芳綸不銹鋼復合紗多功能針織面料的設計與研究

包宗堯 倪海燕 李永貴 吳依琳

摘要： 傳統的電磁屏蔽織物常用機織方法實現，其服用性較差且功能單一，因此，開發出舒適性好且具有阻燃性能的電磁屏蔽織物具有較大的實用價值。文章采用芳綸不銹鋼復合紗進行針織面料設計，通過改變織物組織結構、層次配伍的方法，使用電腦橫機編織了不同的針織組織，測試并分析織物電磁屏蔽效果及影響因素，同時測試織物的阻燃性和耐水洗性。實驗結果表明：芳綸不銹鋼復合紗針織物具有優良的阻燃性和耐水洗性，織物的結構是影響電磁屏蔽效果的主要因素，且通過結構優化的織物其電磁屏蔽效能得到了提升。

關鍵詞： 不銹鋼纖維;芳綸;電磁屏蔽;阻燃;耐水洗

中圖分類號： TS101.923

文獻標志碼： A

文章編號： 10017003（2020）04002206

引用頁碼： 041105

DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2020.04.005（篇序）

Design and research of aramid stainless steel composite yarn multifunctional knitted fabric

BAO Zongyao1a，2， NI Haiyan1a，1b， LI Yonggui1a，1b， WU Yilin3

（1a.Clothing and Design Faculty; 1b.Fujian Province Key Laboratory of New Novel Functional Fibers and Materials， Minjiang University，Fuzhou 350108， China; 2.School of Textile Science and Engineering， Xian Polytechnic University， Xian 710048， China;3.College of Textile and Light Industry， Inner Mongolia University of Technology， Hohhot 010080，China）

Abstract：

The conventional electromagnetic shielding fabric is commonly achieved by weaving， which has poor wearing property and unitary function. Therefore， it is of great practical value to develop electromagnetic shielding fabric with good comfort and flame retardancy. In this experiment， aramidstainless steel composite yarn is used for knitted fabric design. By changing the fabric structure and the level of compatibility， different fabrics were knitted with computerized flat knitting machine. The electromagnetic shielding effectiveness of the fabric and its influencing factors were tested and analyzed. The flame retardacy and washing durability of the fabric were also tested. The experimental results show that the aramid stainless steel composite yarn knitted fabric has excellent flame retardancy and washing durability. The structure of the fabric is the main factor affecting the electromagnetic shielding effectiveness. In addition， the electromagnetic shielding effectiveness of the fabric with structure optimization was improved.

Key words：

stainless steel fiber; aramid fiber; electromagnetic shielding; flame retardant;washable

收稿日期： 20190702;

修回日期： 20200321

基金項目： 福建省基礎研究與高校產學合作計劃（高校產學合作）項目（2019H6019）;福建省新型功能性紡織纖維及材料重點實驗室開放基金項目（FKLTFM1724）

作者簡介： 包宗堯（1993），男，碩士研究生，研究方向為紡織材料與紡織品設計。通信作者：倪海燕，副教授，mjuhaiyan@163.com。

電子信息技術的飛速發展極大地提高了社會生產率，同時，從低頻段到微波段的寬頻率電磁波被運用到家用電器和工業電子設備中，也產生了電磁污染的問題。為了降低電磁輻射對人體的危害和對儀器設備造成的干擾，電磁屏蔽技術和屏蔽材料應運而生。隨著高頻通信電磁波段的應用，信息數據的傳輸速率、信號強度顯著提升，但因高頻輻射只能短距離傳播，為確保連接性，只能增加通訊蜂窩基站建設數量，未來人們生活空間的電磁輻射量將大幅提高，與此同時，對電磁屏蔽材料的要求也越來越高。

目前，電磁屏蔽織物主要分為以下幾種：含金屬或金屬化纖維的織物、表面鍍覆金屬的織物、本征導電高分子纖維及其織物、其他類型織物。金屬混紡織物具有較好的屏蔽效能、強度高、耐高溫，受到組織結構、織物密度、金屬纖維含量等因素的影響，由于金屬纖維的特性，其抗彎強度差，金屬混紡織物舒適性差，且在制造過程中對機器的磨損較為嚴重，增加了織造成本;鍍覆金屬織物多以鍍銅、鍍銀、鍍鎳為主，基底材料以棉織物、滌綸、錦綸等為主，具有操作簡單、成本低、易控制等優點，但鍍層不耐水洗，容易脫落、氧化;導電非金屬織物是利用導電非金屬材料的導電性，通過原位聚合、化學氣相沉積、涂覆等方法使織物表面具有導電非金屬材料涂層的一種導電織物，屏蔽效能相對較差，僅可作為電磁波反射低的柔性電磁屏蔽材料[1]。綜合來看，金屬混紡織物由于其技術較為成熟、價格低廉，所以仍是用于電磁屏蔽織物的主要材料。宋玉玲[2]研究織物類型、混紡比和組織結構對織物電磁屏蔽效能的影響。王秀瑋[3]通過改變織物中鍍銀紗線含量及織物的不同結構等因素，探究了不同織物結構的導電性和電磁屏蔽性能的關系。程嵐[4]分析復合結構電磁屏蔽織物的不銹鋼金屬含量、金屬網格大小，織物經緯密度等方面對其性能的影響。近年來，許多研究人員專注于開發柔性電磁屏蔽材料，使屏蔽材料兼顧穿著舒適性，憑借不銹鋼纖維具有細微化和柔軟化的特征，又加上不銹鋼纖維本身所具有的導電、屏蔽電磁波等功能，將該纖維與其他纖維混紡制成織物，利用不銹鋼纖維對電磁波具有的良好反射和吸收性能，可使織物獲得防電磁輻射的效果[5]。因此，不銹鋼混紡電磁屏蔽織物是研究的熱點之一。

本文通過分析芳綸不銹鋼復合紗針織物的屏蔽效能規律，并對影響因素進行分析總結，探索電磁屏蔽面料的設計原則，根據實驗發現的規律設計了幾種特殊組織的針織面料，獲得了比普通組織更好的屏蔽效能。同時由于本實驗所用的紗線有較高含量的芳綸和不銹鋼纖維混紡，使得面料的阻燃性能優異，且金屬混紡電磁屏蔽織物的耐水洗性能較好，因此，本實驗所設計的織物具有多種功能，具有較好的市場前景，可為電磁屏蔽服裝面料的設計和開發提供參考。

1 實 驗

1.1 材料與設備

材料：所采用的紗線為芳綸不銹鋼復合紗（福建強綸新材

料股份有限公司），不銹鋼纖維平均細度8 μm，紗線混紡比37/63，紗線線密度97.2 tex，單紗斷裂強度46.40 cN/tex，斷裂伸長率2.8%。

儀器設備：LXC-252SC 12G全自動電腦橫機（江蘇金龍科技股份有限公司），FA2004型精密電子天平（常州科源電子儀器有限公司），HS-B24型全自動電腦控制高溫試樣機（鶴山精湛染整設備有限公司），Y511B織物密度分析鏡、YG（B）141D數字式織物厚度儀、YG（B）815D-Ⅰ織物阻燃性能測試儀（溫州大榮紡織儀器有限公司）。

1.2 試樣設計

本實驗共選用8種織物組織結構，共織造16塊試樣。其中有4種普通組織，選用緯平針、1+1羅紋、半畦編、羅紋空氣層，分別對應字母為A、B、C、D，編織度目為100、90、80，對應數字為1、2、3，各編織一塊，共12塊試樣，對應編號見表1;另外4種復合組織，為羅紋襯緯組織（用字母E表示）、羅紋雙面有浮線組織（用字母F表示）、雙面平針襯緯正反面有連接的組織（用字母G表示）和雙面平針完全襯緯組織（用字母H表示），選用編織度目均為100，各編織一塊。由于緯平針、1+1羅紋、半畦編、羅紋空氣層四種組織較為常見，僅展示組織E、F、G、H的織物仿真圖，圖1所示。

按有關標準測得織物的基本規格參數如表2所示。

1.3 防電磁輻射性能測試

使用標準GB/T 30142—2013《平面型電磁屏蔽材料屏蔽效能測試方法》，采用DR-913G型織物防電磁輻射性能測試儀，運用法蘭同軸測試裝置網絡分析儀測量方法，對樣品的屏蔽效能進行測試。電磁屏蔽材料所具備的屏蔽效果的好壞由屏蔽效能SE來表示[6]，屏蔽效能電場強度表示見式（1），磁場強度表示見式（2）。

SE=20 lg（E0E1）（1）

SE=20 lg（H0H1）（2）

式中：SE為屏蔽效能，dB;E0為無屏蔽材料時的電場強度;E1為有屏蔽材料時的電場強度;H0為無屏蔽材料時磁場強度;H1為有屏蔽材料時的磁場強度。

根據GB/T 26667—2011《電磁屏蔽材料術語》中的2.7.1規定：屏蔽效能SE通常為負值，但習慣用其絕對值。無試樣遮擋時SE值為0，SE值越大，說明防電磁輻射效果越好。

1.4 織物的阻燃性測試

使用標準GB/T 5455—2014《紡織品 燃燒性能垂直方向損毀長度、陰燃和續燃時間的測定：垂直法》，采用YG（B）815D-Ⅰ型織物阻燃性能測試儀，用規定的點火器產生的火焰，對垂直方向的試樣底邊中心點火，點火時間為12 s。到點火時間后，點火器移開并熄滅火焰，記錄續燃時間和陰燃時間，并測量損毀長度。

1.5 水洗對織物屏蔽效能影響的測試

本實驗選擇平針組織作為測試試樣，采用標準GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗耐皂洗色牢度》（方法C：溫度60 ℃，時間30 min/次）。將25個裝有試樣的容器同時放入已預熱至實驗溫度的裝有肥皂和無水碳酸鈉混合液的裝置內，在規定時間和溫度條件下進行機械攪動，每次程序結束后均取出一個試樣，直至25次水洗程序結束，最后取出的試樣剛好進行了25次的水洗。試樣經清洗和干燥，以原樣作為參照樣，對比織物的電磁屏蔽效能的變化。

2 結果與分析

2.1 織物結構對電磁屏蔽性能的影響

分別測試8種組織的編織度目為100時試樣的防電磁輻射性能各5次，記錄試樣在電磁波頻率為30～3 000 MHz時電磁屏蔽效能的平均值，所得結果如圖2所示。

CHEN Li， XUE Jie， LIU Hao， et al. Research status of electromagnetic shielding fabrics[J]. China Textile Leader， 2018（3）： 68-71.

[2]宋玉玲， 馬恒， 劉偉紅， 等. 不銹鋼纖維混紡織物電磁屏蔽效能及其穿著安全性研究[J]. 毛紡科技， 2019， 47（1）： 14-17.

SONG Yuling， MA Heng， LIU Weihong， et al. Research the characteristics of electromagnetic shielding effectiveness and wear safety of stainless steel blended fabric[J]. Wool Textile Journal， 2019， 47（1）： 14-17.

[3]王秀瑋. 導電織物電磁屏蔽性能研究[D]. 天津： 天津工業大學， 2017.

WANG Xiuwei. Research on Electromagnetic Shielding Properties of Conductive Fabric[D]. Tianjin： Tiangong University， 2017.

[4]程嵐. 復合結構電磁屏蔽織物的設計及其性能研究[D]. 重慶： 西南大學， 2015.

CHENG Lan. Studies on Fabrication and Performance of Electromagnetic Shielding Composite Fabric[D]. Chongqing： Southwest University， 2015.

[5]林銘港， 溫惠文， 楊甜甜， 等. 含不銹鋼纖維機織物的電磁屏蔽效能研究[J]. 輕紡工業與技術， 2018， 47（9）：5-7.

LIN Minggang， WEN Huiwen， YANG Tiantian， et al. Study on electromagnetic shielding efficiency of woven fabric containing staining

stainless steel fibers[J]. Light and Textile Industry and Technology， 2018， 47（9）：5-7.

[6]鈔杉. 含金屬纖維電磁屏蔽紡織品屏蔽效能的影響因素研究[D]. 上海： 東華大學， 2014.

CHAO Shan. The Influence Factor of Shielding Effectiveness of ElectromagneticShielding Textile Containing Metal fibers[D]. Shanghai： Donghua University， 2014.

[7]顏夢佳， 唐潔芳， 丁笑君， 等. 織物結構參數對芳綸織物阻燃性能的影響[J]. 現代紡織技術， 2019， 27（1）： 27-31.

YAN Mengjia， TAN Jiefang， DING Junxiao， et al. Effect of fabric structure parameters on flame retardant property of aramid fabric[J]. Modern Textile Technology， 2019， 27（1）： 27-31.

[8]劉娟. 高抗電磁屏蔽針機織復合織物設計、制備和分析[D]. 武漢： 武漢紡織大學， 2017.

LIU Juan. Design， Preparation and Analysis of High Effective ElectromagneticShielding Composite Bifacialfabric[D]. Wuhan： WuhanTextile University， 2017.

[9]施楣梧， 關福旺. 電磁波頻率選擇透通紡織品的設計和加工[J]. 紡織高校基礎科學學報， 2018， 31（3）： 266-271.

SHI Meiwu， GUAN Fuwang. Design and fabrication of electromagnetic wave frequency selective band-pass textiles[J]. Basic Sciences Journalof Textile Universities， 2018， 31（3）： 266-271.

[10]潘振. 吸波型多層電磁屏蔽服裝面料的研究[D]. 鄭州： 中原工學院， 2018.

PAN Zhen. Study on Multilayer Electromagnetic Shielding Clothing Fabric of Absorbing Type[D]. Zhengzhou：Zhongyuan University of Technology， 2018.