黃華友， 吳依琳， 倪海燕， 彭 淋， 王順光， 李永貴,2?

(1. 閩江學院服裝與藝術工程學院， 福建 福州350108； 2. 福建省新型功能性紡織纖維及材料重點實驗室， 福建 福州350108； 3. 內蒙古工業(yè)大學輕工與紡織學院， 內蒙古 呼和浩特010080）

0 引言

對人類生活環(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、 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對人體健康產生一定的隱患， 癥狀表現為眼瞼腫脹、 眼睛充血、 皮膚過敏等。 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。

目前， 已市場化的電磁屏蔽織物主要分為以下幾種： 金屬鍍層織物、 導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]。 導電涂層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[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織物[8]； 將不銹鋼纖維與丙綸混紡可制成性能較好的機織物[9]； 把碳纖維與不銹鋼纖維混紡成紗并織成機織物， 再將該織物與聚丙烯薄膜進行層壓復合[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。

現不銹鋼纖維制備技術已較為成熟， 其價格相對其他金屬纖維稍低， 而芳綸具有高模高強以及阻燃的優(yōu)點。 因此， 本試驗采用芳綸/不銹鋼纖維混紡紗制備高性能電磁屏蔽機織物，通過改變組織結構、 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

1. 1 試驗設備

試驗所用主要儀器設備為： SLo - 01 半自動織樣機 （天津市嘉誠機電設備有限公司）、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試儀 （溫州大榮紡織儀器有限公司）、 INSTRON 5566 萬能材料試驗機 （上海胥元機械有限公司）、 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）、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）。

1. 2 試驗材料

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

1. 3 樣品制備方法

采用半自動織樣機織造不同組織結構的電磁屏蔽織物， 分別為平紋織物、 1/2 斜紋織物、5/3 經面緞紋織物。 織物規(guī)格如表1 所示。

表1 織物規(guī)格

1. 4 測試方法

1. 4. 1 電磁屏蔽性能測試

根據GB/T 30142 - 2013 平面型電磁屏蔽材料屏蔽效能測試方法， 對樣品的屏蔽效能進行測試。 根據GB/T 26667 - 2011 電磁屏蔽材料術語中的2. 7. 1 規(guī)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. 2 阻燃性能測試

根據GB/T 5455-2014 紡織品燃燒性能垂直方向， 損毀長度、 陰燃和續(xù)燃時間的測定， 對樣品的阻燃性能進行測試。 用規(guī)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(xù)燃時間和陰燃時間， 并測量損毀長度。

1. 4. 3 拉伸性能測試

根據GB/T 3923. 1 - 2013 紡織品 織物拉伸性能 第1 部分： 斷裂強力和斷裂伸長率的測定（條樣法） 方法， 對樣品的拉伸性能進行測試。從樣品上剪取試樣 （一組經向， 一組緯向）， 調整儀器夾持距離， 根據織物單位面積重量確定張力值， 根據預加張力選用張力夾， 測定織物的斷裂強力和斷裂伸長率。

1. 4. 4 耐水洗性能測試根據GB/T 3921 - 2008 紡織品耐皂洗試驗（方法C： 溫度60 ℃， 時間30 min/次）。 將4 個裝有平紋試樣的容器同時放入已預熱至試驗溫度的裝有肥皂和無水碳酸鈉混合液的裝置內。在規(guī)定時間和溫度條件下進行機械攪動， 每5次程序結束后均取出一個試樣， 直至20 次水洗程序結束， 最后取出的試樣進行了20 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 結果與討論

2. 1 芳綸/不銹鋼纖維混紡機織物的電磁屏蔽性能

2. 1. 1 織物組織結構對電磁屏蔽性能的影響

不同組織結構的織物在30 ～3 000 MHz 范圍內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。根據電磁波的傳遞性， 結構越完整、 連接性越強的組織面料， 在電磁波到達織物表面時， 一部分電磁波被反射， 而剩下的通過織物紗線間的連接進行傳導， 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， 浮長短，紗線間空隙小， 電磁波不易透過。 斜紋組織的浮長及紗線間的空隙介于平紋和緞紋之間， 導致斜紋的屏蔽性能不如平紋， 但優(yōu)于緞紋。 緞紋浮長最長， 結構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 織物厚度對電磁屏蔽性能的影響

將三種樣布分別進行疊合， 得到單層、 雙層、 三層、 四層織物， 并測試其電磁屏蔽性能。由圖2 可知， 不同層數織物的電磁屏蔽效能關系為： 四層織物＞三層織物＞雙層織物＞單層織物。 其原因是： 依據Schelkunoff 電磁屏蔽理論，電磁波在穿過屏蔽體時產生能量損耗而發(fā)生衰減， 這種能量損耗可以分成兩個部分： 反射損耗和吸收損耗。 當電磁波穿過一層屏蔽體時要經過兩個界面， 發(fā)生兩次反射損耗和一次吸收損耗； 穿過兩層屏蔽體時要經過四個界面， 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， 會有一部分能量轉換成熱量， 導致電磁能量損失。 再者，隨著織物厚度增加， 電磁波入射深度增加， 電磁波強度會隨之以指數關系衰減。

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， 并測試其電磁屏蔽性能， 結果如圖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。 這是因為織物以45°角疊合， 經緯紗交錯次數多， 形成的網孔間隙最小， 孔隙率明顯減小，電磁波透過率減少； 而0°和90°疊合時電磁屏蔽性能相近， 這是因為0°與90°相比， 相當于經緯紗互換， 網孔間隙幾乎不變。

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GB/T 17591 - 2006 阻燃織物B1 級的考核指標燃燒性能要求， 阻燃防護服用織物應滿足： 損毀長度≤150 mm， 續(xù)燃時間≤5 s，陰燃時間≤5 s， 無熔融、 滴落現象。 如表2 所示， 所測試樣在點火結束后沒有續(xù)燃的現象，損毀長度較短， 陰燃時間略長， 無熔融、 滴落。說明本試驗所用的芳綸/不銹鋼纖維混紡機織物的阻燃性能好。

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度， 織物撕裂強力大， 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， 經多次水洗后的樣布， 其電磁屏蔽性能幾乎不受影響。 本試驗所用芳綸/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， 經過水洗的織物的電磁屏蔽性能無明顯變化。

3 結論

（1） 芳綸/不銹鋼纖維混紡機織物具有較好的電磁屏蔽性能， 織物組織結構、 厚度和疊合角度對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°疊合時電磁屏蔽性能相近。

（2） 芳綸/不銹鋼纖維混紡機織物在點火結束后沒有續(xù)燃的現象， 陰燃時間略長， 損毀長度較短， 具有較好的阻燃性能。

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

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