纺织品 纱线导电性能的测定 编制说明

1《纺织品纱线导电性能的测定》编制说明一、工作简况1.任务来源根据国标委综合[2021]23号“关于下达2021年国家标准制修订计划的通知”，《纺织品纱线导电性能的测定》（计划编号：20213107-T-608由全国纺织品标准化技术委员会归口管理，由河南省纺织产品质量监督检验院等单位负责起草。2.制定背景及意义随着功能性纺织品和智能穿戴理念的不断发展，导电纱线在日常生活、医疗、军事以及特殊工种作业等领域的应用愈发广泛。此类纺织品的研制和生产都离不开导电纱线的应用。目前导电智能服装及相关产品正迅速崛起，采用导电纱线开发的设备日益增多，并因其小巧、柔性、有弹性、耐久性好，能与人体很好地融为一起而深受喜爱，这也促进导电纱线及导电纺织品的生产迅速扩大。做为导电纱线，其导电性能也备受关注。目前，国内只有FZ/T12071-2021《导电纱线》规范性附录A给出的导电纱线导电性能的试验方法，是目前对导电纱线性能评价的基本方法。该标准填补了导电纱线导电性能测试方法的空白，对于规范市场秩序，促进企业技术进步，提升产品质量起到了积极的作用。但是，到目前为止国内外均未发现适用于导电纱线测试评价的专用设备装置和检测方法标准。无论从规范市场秩序还是确保产品质量的角度，都需要尽快统一纱线导电性能的检测方法，研制配套检测装置，在此基础上推出纱线导电性能的检测方法标准。3.主要工作过程（1）2021年8月～2021年10月，计划下达后，成立起草小组，收集并分析国内外相关标准、文献资料。（2）2021年11月～2022年1月，制定工作计划，确定标准主要内容及编制原则，收集相关样品，进行试验研究。（3）2022年2月～2022年8月，主要检测装置和设备基本定型，对重要参数进行验证试验。（4）2022年9月～2023年12月，通过多次标准起草小组会议，对标准草案进行讨论修改，根据意见做进一步试验验证和完善。（5）2024年1月，经过多轮修改、确认，形成标准征求意见稿及标准编制说明等文件，提交标委会秘书处广泛征求意见。二、标准编制原则2.1合理吸纳国内外相关标准的内容，在技术内容上尽可能与国内、国际标准接轨。2.2按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的要求编写本标准。2.3在制定过程中，进行了大量验证试验，以确保本标准的科学性、合理性。22.4操作简便、科学适用、容易推广执行、具有实用性和操作性。三、主要内容的确定1、标准适用范围本标准适用于导电纤维与其他纤维经混纺或复合制成的纱线，不适用于导电纤维在纱线内部呈芯型结构的纱线。其他同类产品可参照执行。本标准测试方法采用接触式测试纱线电阻，因此，导电纤维在纱线内部呈芯型结构的纱线，不适用于本方法。2、术语和定义本标准涉及三个引用文件，均与FZ/T12071-2021《导电纱线》保持一致。其中，本标准将“注：导电纤维包括导电短纤维和导电长丝”，放在术语定义“导电纤维”后，起到更有效的注释作用。3、试验原理试验原理与FZ/T12071-2021《导电纱线》规范性附录A的原理一脉相承，在规定的温度和相对湿度大气条件下平衡纱线样品，用电阻测试仪测量绕在绝缘板上的一组平行纱线的电阻值，计算其单位电阻。因试样板具有高绝缘性，可不考虑其影响，测量制作好的试样电阻为50根长度为20cm纱线的并联电阻。其中单位电阻：RL50 Rin式中：RL——试样单位电阻，单位为欧姆每厘米(Ω/cm R——5个试样的平均电阻（并联电阻每块测试样板包含50根长度20cm纱线，单位为欧姆L——试样的有效长度L=20cm，单位为厘米（cm）。Ri——第i个试样的电阻（并联电阻每块测试样板包含50根长度20cm纱线，单位为欧姆n——试样数量，n=5。在FZ/T12071-2021《导电纱线》规范性附录A的基础上，本着满足检测需求、立足常备设备、减少专用设备、降低成本的原则，同时为提高各实验室间试验结果的可比对性，对影响试验结果的关键因素：试样板、制样机、试样制作、试样架、屏蔽罩等进行统一规定，改善了纱线、试样板和试样架夹持板之间的接触贴合度，形成有效导电通路，同时提升样品制作效率和样品形式的准确性，减少并联纱线之间、试样板之间的干扰，减少空气杂波、电离子等因素对高电阻样品的干扰。对电阻测试仪进行限定，确定了检测电压、测量时间、测量范围、测量精度，并进行了试验比对，保证结果准确可靠。34、样品形式用制样机将筒纱上的纱线在试样板绕取25圈制成试样，使试样上的纱线平行排列、间距为8mm、毛羽不搭接。如图1所示。图1样品示意图每个制样板有效长度为200mm,不同根数(以50根即25圈为基准)的试样板5块，分别测量其并联电阻，得出单位电阻。FZ/T12071-2021《导电纱线》规范性附录A中，并未对平行纱线间距进行规定，摇黑板机制作出的试样板，纱线间距过小，存在毛羽搭接现象，会导致通电烧毁纱线，或者平行纱线之间形成电容等情况，也将影响电阻值。因此，本标准试制了专门的制样机，避免上述情况发生。在试样数量的选择方面，选择与FZ/T12071-2021《导电纱线》规范性附录A一致，当导电纤维在纱线中分布均匀性良好时，选50根(25圈)试样测量其导电性能，能得到稳定可靠的单位电阻，因此选50根(25圈)试样。5、仪器和装置实验装置连接示意图，如图2。该装置包括电阻测试仪、测量电极、屏蔽箱、试样板、试样架等。将试样架放入屏蔽箱内，纱线试样板水平置于试样架上，扣紧夹持手柄，用电极夹夹持试样架接线端子，电极夹导线通过屏蔽箱侧面的测试孔引出箱外，与箱外电阻测试仪相连接，测得试样电阻值。4本标准优化的试验装置，与FZ/T12071-2021《导电纱线》规范性附录A中的试验装置(简称原标准试验装置见图3),最大的不同：变测试箱为屏蔽箱、优化试样架、调整夹持方式、优化5.1单位电阻及测试仪器确定在测试仪器以及测试电压、测试时间的选择确定上，参考现有仪器和标准规定，如GB纱线的样品形式及特点，须考虑纱线对较大电流的承受力，且较大等效应，也会影响电阻测试准确性。经过大量试验，保证流经纱线的电5.2试验条件目前，国内纺织材料相关标准，如GB/T12703.4-2010《纺织品静电性能的评定第4部分：电阻率》、FZ/T50035-2016《合成纤维长丝电阻试验方法》等，在试验用大气条件上采用温度20℃±2℃、相对湿度35%±5%,GB12014-2009《防静电工作服》在温湿度上采用20℃±5℃、35%±5%。FZ/T12071-2021《导电纱线》规范性附录A中，温度采用20℃±5℃,相对湿度35%±5%。在与相关标准协调一致的原则下，本标准试样调湿及试验大气条件确定为温度20℃±5℃,相对湿度35%±5%,试样调湿时间不小于4h。屏蔽箱应由金属材质或其他材质内壁衬贴金属屏蔽网制成，金属屏蔽网密度不低于100目。屏蔽箱放置于试验用大气条件环境内。箱内可容纳载有试样板的试样架5形成相对理想的电磁屏蔽空间，内外可进行空气微弱交换，稳定时内本标准装置和方法条件下，有无屏蔽罩测试结果对比，见表3。从表3可见，屏蔽罩对低电纱线的试样板，如图4(a)所示。采用高绝缘性材料，电阻率≥1×10⁴Q·m,制成250mm×220mm×2mm的板子。在试样板夹持端正反面，对齐边缘，各安装一张宽25mm,厚度小于1mmFZ/T12071-2021《导电纱线》规范性附录A中试样板如图图4(b)中电极夹的夹持由内部弹簧控制，因夹子材质和硬度情况，容易造成夹子两侧力度6试样架上部是由夹持手柄控制可夹紧的夹持板组成，夹持板由不锈钢制成，左右上下各一对。该夹持板替代原标准中的电极夹功能。夹持板宽度不小于30mm,长度大于220mm。上夹持板可随夹持手柄上下开合，最大开合高度不小于30mm,插入试样板时避免纱线被夹持板剐蹭，改变纱线间距。上下夹持板夹持力不小于10N,夹持试样板时，应接触紧密、导电良好，接触夹持面长度为220mm,宽度为25mm,保证左右夹持板之间纱线有效长度是200mm。两个下夹持板同一侧，设置有测量接线端子。试样架下部是提供稳定放置的绝缘底座。见图5。图5(a)试样架平视图图5(b)试样架俯视图对比图5和图3,可知原标准试样板是间隔5cm,5个试样板平行并排放置于试样架上，依次进行测试。本标准是单个试样板依次放入试样架，这样设计看似降低了效率，实则可避免并列试样板通电形成电磁场、驻留电荷形成电容等，提升了测量准确性和稳定性。经过大量试验，也验证了这一设计的科学适当性，尤其是对于高阻值样品，本标准的装置更加稳定。这个测试环节，也并未降低测试效率。5.6制样机制样机是能在试样板上均匀排列纱线并能调节至规定密度的装置。两根纱线之间的间距设为8mm,样品卷绕25整圈(每面25根),每根有效长度200mm。示意图见图6。7原标准中采用摇黑板机，绕制线圈是，需要手动设置纱线行记数，易造成纱线间距和绕线圈数的混乱。本标准中的制样机则可设定圈数和间距，提升制样样品准备和制样，与原标准一致，仅仅将摇黑板机替换为专用制样机：同一品种纱线，随机抽取5个筒纱。用制样机将筒纱上的纱线在试样板绕取25圈制成试样，使试样板上的纱线平行排列、间距为8mm。制样时对纱线施加(0.50±0.10)cN/tex的预加张力。每个筒纱制取1个试样，共制成5个试样。试样不得有破损或污渍。结合操作实际，本着操作简便、科学适用、容易推广执行、具有实用性和操作性的原则，将7.1将纱线样品和屏蔽箱放入试验用大气条件实验室，按6规定进行调湿平衡。7.3将制好的试样板放入试样架，使试样板处于夹持板中间部位，压下四个夹持手柄，连接读取并记录电阻值；否则，选择电压100V,电阻档位由低档到高档依次选择，从10⁴Q档开始，无有效读数，则升档至10⁵Q档，直至电阻测试仪显示有效读数为止，通电1min,读取并记录电7.5重复7.3和7.4,依次完成其他4个试样的电阻测试，并记录数据。8测试结果应给出纱线的单位电阻。单位电阻（RL）按式（1）计算，计算结果按GB/T8170的规定修约为两位有效数字。RL式中：Ri50 i1nL…………RL——试样单位电阻，单位为欧姆每厘米(Ω/cm）；Ri——第i个试样的电阻（并联电阻每块试样板包含50根长度20cm纱线，单位为欧姆(Ω);n——试样数量，n=5；L——试样的有效长度L=20cm，单位为厘米（cm）。9、比对试验9.1测试结果比对选择不同导电性能的10个样品，1#样品绿色150D+炭黑20D/3F并网、2#样品军绿150D+炭黑20D/3F并网、3#样品C10S+进口炭黑20D/3F、4#样品T80S2030S金属导电纱、5#样品500D+炭黑20D/3F、6#样品R40S+进口炭黑20D/3F、7#样品32S/2芳纶+炭黑20D/3F、8#样品JC80S2030S/2金属导电纱、9#样品T/C45S+炭黑20D/3F、10#样品T/C45S+白抗20D/3F，按照FZ/T12071-2021《导电纱线》规范性附录A和本标准要求，进行制样，每个制作5个试样。利用两个标准要求的测试装置，在同一试验环境条件下，分别测量10个样品的电阻平均值，测试结果见表1。表1比对试验数据汇总表号称30S/2金黑黑黑20D/3F值值验证结果显示，两个标准下检测装置测试反馈结果基本一致，均处于一个数量级，试验结果重现性较好。上述比对试验对本标准试验方法的验证结果表明，试验方法的选择以及试验参数的设定都是合理的，具有可操作性和可比性。9.2稳定性比对为进一步验证本标准方法和试验装置测试稳定性和重复性，项目组进行了FZ/T12071-2021《导电纱线》规范性附录A和本标准测试结果及稳定性比对，见表2。9FZ/T12071-2021《导电纱线》规范性附录A方电阻平电阻数电阻平电阻数23452351电纱23网456789T/C45S+白抗20D/3F上表选择的样品与表1一致，为降低测试数据的偶然性，每次试验由5次测试结果的平均数显示在表中。同时，将测试结果数量级单独标示出来，对测试结果的因数(科学技术法)的平均除9号样品相差不大，其他均远远小于FZ/T12071-2021《导电纱线》规范性附录A下的测试结为进一步验证本标准下，屏蔽罩的作用，选择10个样品，在本标的方法，进行电阻测试。有无屏蔽罩测试结果稳定性比对，见表通过表3数据，可以了解到，纱线电阻测试结果平均值，有屏蔽罩的数值都略小于无屏蔽罩测试结果，且都基本处于同数量级。但是从测试结果相对标准偏差CV值来看，电阻值在10数量蔽罩的测试结果CV值均远远低于无屏蔽罩的测试结果CV值测量数据稳定性，是非常有必要的，这一结论和空气中