半衰期是反映纖維靜電性能的一項重要指標——靜電衰減速度。
決定纖維靜電半衰期的因素分為:內在因素和外界因素兩個方面
內在因素指纖維材料本身的化學組成、結構與性質。
外界因素指環境條件(溫度、濕度等),纖維材料的含雜。
一、內在因素決定了纖維的電性能(電性及比電阻)和靜電半衰期的大小。
表1 幾種常用纖維的帶電序列
靠近左側的帶正電,靠近右側的帶負電;當棉與尼龍摩擦時,尼龍帶正電,棉帶負電;棉與腈綸摩擦時,棉帶正電,腈綸帶負電;越靠近兩端的纖維帶電量越大,比電阻亦越大,兩種纖維相距越遠,電位差越大。
表2 幾種常用纖維的靜電半衰期(相對濕度46%)
纖維種類 |
丙綸 |
滌綸 |
錦綸 |
羊毛 |
腈綸 |
棉和粘膠 |
蠶絲 |
半衰期/秒 |
>15分鐘 |
56.2 |
35.3 |
14.3 |
5.7 |
<1.0 |
400.6 |
靜電散失速度與纖維比電阻關系十分密切。而比電阻大小與纖維吸濕能力有關。吸濕能力除與纖維中分子的聚集態結構有關外,還取決于纖維上親水基團的多少,親水基極性的強弱以及親水基團在大分子鍵上的位置。
由纖維的離子導電理論可知,通常情況下纖維中電荷的載體主要為離子,電荷散失速度取決于離子遷移速度,當吸收有足夠的水分子后,纖維中就會形成連續水膜,帶電離子會沿著水膜這一導電通路迅速遷移,電荷散失迅速。如果吸收的水分子較少,就不能形成連續水膜的導電通路,電荷遷移到水膜斷開的地方就會停留下來,當中斷的通路經一定時間由于吸收的水分子而被接通時,電荷才能繼續向前遷移。纖維吸濕能力越差,通路被中斷的次數越多,中斷時間越長,電荷遷移速度越慢。
丙綸纖維沒有親水基團,故半衰期很長。滌綸、錦綸、腈綸的親水基團較少,親水性也相對較弱,故靜電散失比較緩慢,半衰期也較長,但都比丙綸要短得多,尤其腈綸更短一些。
棉粘膠等纖維素纖維有較多、較強的親水基團——羥基、故吸水性強,靜電散失迅速,半衰期很短。
羊毛雖然親水基團較多,且較強,吸收水分子較多,但羊毛纖維分子間有很強的的橫向交鍵,其吸濕為三項吸濕,水分子被緊緊的吸附在側鍵上,影響了電荷的傳遞,電阻較大,靜電衰減較緩慢。
蠶絲為β絲朊結構,側鏈上的親水基團比羊毛少,吸濕能力比羊毛差,故靜電衰減相當緩慢。
二、外界因素的影響。
1、相對濕度的影響:
親水性纖維受環境濕度影響較大,疏水性纖維影響較小。當濕度增大時,親水性纖維含水量迅速增加,在纖維表面上形成一層導電水膜,表面比電阻降低,半衰期縮短;疏水性纖維則不宜在纖維表面形成含水的導電水膜,表面比電阻不能顯著降低,則半衰期亦不能明顯縮短。
增加疏水性纖維的表面含水率,可有效降低表面比電阻,則半衰期亦會大大降低,這就是防靜電后整理的原理。
如果將親水性優良的粘膠纖維置于極干燥條件下,也會有顯著的靜電現象。
2、溫度的影響
當含水率一定時,溫度提高,有利于離子的形成,從而降低纖維的表面比電阻,縮短半衰期。
3、纖維材料含雜的影響
纖維材料的含雜指的是非纖維附著物。即纖維在形成過程中所伴生的棉蠟、油脂和化纖所用油劑及其他金屬鹽化合物等非纖維物質。在一定相對濕度條件下,當電場作用時,這些非纖維的附著物能電離成帶電載體——離子,沿著水分子構成的導電通路使電荷迅速散失,縮短半衰期。