粒徑鐵粉粉塵后滌綸針刺氈a與滌綸針刺氈c兩種濾料表面電阻率變化趨勢如圖3所示。

如圖3所示，隨著過濾鐵粉粉塵量的增加，二者表面電阻率均出現(xiàn)明顯下降趨勢，下降趨勢較為接近，其原因與上一節(jié)分析滌綸針刺氈a和滌綸針刺氈b的原因相同，故此處不再贅述。但滌綸針刺氈a表面電阻率數(shù)量級仍為106，滌綸針刺氈c表面電阻率數(shù)量級由105降至104。基布或面層中加導電纖維對其表面電阻率有顯著的影響，滌綸針刺氈a表面電阻率均明顯高于滌綸針刺氈c表面電阻率，這是因為面層中混紡導電纖維，其導電纖維均勻分布在面層，導電纖維形成的導電通道的覆蓋區(qū)域大于基布中的導電通道，從而使滌綸針刺氈a的表面電阻率高于滌綸針刺氈c，約高出一個數(shù)量級，因此基布加導電纖維濾料表面電阻率要高于面層混紡導電纖維表面電阻率。

(a)25% RH

3 結(jié)論

(1)過濾鐵粉粉塵后，隨著相對濕度以及粉塵克重的增加，實驗用3種濾料的表面電阻率有不同程度的下降。

(2)在25%與60%相對濕度條件下，過濾鐵粉粉塵后滌綸針刺氈c表面電阻率數(shù)量級由105降至104。

(3)在25%與60%相對濕度條件下，過濾鐵粉粉塵后滌綸針刺氈a與滌綸針刺氈b表面電阻率均有所下降，但數(shù)量級無變化。

(4)抗靜電處理方式對濾料靜電性能有一定的影響?；紝щ娎w維密度越大，滌綸針刺氈a電阻率高出滌綸針刺氈b電阻率約一個數(shù)量級；滌綸針刺氈a電阻率高出滌綸針刺氈c電阻率約一個數(shù)量級，面層中混紡導電纖維濾料抗靜電性能要強于基布中加導電纖維濾料靜電性能。