锗纤维面料的开发及环境因素对其抗静电性的影响探究

　　摘要： 锗纤维面料是含锗面料中最常见的一类，但其机织面料的开发和性能研究较少。文章开发四种含量比的秋冬衬衫用锗纤维面料，测试其基础服用性能和抗静电性能，并基于面料的抗静电性能，通过改变环境的温度和湿度，探究面料抗静电性能的改变，以对其他抗静电产品的开发起到一定借鉴作用。结果表明，四种含量比的锗纤维面料的透气性、悬垂性符合开发目的，同时抗静电性均可达到GB/T 12703.4—2010中的C级以上技术要求。在50%～80%RH与15～25 ℃条件下，织物的抗静电性能随着湿度和温度的升高而提升，环境温湿度对于锗纤维面料的抗静电性能有明显影响。

　　关键词：锗纤维;含锗面料;抗静电织物;表面电阻率;温湿度

　　作者： 万殊姝

　　使面料含锗主要有两种方法，一是通过在纺丝液中添加无机锗粉，使得纤维被赋予锗元素的一些特性;二是通过对某些面料进行含锗后整理，以获得所需功能。含锗面料具有符合国家标准的负离子、远红外及抗菌性能[1]，而且由于锗的半导体特性，它还能够赋予面料一定的抗静电性，因此含锗面料是贴身、保健服装面料的较好选择。直接使用锗纤維是常见的使面料含锗的方法，锗纤维按照纺丝液的不同又分为涤纶基、黏胶基、锦纶基、丙纶基和牛奶蛋白基等，其中涤纶基最为常见。

　　化纤织物常见的抗静电改性方法很多，按阶段分有聚合阶段改性、纺丝阶段改性和后整理三类[2]。刘圆圆等[3]将氧化石墨烯作为改性单体，与聚对苯二甲酸乙二醇酯进行共聚，改性后的纤维体积比电阻较普通涤纶纤维明显降低。王明序等[4]分别选用浅色导电钛白和水性聚氨酯作为功能填料和涂层剂，制备了一种聚酯纤维基抗静电涂层织物，织物表面电阻率在106 Ω以内，且耐水洗、日晒性好。Abdel-Fattah M等[5]研究了不同浓度的Hydroperm亲水表面整理剂对涤纶长丝织物的电荷和衰减性能的影响，并证实经过Hydroperm处理后的样品电荷最初呈指数衰减，然后再呈较慢的衰减，整理后的织物抗静电性明显提升。

　　另外，人体在使用抗静电面料的过程中，使用状态和使用条件不可能没有变化，在正常使用下，抗静电面料的功能发挥如何，主要受环境的影响。谢勇[6]发现温度会影响镀银纤维嵌织织物的导电性能，温度越高织物的电阻越小。吴逊等[7]使用单甘酯等4种非离子型抗静电剂与聚丙烯熔融混合，制备获得抗静电薄膜，并发现薄膜的抗静电效果明显受到环境湿度的影响。

　　本文纺制四种含量比的锗纤维/棉混纺纱，并按照开发秋冬贴身衬衫面料的目的设计面料。在探究锗纤维面料的常规服用性能以外，进一步研究其抗静电性能，并通过分别改变环境温湿度，来了解锗纤维面料抗静电性能受环境影响的情况，为锗纤维面料和其他抗静电面料的使用及开发提供一定借鉴作用。

　　1 锗纤维机织面料的开发

　　1.1 纤维原料的选取

　　本文选取的涤纶基锗纤维(上海奥领纺织新材料有限公司)为如图1所示的散纤维形态，另一种原料棉(市售)为普梳棉条形态。锗纤维纺丝液中含有的锗粉添加剂电镜照如图2所示，锗纤维原料规格如表1所示。

　　由图2可以看出，由于添加的锗粉尺寸为纳米级，因此部分纤维易产生团聚现象。添加剂与纺丝液共混后纺丝，锗粉分布在纤维内部和表面。其中，纤维表面大部分锗粉分布情况如图3(a)所示，小部分出现图3(b)的團聚现象。

　　1.2 锗纤维纱线的设计

　　本文开发的锗纤维纱线主要用于生产具有抗静电、负离子和远红外等功能的衬衫面料，因此其纱线的规格和成分均需在保证纱线具备功能性的同时，也能保证一定的舒适性。利用棉纤维与锗纤维混纺，可以赋予纱线亲肤舒适性，尤其在一定程度上可以改善织物的湿热舒适性。本文开发的四种锗纤维纱线含量比及规格如表2所示，获得的纱线如图4所示。

　　由图4可以看出，随着纱线中锗纤维含量的增加，纱线毛羽明显降低。纱线中纤维越短，会更容易外露产生毛羽，锗纤维长度为38 mm(大于棉纤维长度)，加之棉纤维自身的天然转曲特性，相比锗纤维更难加捻抱合，因此纱线中棉含量越大，纱线毛羽越多。纱线的毛羽会在一定程度上影响锗纤维面料的厚度、透气等性能。

　　1.3 锗纤维机织面料的设计

　　本文选取衬衫面料常用组织平纹作为织物组织。分别使用四种含量比的双合股纱线作为经纬纱，得到100/0、75/25、50/50、25/75四种含量比的锗纤维/棉混纺织物。四种织物的经、纬紧度分别为60%、55%，经、纬密度分别为277 根/10 cm和254 根/10 cm。

　　2 性能测试

　　2.1 悬垂性

　　按照GB/T 23329—2009《纺织品织物悬垂性的测定》的方法B：图像处理法，使用YG811L型织物动态悬垂性风格仪(青岛山纺仪器有限公司)进行测试。试样加持盘直径为12 cm，试样直径为24 cm，每块织物取3块试样，正、反两面均进行测试，取平均值。

　　2.2 透气性

　　按照GB/T 5453—1997《纺织品织物透气性的测定》的测试方法，使用YG461数字式织物透气量仪(宁波纺织仪器厂)进行测试。实验用的喷嘴口径为4.0 mm、实验面积为20.0 cm2、压差为100 Pa，每个试样的不同部位各测试10次，取平均值。

　　2.3 抗静电性

　　测试抗静电的方法有很多种，其表征指标也有很多项，一般实验室最常用的是比电阻和半衰期[8]。本文按照GB/T 12703.4—2010《纺织品静电性能的评定第4部分：电阻率》的测试方法，使用YG(B)406型织物电阻率测试仪(温州市大荣纺织仪器有限公司)进行测试。纯棉及锗纤维织物实验电压为100 V，涤纶实验电压为250 V。每个试样测试3次，取平均值。

　　当探究温度和湿度对面料抗静电性能影响时，分别将四种锗纤维面料放置在实验设计的相应温、湿度(20 ℃、25 ℃、30 ℃及50%RH、60%RH、70%RH、80%RH)下进行12 h以上的调湿后，再进行表面电阻率的测试。

　　3 锗纤维机织面料的基础服用性能

　　3.1 悬垂性

　　锗纤维面料的悬垂系数测试结果如表3所示。由表3可以看出，锗纤维/棉的含量比对于面料悬垂性影响较小。锗纤维含量越多，织物的静态悬垂系数会变大，即悬垂性下降。面料悬垂性主要受到纤维原料、织物组织结构、面密度等因素的影响[9]。四种混纺比织物只有原料是不同的，一般纤维的密度与其初始模量的比值越大，则该纤维织物悬垂性越好(锗纤维初始模量约为7 N/dtex，棉纤维初始模量约为6 N/dtex)，因此锗纤维含量越多，织物的悬垂性越差。四种锗纤维面料的悬垂性中等，属于常见涤纶型衬衫面料悬垂系数的范围[10-13]，能够满足本文的开发目的。

　　3.2 透气性

　　锗纤维面料的透气性结果如图5所示。由图5可以看出，四种锗纤维面料的透气性较好。基于单因素方差分析法对数据进行显著性检验后，发现随锗纤维含量的提升，面料透气性更好。分析认为，纱线毛羽会随机分布在织物表面及纱线交织孔隙处，影响空气透过织物。四种织物是由四种混纺比的纱线制成，而纱线毛羽指数是随锗纤维的增加而减小的，因此织物中锗纤维越多，影响透气率的毛羽越少，织物的透气性就越好。另外，锗纤维分布着锗粉微粒，这使得锗纤维表面凹凸不平，也在一定程度上使纤维间隙增大，进而提升了透气性。

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文章名称： 锗纤维面料的开发及环境因素对其抗静电性的影响探究

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