芳綸/不銹鋼纖維混紡機(jī)織物電磁屏蔽性能研究

黃華友， 吳依琳， 倪海燕， 彭 淋， 王順光， 李永貴,2?

(1. 閩江學(xué)院服裝與藝術(shù)工程學(xué)院， 福建 福州350108； 2. 福建省新型功能性紡織纖維及材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 福建 福州350108； 3. 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)輕工與紡織學(xué)院， 內(nèi)蒙古 呼和浩特010080）

0 引言

對(duì)人類生活環(huán)境有影響的電磁輻射分為天然電磁輻射和人為電磁輻射兩種[1]。 天然電磁輻射類包括大自然引起的如雷、 電一類的電磁輻射， 而人為電磁輻射污染則主要包括脈沖放電、 工頻交變磁場(chǎng)、 微波、 射頻電磁輻射等。超過0. 2 微特斯拉以上電磁輻射就會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生一定的隱患， 癥狀表現(xiàn)為眼瞼腫脹、 眼睛充血、 皮膚過敏等。 為了降低電磁輻射對(duì)人體的危害和對(duì)儀器設(shè)備造成的干擾， 電磁屏蔽技術(shù)和屏蔽材料應(yīng)運(yùn)而生。

目前， 已市場(chǎng)化的電磁屏蔽織物主要分為以下幾種： 金屬鍍層織物、 導(dǎo)電涂層織物和金屬纖維混紡織物[2]。 金屬鍍層織物屏蔽效果好，但其鍍層不耐水洗， 且易氧化[3-4]。 導(dǎo)電涂層織物屏蔽效能相對(duì)較差， 僅可作為電磁波反射低的柔性電磁屏蔽材料[5]； 金屬纖維織物的屏蔽效果好且持久， 但其舒適性差[6-7]。 為了得到屏蔽性能優(yōu)異、 高附加值且環(huán)保的電磁屏蔽織物，人們多采用金屬纖維與普通纖維混紡的方法，來(lái)制備金屬纖維混紡電磁屏蔽織物。 例如， 采用不銹鋼纖維/腈綸/棉混紡紗織造服用性能較好的電磁屏蔽機(jī)織物[8]； 將不銹鋼纖維與丙綸混紡可制成性能較好的機(jī)織物[9]； 把碳纖維與不銹鋼纖維混紡成紗并織成機(jī)織物， 再將該織物與聚丙烯薄膜進(jìn)行層壓復(fù)合[10]； 通過針刺法將不銹鋼纖維與滌綸混紡制成非織造布[11]； 通過上述方法均可得到綜合性能較好的電磁屏蔽織物。

現(xiàn)不銹鋼纖維制備技術(shù)已較為成熟， 其價(jià)格相對(duì)其他金屬纖維稍低， 而芳綸具有高模高強(qiáng)以及阻燃的優(yōu)點(diǎn)。 因此， 本試驗(yàn)采用芳綸/不銹鋼纖維混紡紗制備高性能電磁屏蔽機(jī)織物，通過改變組織結(jié)構(gòu)、 織物厚度和織物疊合角度，研究電磁屏蔽織物的影響因素， 為電磁屏蔽織物的開發(fā)提供參考。

1 試驗(yàn)

1. 1 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)所用主要儀器設(shè)備為： SLo - 01 半自動(dòng)織樣機(jī) （天津市嘉誠(chéng)機(jī)電設(shè)備有限公司）、Y511B 織物密度分析鏡 （溫州大榮紡織儀器有限公司）、 YG (B) 141D 數(shù)字式織物厚度儀 （溫州大榮紡織儀器有限公司）、 DR - 913G 型織物防電磁輻射性能測(cè)試儀 （溫州大榮紡織儀器有限公司）、 INSTRON 5566 萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī) （上海胥元機(jī)械有限公司）、 YG (B) 815D - I 織物阻燃性能測(cè)試儀 （溫州大榮紡織儀器有限公司）、HS - B24 型全自動(dòng)電腦控制高溫試樣機(jī) （鶴山精湛染整設(shè)備有限公司）。

1. 2 試驗(yàn)材料

所采用的紗線為芳綸/不銹鋼纖維混紡紗（福建強(qiáng)綸新材料有限公司）， 混紡比為63/37，紗線線密度為97. 2 tex。

1. 3 樣品制備方法

采用半自動(dòng)織樣機(jī)織造不同組織結(jié)構(gòu)的電磁屏蔽織物， 分別為平紋織物、 1/2 斜紋織物、5/3 經(jīng)面緞紋織物。 織物規(guī)格如表1 所示。

表1 織物規(guī)格

1. 4 測(cè)試方法

1. 4. 1 電磁屏蔽性能測(cè)試

根據(jù)GB/T 30142 - 2013 平面型電磁屏蔽材料屏蔽效能測(cè)試方法， 對(duì)樣品的屏蔽效能進(jìn)行測(cè)試。 根據(jù)GB/T 26667 - 2011 電磁屏蔽材料術(shù)語(yǔ)中的2. 7. 1 規(guī)定： 屏蔽效能SE 通常為負(fù)值，但習(xí)慣用其絕對(duì)值。 無(wú)試樣遮擋時(shí)SE 值為0，SE 值越大， 說(shuō)明防電磁輻射效果越好。

1. 4. 2 阻燃性能測(cè)試

根據(jù)GB/T 5455-2014 紡織品燃燒性能垂直方向， 損毀長(zhǎng)度、 陰燃和續(xù)燃時(shí)間的測(cè)定， 對(duì)樣品的阻燃性能進(jìn)行測(cè)試。 用規(guī)定的點(diǎn)火器產(chǎn)生的火焰， 對(duì)垂直方向的試樣底邊中心點(diǎn)火， 點(diǎn)火時(shí)間為12 s。 到點(diǎn)火時(shí)間后， 點(diǎn)火器移開并熄滅火焰， 記錄續(xù)燃時(shí)間和陰燃時(shí)間， 并測(cè)量損毀長(zhǎng)度。

1. 4. 3 拉伸性能測(cè)試

根據(jù)GB/T 3923. 1 - 2013 紡織品 織物拉伸性能 第1 部分： 斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定（條樣法） 方法， 對(duì)樣品的拉伸性能進(jìn)行測(cè)試。從樣品上剪取試樣 （一組經(jīng)向， 一組緯向）， 調(diào)整儀器夾持距離， 根據(jù)織物單位面積重量確定張力值， 根據(jù)預(yù)加張力選用張力夾， 測(cè)定織物的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率。

1. 4. 4 耐水洗性能測(cè)試根據(jù)GB/T 3921 - 2008 紡織品耐皂洗試驗(yàn)（方法C： 溫度60 ℃， 時(shí)間30 min/次）。 將4 個(gè)裝有平紋試樣的容器同時(shí)放入已預(yù)熱至試驗(yàn)溫度的裝有肥皂和無(wú)水碳酸鈉混合液的裝置內(nèi)。在規(guī)定時(shí)間和溫度條件下進(jìn)行機(jī)械攪動(dòng)， 每5次程序結(jié)束后均取出一個(gè)試樣， 直至20 次水洗程序結(jié)束， 最后取出的試樣進(jìn)行了20 次的水洗。 試樣經(jīng)清洗和干燥， 以原樣作為參照樣，對(duì)比織物的電磁屏蔽效能的變化。

2 結(jié)果與討論

2. 1 芳綸/不銹鋼纖維混紡機(jī)織物的電磁屏蔽性能

2. 1. 1 織物組織結(jié)構(gòu)對(duì)電磁屏蔽性能的影響

不同組織結(jié)構(gòu)的織物在30 ～3 000 MHz 范圍內(nèi)的屏蔽效能曲線如圖1 所示。 由圖1 可知，平紋織物的電磁屏蔽效能最好， 緞紋織物最差。根據(jù)電磁波的傳遞性， 結(jié)構(gòu)越完整、 連接性越強(qiáng)的組織面料， 在電磁波到達(dá)織物表面時(shí)， 一部分電磁波被反射， 而剩下的通過織物紗線間的連接進(jìn)行傳導(dǎo)， 也就是所謂的吸收。 在三原組織織物中， 平紋織物表面最為平整， 浮長(zhǎng)短，紗線間空隙小， 電磁波不易透過。 斜紋組織的浮長(zhǎng)及紗線間的空隙介于平紋和緞紋之間， 導(dǎo)致斜紋的屏蔽性能不如平紋， 但優(yōu)于緞紋。 緞紋浮長(zhǎng)最長(zhǎng)， 結(jié)構(gòu)疏松且形成的空隙大且多，造成了緞紋的電磁屏蔽效能最差。

圖1 織物電磁屏蔽性能

2. 1. 2 織物厚度對(duì)電磁屏蔽性能的影響

將三種樣布分別進(jìn)行疊合， 得到單層、 雙層、 三層、 四層織物， 并測(cè)試其電磁屏蔽性能。由圖2 可知， 不同層數(shù)織物的電磁屏蔽效能關(guān)系為： 四層織物＞三層織物＞雙層織物＞單層織物。 其原因是： 依據(jù)Schelkunoff 電磁屏蔽理論，電磁波在穿過屏蔽體時(shí)產(chǎn)生能量損耗而發(fā)生衰減， 這種能量損耗可以分成兩個(gè)部分： 反射損耗和吸收損耗。 當(dāng)電磁波穿過一層屏蔽體時(shí)要經(jīng)過兩個(gè)界面， 發(fā)生兩次反射損耗和一次吸收損耗； 穿過兩層屏蔽體時(shí)要經(jīng)過四個(gè)界面， 發(fā)生四次反射損耗和兩次吸收損耗； 依此類推。而且， 電磁波在屏蔽材料中傳播時(shí)， 會(huì)有一部分能量轉(zhuǎn)換成熱量， 導(dǎo)致電磁能量損失。 再者，隨著織物厚度增加， 電磁波入射深度增加， 電磁波強(qiáng)度會(huì)隨之以指數(shù)關(guān)系衰減。

圖2 不同厚度的織物電磁屏蔽性能

2. 1. 3 織物疊合角度對(duì)電磁屏蔽性能的影響

將三種樣布分別按照0°、 45°、 90°方向兩兩疊合， 并測(cè)試其電磁屏蔽性能， 結(jié)果如圖3 所示。 由圖3 可知， 兩塊相同規(guī)格的織物以45°角疊合的電磁屏蔽效能優(yōu)于以0°及90°角疊合的織物。 這是因?yàn)榭椢镆?5°角疊合， 經(jīng)緯紗交錯(cuò)次數(shù)多， 形成的網(wǎng)孔間隙最小， 孔隙率明顯減小，電磁波透過率減少； 而0°和90°疊合時(shí)電磁屏蔽性能相近， 這是因?yàn)?°與90°相比， 相當(dāng)于經(jīng)緯紗互換， 網(wǎng)孔間隙幾乎不變。

圖3 不同疊合角度的織物電磁屏蔽性能

2. 2 電磁屏蔽織物的阻燃性能

根據(jù)GB/T 17591 - 2006 阻燃織物B1 級(jí)的考核指標(biāo)燃燒性能要求， 阻燃防護(hù)服用織物應(yīng)滿足： 損毀長(zhǎng)度≤150 mm， 續(xù)燃時(shí)間≤5 s，陰燃時(shí)間≤5 s， 無(wú)熔融、 滴落現(xiàn)象。 如表2 所示， 所測(cè)試樣在點(diǎn)火結(jié)束后沒有續(xù)燃的現(xiàn)象，損毀長(zhǎng)度較短， 陰燃時(shí)間略長(zhǎng)， 無(wú)熔融、 滴落。說(shuō)明本試驗(yàn)所用的芳綸/不銹鋼纖維混紡機(jī)織物的阻燃性能好。

表2 面料阻燃性能

2. 3 電磁屏蔽織物的拉伸性能

如表3 所示， 本試驗(yàn)所用織物材料為芳綸/不銹鋼纖維混紡紗， 紗線本身就具有很高的拉伸強(qiáng)度， 織物撕裂強(qiáng)力大， 拉伸撕裂性優(yōu)異。在織物材料相同的情況下， 平紋和緞紋的撕裂強(qiáng)力明顯高于斜紋。

表3 面料拉伸撕裂性能

2. 4 電磁屏蔽織物的耐水洗性

圖4 水洗后的織物電磁屏蔽效能

如圖4 所示， 經(jīng)多次水洗后的樣布， 其電磁屏蔽性能幾乎不受影響。 本試驗(yàn)所用芳綸/不銹鋼纖維混紡紗在洗滌過程中金屬材料幾乎不脫落， 因此， 經(jīng)過水洗的織物的電磁屏蔽性能無(wú)明顯變化。

3 結(jié)論

（1） 芳綸/不銹鋼纖維混紡機(jī)織物具有較好的電磁屏蔽性能， 織物組織結(jié)構(gòu)、 厚度和疊合角度對(duì)其電磁屏蔽效能都有一定的影響。 平紋織物的電磁屏蔽效能最佳， 斜紋次之， 緞紋最差； 多層織物中， 疊合層數(shù)越多， 織物電磁屏蔽效能越高。 而通過不同角度疊合的織物中，45°角疊合的織物屏蔽效能最高， 而0°和90°疊合時(shí)電磁屏蔽性能相近。

（2） 芳綸/不銹鋼纖維混紡機(jī)織物在點(diǎn)火結(jié)束后沒有續(xù)燃的現(xiàn)象， 陰燃時(shí)間略長(zhǎng)， 損毀長(zhǎng)度較短， 具有較好的阻燃性能。

（3） 芳綸/不銹鋼纖維混紡機(jī)織物具有很高的拉伸強(qiáng)度， 拉伸性能優(yōu)異， 能夠用于制備高性能紡織品。

（4） 芳綸/不銹鋼纖維混紡機(jī)織物經(jīng)多次水洗后， 電磁屏蔽性能無(wú)明顯變化， 具有優(yōu)異的耐水洗性能。