組織結(jié)構(gòu)對(duì)防電磁輻射針織物性能的影響

賀玉東，馬偉偉，孔令紅，王東升，張煥俠

(1.嘉興學(xué)院材料與紡織工程學(xué)院，浙江嘉興 314001; 2.嘉興市華嚴(yán)花邊織造有限公司,浙江嘉興 314001; 3.通標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)(上海)有限公司，上海 200233)

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組織結(jié)構(gòu)對(duì)防電磁輻射針織物性能的影響

賀玉東1，馬偉偉2，孔令紅3，王東升1，張煥俠1

(1.嘉興學(xué)院材料與紡織工程學(xué)院，浙江嘉興 314001; 2.嘉興市華嚴(yán)花邊織造有限公司,浙江嘉興 314001; 3.通標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)(上海)有限公司，上海 200233)

研究了組織結(jié)構(gòu)對(duì)牛奶蛋白/金屬纖維防電磁輻射針織物屏蔽效能等性能的影響。實(shí)驗(yàn)證明：襯墊組織的電磁屏蔽效能最好，其次是緯平針。添紗織物的電磁屏蔽效能一般，但若增加金屬纖維含量，其屏蔽效能大幅度提高。

防電磁輻射 組織結(jié)構(gòu) 針織物 屏蔽效能

隨著電子產(chǎn)品的普及，電磁輻射對(duì)人體產(chǎn)生的危害日益嚴(yán)重，電磁波輻射給人們健康帶來(lái)的危害已成為一個(gè)不可忽視的問題[1-5]。同時(shí)隨著人們對(duì)生活質(zhì)量要求的提高，一些相關(guān)行業(yè)對(duì)工作人員的安全防護(hù)、精密儀器防電磁輻射的干擾等的需求，都要求減少電磁輻射的危害，由此產(chǎn)生了電磁屏蔽織物[3]。

目前市場(chǎng)上普遍采用的防電磁輻射織物[2]：金屬涂層織物，采用工業(yè)上已經(jīng)成熟的涂層技術(shù)，把導(dǎo)電磁性物質(zhì)滲入到涂層漿料內(nèi)，在織物面料表面獲得金屬涂層，這種改良后的織物面料由于涂層的存在對(duì)電磁波輻射具有一定的屏蔽效能。金屬涂層內(nèi)的導(dǎo)電和導(dǎo)磁性物質(zhì)通常為：鐵粉、銅粉、銀粉和石墨粉等導(dǎo)電粉末。金屬涂層的主要特點(diǎn)是：透氣性較差、屏蔽性能不佳、手感不好等。因此，在工業(yè)上至今也未得到廣泛應(yīng)用。

雖然電磁波傳播的滲透能力強(qiáng)，但優(yōu)良的導(dǎo)電或?qū)Т挪牧峡捎脕?lái)屏蔽電磁輻射，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能的織物即起到電磁屏蔽作用[6-7]。利用不銹鋼纖維優(yōu)良的導(dǎo)電性及金屬絲在一定頻率范圍內(nèi)對(duì)電磁波有突出的反射性能[8]，可以起到吸收、屏蔽電磁波的作用，達(dá)到屏蔽電磁輻射的效果。將包芯金屬絲材料紡成針織用紗在針織機(jī)上編織即可制成防輻射針織物。在針織橫機(jī)上編織的防輻射針織毛衫，具有穿著舒適、時(shí)尚、高檔、典雅及功能性的優(yōu)點(diǎn)。

采用金屬絲和服用紗線混編交織的方法，將普通常規(guī)的紡織纖維和金屬纖維混紡成紗，通過(guò)針織工藝，使得紗線交織形成織物。由于不銹鋼纖維不僅具備良好的導(dǎo)電性能、機(jī)械性能，還具有良好的繞性、柔軟化與細(xì)微化的優(yōu)點(diǎn)。在滿足紡紗、織造、縫制等加工條件的同時(shí)，對(duì)一定頻率范圍內(nèi)電磁波的反射性能有很大的提高，故選用不銹鋼纖維作為金屬纖維。常規(guī)纖維選用的是牛奶蛋白纖維，由于其具有較好的可紡性，在順滑度和手感方面可以與真絲媲美，在一定程度上提高了產(chǎn)品檔次。但由于不銹鋼絲具有比重大、彈性回復(fù)率差、抗彎剛度差、抱合力較小等一些對(duì)織物服用性能有不良影響的缺點(diǎn)，故混紡紗線采用包芯紗的混合方式，使得混紡紗線同時(shí)具備常規(guī)纖維和不銹鋼絲的優(yōu)點(diǎn)。本產(chǎn)品采用針織結(jié)構(gòu)服裝面料，改善了傳統(tǒng)防電磁輻射織物舒適性和功能性的的缺點(diǎn)，較之涂層織物有很好的透氣性，在穿著舒適的同時(shí)，其功能性設(shè)計(jì)也有明顯性能的改善。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)儀器與原料

原料：不銹鋼絲/牛奶蛋白纖維包芯紗。購(gòu)自河北三源紡織公司的18tex、28tex的不銹鋼纖維(SS)與滌棉(T/C) 混紡紗。18tex不銹鋼纖維的混紡比為SS/T/C 30/45/25，28tex混紡比為SS/T/C 30/45/25。

儀器：STOLL型電腦橫機(jī)，機(jī)號(hào)：7.2G。

YG(L)811-DN型織物動(dòng)態(tài)懸垂性風(fēng)格儀， DR-913G 型電磁頻譜分析儀，F(xiàn)SY131型柔軟度測(cè)定儀。

1.2 防電磁輻射機(jī)理

電磁波通過(guò)導(dǎo)電介質(zhì)材料時(shí)，導(dǎo)電材料會(huì)產(chǎn)生渦流而抑制電磁波的能量傳遞。材料的導(dǎo)電性越強(qiáng)，渦流對(duì)電磁波的抑制越強(qiáng)烈。防電磁輻射織物的基本原理是：采用低電阻的導(dǎo)體材料，利用電磁波在屏蔽導(dǎo)體表面的反射及在導(dǎo)體材料內(nèi)部產(chǎn)生與源電磁場(chǎng)相反的電流和磁極化，使電磁波能量的繼續(xù)傳遞受到阻礙，從而限制電磁能量從防電磁輻射織物的一側(cè)空間向另一側(cè)空間傳遞，將其削弱到不能危害人體健康和干擾儀器工作的程度，起到屏蔽作用。在低頻時(shí)，電磁屏蔽效能主要取決于反射，而電磁波的反射與材料表面的阻抗相關(guān)，材料導(dǎo)電性能越好，反射越強(qiáng)，屏蔽效能也就越好；而高頻時(shí)，電磁屏蔽效能主要取決于電磁波在材料內(nèi)部傳播時(shí)的吸收損耗，吸收損耗與材料的厚度、磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率相關(guān)[7]。

1.3 織物編織參數(shù)

為了研究組織結(jié)構(gòu)對(duì)防電磁輻射針織物屏蔽效能的影響，本文以牛奶蛋白纖維包纏金屬長(zhǎng)絲作為原料(1根紅色純棉紗+2根牛奶纖維/鋼絲包芯紗)，編織緯平針、2+2羅紋組織、襯墊組織、羅紋型復(fù)合組織四種防電磁輻射針織面料，并分別進(jìn)行舒適性、透氣性、保溫性、防電磁屏蔽效能等性能測(cè)試與分析。四種組織織物的技術(shù)規(guī)格及基本參數(shù)如表1所示。

表1 四種織物的基本參數(shù)

2 結(jié)果與討論

2.1 懸垂性測(cè)試

織物懸垂性取決于組成織物的紗線的抗彎性能、織物的組織結(jié)構(gòu)和密度，并且隨著織物的厚度增加而增加。四種試樣的懸垂性測(cè)試結(jié)果參見表2。

表2 四種織物的懸垂性能

織物的懸垂性是指織物因自重而下垂的性能，用懸垂程度和懸垂形態(tài)兩類指標(biāo)表示。懸垂程度指織物在自重作用下，其自由邊界下垂的程度，通常用懸垂系數(shù)表示。懸垂形態(tài)是指懸垂的織物能形成優(yōu)美的曲面造型，給人以視覺上的美感。將織物試樣懸垂曲面的自由邊界展開成波紋曲線，通過(guò)計(jì)算機(jī)專用軟件可自動(dòng)算出反映織物懸垂形態(tài)的指標(biāo)——包括波紋數(shù)、活潑率、美感系數(shù)等。織物的懸垂性取決于組成織物的紗線的抗彎性能、織物的組織結(jié)構(gòu)和密度，并且隨著織物的厚度增加而增加。懸垂系數(shù)越小，則表示織物的懸垂性越好；波紋數(shù)、活潑率和美感系數(shù)越大，織物的懸垂性越好。各織物試樣的懸垂性測(cè)試結(jié)果如表2所示，可以看出，無(wú)論是動(dòng)態(tài)還是靜態(tài)，緯平針組織防電磁輻射針織物的懸垂系數(shù)最大，緯平針組織的波紋數(shù)最小，平針襯墊組織的活潑率最大，緯平針組織的美感系數(shù)最大。

試樣a是緯平針，試樣b是2+2羅紋織物，試樣c是平針襯墊，試樣d是雙羅紋型復(fù)合組織。從表2中可以看出，無(wú)論是動(dòng)態(tài)還是靜態(tài)，試樣c的懸垂系數(shù)最小、波紋數(shù)最多、活潑率最大、美感系數(shù)最小，所以懸垂性最好，試樣d次之，試樣b較差，試樣a最差。

2.2 柔軟度測(cè)試

四種試樣的柔軟度測(cè)試結(jié)果參見表3。

表3 四種織物的柔軟度

從表3可以看出，織物的橫向與縱向柔軟度存在很大的差異。緯平針、2+2羅紋織物和雙羅紋型復(fù)合織物的縱向柔軟度都高于橫向柔軟度，其中，緯平針和2+2羅紋織物更為明顯。平針襯墊的縱向柔軟度明顯低于橫向柔軟度，其中可能的主要原因是織物反面懸掛著許多不封閉的圈弧?？傮w來(lái)看，2+2羅紋織物的柔軟度最好，其次是緯平針和平針襯墊，雙羅紋型復(fù)合織物最差。

2.3 防電磁屏蔽效能測(cè)試

本實(shí)驗(yàn)采用電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《材料屏蔽效能的測(cè)量方法》推薦的改進(jìn)型法蘭同軸測(cè)試法。測(cè)試具體過(guò)程參照SJ 20524和ASTM-D 4935標(biāo)準(zhǔn)。各種織物的防電磁輻射效能測(cè)試結(jié)果如圖1所示。

圖1 各織物防電磁屏蔽效能曲線

從圖1可以看出，電磁波頻率在752MHz～1600MHz之間，織物的防電磁輻射效能已經(jīng)在逐步減弱。測(cè)試的數(shù)據(jù)表明：相同原料的四種不同組織結(jié)構(gòu)織物，平針襯墊的電磁屏蔽效能最高，緯平針優(yōu)于2+2羅紋組織，2+2羅紋組織優(yōu)于雙羅紋型復(fù)合組織。

2.4 透氣性和保溫性測(cè)試

各種織物的透氣性和保濕性變化如圖2、圖3所示。

圖2 不同組織透氣性變化

圖3 不同組織保濕性變化

可以看出，雙羅紋型復(fù)合組織的透氣率最好，平針襯墊組織次之，2+2羅紋織物較低，緯平針的透氣率最差。因?yàn)橄嗤系乃姆N不同結(jié)構(gòu)組織中，緯平針的密度最大，相比較于其他三種，織物更加緊實(shí)，空氣的透過(guò)率也就降低了。

可以得到平針襯墊的保溫性優(yōu)于2+2羅紋織物，2+2羅紋織物優(yōu)于雙羅紋型復(fù)合組織織物，雙羅紋型復(fù)合組織織物優(yōu)于緯平針。緯平針是單面組織織物，2+2羅紋和雙羅紋型復(fù)合組織都為雙面組織。因此，相對(duì)于緯平針，2+2羅紋和雙羅紋型復(fù)合組織更為厚實(shí)，保溫性比緯平針好。平針襯墊的保溫性比雙面組織好的原因是其緊密度比2+2羅紋和雙羅紋型復(fù)合組織大。

3 結(jié)論

針織防電磁輻射織物由于其線圈結(jié)構(gòu)是串套的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所以能夠達(dá)到良好的屏蔽效果。針織物的密度對(duì)防輻射性能有比較大的影響，在達(dá)到一定的密度條件下，才會(huì)具備防輻射功能；但并不是密度越大屏蔽效能就越高，屏蔽效能先是隨密度增加而增大，到達(dá)最大值后隨著密度的增大屏蔽效能反而減小；為了達(dá)到更好的防輻射性能，需要對(duì)上機(jī)工藝進(jìn)行不斷優(yōu)化。

針織物的組織結(jié)構(gòu)對(duì)服用性能和防輻射性能有一定的影響。通過(guò)對(duì)懸垂性、柔軟度、透氣性和保溫性的試驗(yàn)測(cè)試，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析后得出平針襯墊的綜合服用舒適性能最好。與2+2羅紋、緯平針和雙羅紋型復(fù)合組織相比，平針襯墊組織織物的柔軟性一般，但是透氣性較好，懸垂性能和保溫性能最好，所以平針襯墊織物具有良好的服用舒適性能。針織結(jié)構(gòu)越緊密，防輻射性能就越好。上述測(cè)試分析表明，不同的組織結(jié)構(gòu)，防輻射性能各有差異。單面緯平針織物相對(duì)于花色組織線圈結(jié)構(gòu)的密度較大，電磁波透過(guò)量相對(duì)比較少，防輻射性能良好；但本論文中的某些花色組織織物雖然比較厚實(shí)，并且存在網(wǎng)孔，但是織物的組織密度較大，網(wǎng)孔的透過(guò)量就大幅度減少，從而使得防電磁輻射性能比單面緯平針組織要好。

[1] 李衛(wèi)斌，趙曉明.防輻射纖維的研究進(jìn)展[J].成都紡織高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2016(3)：187-191.

[2] 劉元軍，趙曉明，李衛(wèi)斌.吸波材料研究進(jìn)展[J].成都紡織高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2015(3)：23-29.

[3] 劉元軍，趙曉明，拓曉，等.聚吡咯吸波材料性能探討[J].成都紡織高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2015(4)：60-63.

[4] 趙曉明，李衛(wèi)斌.織物介電常數(shù)的影響因素分析[J].成都紡織高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2016(2)：1-5.

[5] 趙曉明，魯亞穩(wěn).吸波材料的最新研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)[J].成都紡織高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2016(3)：120-124.

[6] 魯亞穩(wěn)，趙曉明. 電磁屏蔽織物的研究現(xiàn)狀及影響因素[J]. 成都紡織高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2016(3)：206-210.

[7] 張娜. 電磁波屏蔽織物發(fā)展現(xiàn)狀及測(cè)試方法[J]. 廣西紡織科技,2010,39(1):50-52.

[8] 王建忠,奚正平. 不銹鋼纖維織物電磁屏蔽效能的研究現(xiàn)狀[J]. 材料導(dǎo)報(bào),2012,26(10):33-35.

Effect of Organizational Structure on Anti-electromagnetic Radiation Property of Knitted Fabric

HEYu-dong1,MAWei-wei2,KONGLing-hong3,WANGDong-sheng1,ZHANGHuan-xia1

(1. Material and Textile Engineering College,Jiaxing University,Jiaxing 314001; 2. Jiaxing Huayan Elastic Manufacturing Co.,Ltd,Jiaxing 314001; 3.SGS-CSTC Standards Technical Service (Shanghai) Co.,Ltd,Shanghai 200233)

The effect of organizational structure on the shielding effectiveness of milk protein/metal fiber anti-electromagnetic radiation knitted fabric was studied. The Experiments showed that the electromagnetic shielding effectiveness of liner organization was best,followed by weft plain stitch; electromagnetic shielding effectiveness of Tim yarn fabric was general and its shielding effectiveness was greatly improved with the increase of metal fiber content.

anti-electromagnetic radiation organizational structure knitted fabric shielding effectiveness

2016-11-30

浙江省紗線材料成形與復(fù)合加工技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題(MTC2014-002)。

賀玉東(1992-)，男，學(xué)士，研究方向：織物功能整理。

TS101.92+3.9

A

1008-5580(2017)02-0166-04