張千　胡吉永　楊旭東

摘 要：單品級紡織服裝產(chǎn)品的全生命周期自動(dòng)化管理對超高頻射頻識別（UHF RFID）標(biāo)簽的經(jīng)濟(jì)、舒適和耐用性提出了更高要求?，F(xiàn)有的硬質(zhì)標(biāo)簽因?yàn)榫C合成本高、非柔性、不易集成于織物，無法滿足紡織品租賃、洗滌、售后跟蹤的使用要求。絲網(wǎng)印刷織物基UHF RFID標(biāo)簽是實(shí)現(xiàn)紡織品精確管理的重要途徑，但是其耐洗滌性差和影響產(chǎn)品舒適性仍然是規(guī)模應(yīng)用前的瓶頸所在。概述了UHF RFID標(biāo)簽的工作原理和絲網(wǎng)印刷工藝，列舉了織物基UHF RFID標(biāo)簽的洗滌程序，分析了標(biāo)簽在洗滌過程中受到的應(yīng)力破壞和化學(xué)影響。總結(jié)了改進(jìn)優(yōu)化織物基UHF RFID標(biāo)簽?zāi)拖礈煨缘木唧w措施，展望了耐洗滌織物基UHF RFID標(biāo)簽的未來研究趨勢。

關(guān)鍵詞：超高頻射頻識別（UHF RFID）標(biāo)簽;絲網(wǎng)印刷;耐洗滌;耐洗滌優(yōu)化

中圖分類號：TS101.8

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1009-265X（2021）05-0062-09

Research Progress on Washability of UHF RFID Tags

Based on Silk-screen Printed Fabrics

ZHANG Qian， HU Jiyong， YANG Xudong

（a.Key Laboratory of Textile Science & Technology， Ministry of Education;

b.College of Textiles， Donghua University， Shanghai 201620， China）

Abstract： The automatic management of the whole life cycle of single-grade textiles and apparel products raises higher requirements for the economy， comfort and durability of UHF RFID tags. Existing rigid RFID tags can't satisfy the requirements for the leasing， washing， and after-sales tracking of textiles because of their high composite cost， inflexibility， and difficult integrations in fabrics. Silk-screen printed fabric-based UHF RFID tags are an important way to realize accurate management of textiles， but their poor washability and impact on product comfort are still the bottlenecks for large-scale applications. The working principle of UHF RFID tags and the preparation process of silk-screen printing are summarized， the washing procedures of fabric-based UHF RFID tags are enumerated， and the stress damage and chemical effects of RFID tags during the washing are analyzed. And finally， specific measures to improve and optimize the washability of fabric-based UHF RFID tags are summarized， and the future trend of washable fabric-based UHF RFID tags is prospected.

Key words： UHF RFID tags; silk-screen printing; washability; optimization of washability

超高頻射頻識別（UHF RFID）技術(shù)為每個(gè)產(chǎn)品分配一個(gè)唯一的標(biāo)識符進(jìn)而可以高效、實(shí)時(shí)的進(jìn)行物品識別和位置監(jiān)控，因此在物流、國防、醫(yī)療、健康等方面廣泛應(yīng)用。隨著紡織品生產(chǎn)過程和生命周期的自動(dòng)化管理，UHF RFID標(biāo)簽逐漸被擴(kuò)展到更加苛刻和復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境，例如紡織品的租賃、洗滌服務(wù)、售后跟蹤等。特別是在紡織服裝的生命周期使用過程中，標(biāo)簽始終與紡織品集成在一起，即使在洗滌過程中也無需拆卸，這要求標(biāo)簽具備足夠的耐洗滌性，并且可彎、可扭、美觀舒適。然而，目前市場上應(yīng)用的貼標(biāo)、吊牌、水洗嘜、防盜扣等RFID標(biāo)簽，普遍是硬質(zhì)的，通常直接粘貼或懸掛在服裝上，容易造成標(biāo)簽缺失和損壞以及著裝中的不舒適感，無法滿足現(xiàn)代紡織行業(yè)對產(chǎn)品全生命周期過程精準(zhǔn)管控的要求[1]。因此，柔軟且與產(chǎn)品同質(zhì)的耐洗滌織物基UHF RFID受到廣泛關(guān)注。

耐洗滌織物基UHF RFID標(biāo)簽的市場需求主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面。其一集中在未來福利、醫(yī)療和兒童保育等領(lǐng)域[2]。因?yàn)閷⒖椢锘鵘HF RFID標(biāo)簽集成到服裝上，既不會(huì)引起使用者的注意或惡意損壞，又可以輔助工作人員完成某些安保和監(jiān)控任務(wù)。當(dāng)然，這些標(biāo)簽通常需要反復(fù)使用而不必頻繁更換，因此必須具有足夠的耐洗滌性。其二，織物基UHF RFID標(biāo)簽可以協(xié)助完成公共用紡織品在洗滌中的盤點(diǎn)、統(tǒng)計(jì)和監(jiān)控，這與酒店、鐵路、浴場的布草密切相關(guān)。以織物基UHF RFID標(biāo)簽代替人工清點(diǎn)和條碼技術(shù)，可以提升工作效率、降低管理困難，節(jié)省人力物力和時(shí)間。其三是紡織產(chǎn)品在消費(fèi)過程中的信息收集和管理，如防偽防盜、維護(hù)保養(yǎng)等。利用UHF RFID技術(shù)記錄分析消費(fèi)者的購買興趣、產(chǎn)品體驗(yàn)、價(jià)值評估過程，實(shí)現(xiàn)防偽防盜、快速結(jié)算等服務(wù)是未來門店銷售的趨勢之一，當(dāng)涉及到鞋服的退換、回收以及洗護(hù)整理時(shí)，標(biāo)簽的耐洗滌性就顯得十分重要。

如上所述，織物基UHF RFID標(biāo)簽具有廣闊的應(yīng)用前景，但是耐洗滌性差和影響產(chǎn)品舒適性仍然是標(biāo)簽規(guī)模應(yīng)用前的瓶頸所在。本文將針對滿足舒適性要求的織物基UHF RFID標(biāo)簽，從標(biāo)簽的工作原理、結(jié)構(gòu)和制備工藝技術(shù)，逐步深入剖析這類標(biāo)簽的耐洗滌性及相應(yīng)改進(jìn)優(yōu)化的研究進(jìn)展。

1 UHF RFID標(biāo)簽

1.1 UHF RFID標(biāo)簽工作原理

典型的無源UHF RFID系統(tǒng)由RFID標(biāo)簽、天線、讀寫器以及中間件和應(yīng)用軟件組成，如圖1所示。RFID讀寫器利用天線發(fā)射一定頻率的無線電載波信號，當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器工作場時(shí)，其內(nèi)置天線產(chǎn)生感應(yīng)電流從而被激活，然后向讀寫器天線反向散射包含自身編碼信息的載波信號[3]。信號經(jīng)讀寫器解碼、調(diào)制后到達(dá)中間件，然后經(jīng)應(yīng)用軟件處理后匯集成為有效信息。

標(biāo)簽是RFID系統(tǒng)的核心器件，按照能量來源不同可以分為無源標(biāo)簽、半有源標(biāo)簽和有源標(biāo)簽，按照工作頻率不同可以分為低頻（LF）、高頻（HF）和超高頻（UHF）標(biāo)簽。在紡織服裝領(lǐng)域，UHF RFID標(biāo)簽應(yīng)用比較普遍，因?yàn)榇祟悩?biāo)簽體積小、成本低，并且能夠滿足讀取距離2 m以上的使用要求。

1.2 UHF RFID標(biāo)簽結(jié)構(gòu)

目前，應(yīng)用于紡織行業(yè)的RFID標(biāo)簽主要有如下幾種形式，如圖2所示，分別為吊牌型、水洗嘜、不干膠型、硅膠條型、紐扣型和絲網(wǎng)印刷型標(biāo)簽。

從結(jié)構(gòu)上講，UHF RFID標(biāo)簽一般由基底、天線和芯片三部分組成。其中，基底起到承載作用;天線通過特定結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測和響應(yīng)信號;而芯片則存儲(chǔ)著唯一性的數(shù)據(jù)信息。標(biāo)簽的基底材料與其在紡織產(chǎn)品上的適用性密切相關(guān)，以圖3（a）為例，商用標(biāo)簽普遍以PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）或PI（聚酰亞胺）等硬質(zhì)薄膜材料作為基底，標(biāo)簽柔性差、舒適性差，不便于紡織品全生命周期攜帶。相比之下，圖3（b）所示的絲網(wǎng)印刷織物基UHF RFID標(biāo)簽則更為適用，因?yàn)榇祟悩?biāo)簽既保留了一定的紡織品特性，又能實(shí)現(xiàn)UHF RFID技術(shù)的基本功能。

雖然織物基UHF RFID標(biāo)簽在服裝管理領(lǐng)域已有應(yīng)用，但是標(biāo)簽的耐洗滌性問題仍未得徹底解決。因此，本文將以絲網(wǎng)印刷織物基UHF RFID標(biāo)簽為例，討論其耐洗滌性問題以及相應(yīng)的改進(jìn)優(yōu)化措施。

2 絲網(wǎng)印刷織物基UHF RFID標(biāo)簽的制備

絲網(wǎng)印刷織物基UHF RFID標(biāo)簽的制備分為兩個(gè)階段，即絲網(wǎng)印刷天線和天線/芯片的連接封裝[4]。通過在紡織領(lǐng)域的研究，絲網(wǎng)印刷織物基UHF RFID標(biāo)簽的制備已經(jīng)逐漸成熟，是大批量、低成本制備柔性UHF RFID標(biāo)簽的理想工藝方法之一。

2.1 絲網(wǎng)印刷天線

絲網(wǎng)印刷是采用刮刀擠壓導(dǎo)電油墨且透過網(wǎng)孔轉(zhuǎn)移到承印物表面，在一定溫度下固化后形成特定形狀和尺寸的標(biāo)簽天線，其工藝流程如圖4所示。絲網(wǎng)印刷具有很多優(yōu)點(diǎn)，如成本低廉，可批量制備;印刷精度高，定位精確度可達(dá)0.01 mm;綠色環(huán)保，不產(chǎn)生金屬廢料和化學(xué)廢液[5]。此外，絲網(wǎng)印刷的承印材料也十分廣泛，能直接在織物基材上印刷天線。

相對而言，絲網(wǎng)印刷天線的性能主要與印刷工藝參數(shù)、導(dǎo)電油墨性能和承印基材相關(guān)[4]。對于印刷工藝參數(shù)的研究已經(jīng)比較深入，通常標(biāo)簽天線的阻抗隨刮刀速度、刮刀壓力和刮刀角度增加呈現(xiàn)U形變化，隨固化時(shí)間和固化溫度的升高而降低[6]。白歡等[4]在水洗嘜表面印刷天線，設(shè)置主要的印刷工藝參數(shù)：刮刀速度為170 mm/s、刮刀角度為85°，網(wǎng)版與織物基底距離為4 mm，封裝芯片后發(fā)現(xiàn)此類標(biāo)簽的讀取距離在8 m左右。

針對導(dǎo)電油墨對天線性能的影響，王森等[7]指出天線電阻主要受天線墨層厚度和導(dǎo)電油墨性能的影響，并且絲網(wǎng)網(wǎng)版目數(shù)和干燥效果是最為關(guān)鍵的兩個(gè)因素。Gao等[8]通過有限元模擬和實(shí)驗(yàn)評估了天線印刷厚度對UHF RFID標(biāo)簽性能的影響，研究發(fā)現(xiàn)厚度為10 μm的標(biāo)簽天線的最小開啟功率為18～22 dBm，足以滿足大多數(shù)應(yīng)用的需求。此外，為了提高導(dǎo)電油墨在耐溫性較差的織物基底上的適用性，Hong等[9]開發(fā)了一種低溫紫外固化導(dǎo)電油墨，此種油墨制備的UHF RFID標(biāo)簽在經(jīng)過5個(gè)洗滌周期后讀取距離仍在3 m以上。

對于承印基材，Virkki等[2]發(fā)現(xiàn)基材通常會(huì)通過其電學(xué)特性（例如損耗正切和相對介電常數(shù)）對標(biāo)簽性能產(chǎn)生影響，損耗正切影響標(biāo)簽天線的輻射效率，而相對介電常數(shù)主要影響工作頻率。相比于PET等薄膜材料，織物基材是一種多孔、粗糙材料，織物結(jié)構(gòu)、經(jīng)緯密度和紗線粗細(xì)等都可能影響印刷質(zhì)量，進(jìn)而影響天線的耐洗滌性。Kazani等[10]在聚酯和棉/聚酯基材上印刷微帶貼片天線，分別測量并計(jì)算天線的特征參數(shù)（反射系數(shù)和輻射效率），研究發(fā)現(xiàn)5個(gè)洗滌周期后印刷天線顯示出穩(wěn)定的性能。Hu等[11]在水洗嘜表面印刷標(biāo)簽天線，封裝芯片后發(fā)現(xiàn)50次彎曲后標(biāo)簽的讀取距離仍大于5.5 m，5個(gè)洗滌周期后平均讀取距離超過4 m。

綜上所述，采用絲網(wǎng)印刷工藝在織物表面印刷標(biāo)簽天線已經(jīng)逐漸成熟，封裝芯片后此類標(biāo)簽的讀取距離遠(yuǎn)大于實(shí)際使用中超過2 m的要求。而關(guān)于絲網(wǎng)印刷天線的耐洗滌性研究則主要集中承印織物上，織物的表面結(jié)構(gòu)、介電性能是重要的影響因素。另外，值得指出的是，標(biāo)簽天線的耐洗滌性可以通過彎曲、扭轉(zhuǎn)和摩擦等實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬，這是評價(jià)天線耐應(yīng)力作用的重要方式。

2.2 芯片封裝

天線制作完成后，需要將芯片與天線連接在一起，芯片的封裝方式主要有引線鍵合封裝和倒封裝兩種方式。

引線鍵合是先通過貼片機(jī)完成芯片的堆疊封裝，然后通過引線鍵合機(jī)將芯片正面的pad點(diǎn)連接到框架或基板焊盤上的封裝技術(shù)[12]。圖5為引線鍵合示意圖，引線鍵合是目前較為成熟的封裝技術(shù)，但是焊接過程中會(huì)采用熱壓焊或超聲鍵合焊[13]，因此基板材料需具備一定的耐高溫能力。

倒封裝是指將芯片倒扣與天線連接的封裝技術(shù)。倒封裝所使用的芯片一般含有2或4個(gè)凸點(diǎn)，熱壓鍵合過程中，通過各向異性導(dǎo)電膠將芯片與天線連接起來，其封裝過程如圖6所示。倒封裝技術(shù)省去了傳統(tǒng)的引線鏈合和芯片外包塑封料，在一顆芯片上可以大幅度提高芯片接腳的密度（I/O引腳數(shù)）;傳輸中的阻抗與連接處的分布電容比傳統(tǒng)封裝降低10倍左右;同時(shí)其工藝簡單可靠、效率高、成本低，成為IC后道在尺寸、性能、成本方面一個(gè)合適的解決方案[14]。

對比引線鍵合和倒封裝的工藝特點(diǎn)可知，倒封裝工藝更加簡單、可靠，適合于微小超薄芯片和印刷柔性天線的相互連接。倒封裝工藝的核心步驟是熱壓鍵合，鍵合溫度、壓力和時(shí)間都會(huì)影響芯片封裝質(zhì)量，并且由于織物具有一定的壓縮性和不耐高溫性，鍵合工藝參數(shù)配合控制十分關(guān)鍵。有研究表明[15]，對于常見的以尼龍水洗嘜為基材的絲網(wǎng)印刷UHF RFID標(biāo)簽，當(dāng)鍵合溫度為120 ℃、鍵合壓力為1.1 N、鍵合時(shí)間為6 s時(shí)，封裝后標(biāo)簽的讀取距離最遠(yuǎn)，可達(dá)20 m左右，但是此種標(biāo)簽只能耐受12次洗滌。

綜上可知，雖然引線鍵合以及倒封裝技術(shù)為印刷天線和芯片提供了相對穩(wěn)定可靠的電氣連接，但是當(dāng)標(biāo)簽面臨洗滌時(shí)，這種相互連接受到了極大的挑戰(zhàn)。因?yàn)樵谙礈爝^程中，標(biāo)簽會(huì)暴露于極端的機(jī)械應(yīng)力之下，反復(fù)的應(yīng)力作用容易導(dǎo)致天線與芯片的松動(dòng)和脫離。而以往的研究集中在手工綁定夾片型芯片的織物基UHF RFID標(biāo)簽，并非適合工業(yè)化生產(chǎn)的倒封裝芯片的標(biāo)簽，因此下面將從洗滌程序和洗滌應(yīng)力等角度詳細(xì)介紹織物基UHF RFID標(biāo)簽受到的洗滌破壞作用和破壞機(jī)理，并提出相應(yīng)的改善優(yōu)化措施。

3 織物基UHF RFID標(biāo)簽的洗滌

在紡織品的使用周期內(nèi)，織物基UHF RFID標(biāo)簽以及紡織品可能面臨不同形式的洗滌處理，主要包括家庭洗滌和工業(yè)洗滌。不同洗滌方式下的洗滌程序是類似的，都包含浸泡、洗滌、漂洗和翻滾過程，只是相比于家庭洗滌處理，工業(yè)洗滌強(qiáng)度更大、洗滌溫度更高，并且使用了多種氧化劑和添加劑。為了明確標(biāo)簽在不同洗滌條件下可預(yù)期的使用壽命以及遭受的應(yīng)力破壞，下面詳述了標(biāo)簽的洗滌程序并對洗滌過程中機(jī)械應(yīng)力和化學(xué)影響進(jìn)行分析。

3.1 洗滌程序

織物基UHF RFID標(biāo)簽的洗滌問題是復(fù)雜的，因?yàn)樗瑫r(shí)涉及到紡織和電子通信領(lǐng)域。為保證洗滌處理的公平性，通常采用國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)化組織建立的完善的紡織品洗滌標(biāo)準(zhǔn)來描述洗滌過程中的任何細(xì)節(jié)，如ISO 6330-2012、ISO 15797-2017等。此外，織物基UHF RFID標(biāo)簽作為一種電子紡織品，洗滌前后其功能部件的電學(xué)性能變化同樣受到重視，如IPC制定了智能紡織品洗滌測試白皮書。

ISO 6330-2012 《紡織品 測試用家庭洗滌和干燥程序》規(guī)定了紡織織物、服裝或其他紡織制品的家庭洗滌和干燥程序，該標(biāo)準(zhǔn)給出了3種參考洗滌設(shè)備（A、B、C型全自動(dòng)洗衣機(jī)）、31種洗滌程序（A型13種、B型11種、C型7種）和6種干燥程序，以供測試時(shí)選擇和使用。其中，普遍采用編號為4 N的洗滌程序?qū)椢锘鵘HF RFID標(biāo)簽進(jìn)行洗滌，具體如下：選用A型洗衣機(jī)（前門加料、水平滾筒式）進(jìn)行洗滌，洗滌溫度為40 ℃，包含1次主洗和4次漂洗，主洗的液位水平為100 mm，漂洗液位水平為130 mm，洗滌過程中使用了符合標(biāo)準(zhǔn)的參考洗滌劑，程序總時(shí)間為30 min。洗滌程序結(jié)束后，立即取出標(biāo)簽和紡織品，室溫晾干。

ISO 15797-2017《紡織品 工作服試驗(yàn)用工業(yè)洗滌和整理程序》規(guī)定了工作服的工業(yè)洗滌和整理程序，該標(biāo)準(zhǔn)給出了8種洗滌程序和2種干燥程序以及相應(yīng)洗滌、干燥設(shè)備的特征參數(shù)。目前，很少有研究詳細(xì)討論織物基UHF RFID標(biāo)簽的工業(yè)洗滌問題，以《白色/敏感有色服飾的洗滌程序-過氧化氫》為例，該洗滌過程包含1次主洗和3次漂洗，主洗溫度為85 ℃，沒有冷卻過程，主洗過程中加入洗滌劑和過氧化氫漂白劑，程序時(shí)間為42 min。洗滌程序結(jié)束后在滾筒干燥機(jī)中進(jìn)行干燥，滾筒的出口溫度不超過90 ℃。

AATCC M6《家庭洗衣測試條件的標(biāo)準(zhǔn)化》分別給出了頂部裝載洗衣機(jī)、高效頂部裝載洗衣機(jī)和前裝式洗衣機(jī)的洗滌溫度和洗滌參數(shù)。例如，對于前裝式洗衣機(jī)，按照洗滌溫度不同可以分為自來水（一般為10℃±3 ℃）洗滌、冷水14℃±6℃洗滌、溫水25℃±6℃洗滌、熱水31℃±6℃洗滌和高熱40℃±6℃洗滌。洗滌過程包含1次主洗和2次漂洗，主洗時(shí)間為11 min，攪拌速度為40～45 r/min。

GB/T 8629-2017《紡織品 試驗(yàn)用家庭洗滌和干燥程序》修改采用了ISO 6330-2012標(biāo)準(zhǔn)，其洗滌和干燥程序與ISO 6330-2012保持一致。

IPC WP 024《IPC智能織物結(jié)構(gòu)的可靠性和可洗性白皮書-為市場做好準(zhǔn)備》討論了清洗電子織物組件的洗滌周期，并分析了這些組件在洗滌條件下可能產(chǎn)生的洗滌破壞情況。研究人員選擇了一臺(tái)前裝式洗衣機(jī)（Miele W3240），并對不同類型洗滌程序（棉型、纖柔型、快速型、絲綢型、羊毛型等）的主洗、漂洗和旋轉(zhuǎn)時(shí)間進(jìn)行測試，其目的是決定那種洗滌類型能提供最佳結(jié)果。該標(biāo)準(zhǔn)還介紹了與智能紡織品耐洗滌性相關(guān)的機(jī)械測試，即馬丁代爾磨損試驗(yàn)和起球盒試驗(yàn)，以驗(yàn)證其對電子織物薄弱環(huán)節(jié)的影響，而無需清洗樣品。

綜上所述，織物基UHF RFID標(biāo)簽的耐洗滌性與紡織品面臨的洗滌處理密切相關(guān)，雖然涉及織物洗滌的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有很多，但是洗滌標(biāo)簽時(shí)集中在40 ℃的家庭洗滌上。當(dāng)然，這種洗滌評價(jià)并不全面，當(dāng)洗滌時(shí)間、洗滌溫度和洗滌劑發(fā)生變化時(shí)，標(biāo)簽的耐洗滌次數(shù)可能隨之改變。因此，表1對2種典型的洗滌程序作了進(jìn)一步說明，旨在探索和建立適合織物基UHF RFID標(biāo)簽的洗滌測試標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 洗滌過程中的應(yīng)力作用

織物基UHF RFID標(biāo)簽的耐洗滌性與洗滌程序中標(biāo)簽承受的應(yīng)力作用和化學(xué)影響密切相關(guān)。已有研究表明[16]，洗滌循環(huán)可分為4種不同的作用類型，并具有某些可能的相互作用：機(jī)械應(yīng)力（彎曲，扭曲，摩擦等）、水應(yīng)力、熱應(yīng)力（溫度）和化學(xué)試劑（洗滌劑），表2對這4種相互作用進(jìn)行了分析和比較。

洗滌過程中智能紡織品很難抵抗反復(fù)的機(jī)械應(yīng)力，如彎曲、扭轉(zhuǎn)和摩擦作用。Zaman等[17]通過馬丁代爾磨損測試和起球盒測試來模擬洗滌過程中的機(jī)械應(yīng)力，分別如圖7所示，研究發(fā)現(xiàn)1000次磨損循環(huán)所產(chǎn)生的損壞與8～9個(gè)絲綢洗滌循環(huán)或5～6個(gè)快速洗滌循環(huán)相同;1000個(gè)起球周期的損壞程度與3個(gè)快速洗滌周期相同。此外，與洗滌相關(guān)的彎曲和扭轉(zhuǎn)測試也表明，機(jī)械應(yīng)力對天線電阻和諧振頻率產(chǎn)生明顯影響。

由于在洗滌過程中使用洗滌劑，化學(xué)應(yīng)力會(huì)起作用，因此，除機(jī)械應(yīng)力作用外，水和化學(xué)應(yīng)力是第二大影響因素[18]。絲網(wǎng)印刷的標(biāo)簽天線通常是含銀聚合物，可能在水和洗滌劑的共同作用下發(fā)生氧化還原反應(yīng)。尤其是在工業(yè)洗滌過程中，為保證清洗質(zhì)量，洗滌劑的堿性很強(qiáng)，同時(shí)還使用了漂白劑和其它添加劑，這種惡劣的化學(xué)條件對標(biāo)簽的使用壽命提出很大考驗(yàn)。因此，為了避免標(biāo)簽在使用壽命內(nèi)由于不合規(guī)范的使用洗滌劑而造成讀取性能損失，還應(yīng)進(jìn)一步分析比較常見洗滌劑（如家用洗衣粉、工業(yè)洗衣粉等）對標(biāo)簽讀取性能的破壞程度。

織物基UHF RFID標(biāo)簽在高溫條件下的破壞與洗滌溫度和干燥條件有關(guān)，標(biāo)簽破壞是由材料的熱膨脹系數(shù)不同造成的。這可以從類似的研究中得到證實(shí)，Lahokallio等[19]以鋁膜為天線導(dǎo)電層材料制備了一種聚酯基UHF RFID標(biāo)簽，并在-40～125 ℃的加速壽命實(shí)驗(yàn)中觀察標(biāo)簽的失效行為，研究發(fā)現(xiàn)標(biāo)簽中各部分材料的熱膨脹系數(shù)和玻璃化溫度存在差異，溫度升高或降低時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同程度的熱應(yīng)力，從而造成圖8（a）和圖8（b）所示的天線導(dǎo)電層裂紋或斷裂。對于織物基UHF RFID標(biāo)簽而言，家庭洗滌通常在30～40 ℃左右的溫度下進(jìn)行，而工業(yè)洗滌的水溫可達(dá)75～85 ℃，因此熱應(yīng)力可能對天線以及天線-芯片連接造成破壞，但這仍需通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)。

綜上可知，織物基UHF RFID標(biāo)簽的耐洗滌性直接受到洗滌程序的影響，并且主要與洗滌過程中的機(jī)械應(yīng)力和化學(xué)影響相關(guān)。其中，天線斷裂和芯片脫離是標(biāo)簽失效的兩種直觀表現(xiàn)形式，其本質(zhì)是電流不能導(dǎo)通，天線和芯片的阻抗失去匹配。

4 織物基UHF RFID標(biāo)簽的耐洗滌改進(jìn)研究

針對由天線導(dǎo)電層斷裂以及芯片松動(dòng)或脫離造成的機(jī)洗失效，目前改善其耐洗滌性的方法主要有兩種：其一是涂層，即在標(biāo)簽天線以及天線-芯片連接部位涂覆高彈性和耐磨性的涂層材料，從而減輕標(biāo)簽天線或芯片綁定部位受到的洗滌損傷;其二是復(fù)合封裝，即將UHF RFID標(biāo)簽密封在防水、耐高溫的保護(hù)套中，避免標(biāo)簽與洗滌環(huán)境的直接接觸。

4.1 RFID標(biāo)簽的涂層研究

4.1.1 天線-芯片綁定部位涂層

Simorangkir等[20]以PDMS作為涂層材料對導(dǎo)電織物標(biāo)簽進(jìn)行保護(hù)，如圖9所示，該研究對比了在芯片夾片上直接涂覆PDMS和在夾片上開通孔后涂覆PDMS的2類標(biāo)簽的耐洗滌性，洗滌測試后發(fā)現(xiàn)，夾片上開孔的標(biāo)簽在15次洗滌后讀取距離僅下降了9.8%。

Kellomaki等[21]測試比較了6種不同的涂層材料對天線-芯片綁定部位的保護(hù)效果，分別是環(huán)氧樹脂、丙烯酸、乳膠、硅樹脂、聚醋酸乙烯酯膠粘劑（PVA1）和耐水改性聚醋酸乙烯酯膠粘劑（PVA2），涂層保護(hù)如圖10所示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示除了不防水的PVA1，其余5種涂層材料均能有效保護(hù)天線-芯片連接部位。其中，膠黏型涂料（乳膠、硅樹脂、PVA1、PVA2）比環(huán)氧樹脂和丙烯酸涂料更容易涂覆在織物上，并且干燥后乳膠、硅樹脂仍保持柔韌性，其余材料則變硬。

必須指出的是，目前對于織物基UHF RFID標(biāo)簽天線-芯片綁定位置的涂層研究集中于手工綁定夾片型芯片的織物基標(biāo)簽，很少關(guān)注到倒封裝芯片的織物基標(biāo)簽。實(shí)際上，雖然涂層對天線-芯片綁定位置起到了加固保護(hù)作用，但是涂層也會(huì)使綁定部位的邊緣位置產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而在洗滌過程中易于折裂。

4.1.2 天線導(dǎo)體或標(biāo)簽表面涂層

Kazmi等[22]測試了紡織膠（Gutermann Creativ HT2）對絲網(wǎng)印刷織物基UHF RFID標(biāo)簽?zāi)拖礈煨缘谋Ｗo(hù)效果，機(jī)洗測試是在家庭洗衣機(jī)中以40 ℃進(jìn)行的，研究發(fā)現(xiàn)涂層標(biāo)簽?zāi)芙?jīng)受15次洗滌循環(huán)，并且標(biāo)簽的讀取距離只是由初始的9.2 m降低到了8.8 m，僅下降了5%左右。

Wang等[23]以導(dǎo)電織物作為天線導(dǎo)體制備UHF RFID標(biāo)簽，以環(huán)氧樹脂涂覆天線表面，并且對天線-芯片連接位置做了額外保護(hù)，涂層前后標(biāo)簽形貌圖11所示，研究發(fā)現(xiàn)涂層標(biāo)簽的初始讀取距離約8 m，15次洗滌后標(biāo)簽可保持7 m的讀取范圍。

Fu等[24]制備了一種導(dǎo)電織物基UHF RFID標(biāo)簽，先以紡織膠涂覆天線-芯片綁定部位，然后同時(shí)噴涂紡織膠和防潮劑（PALC）來包覆導(dǎo)電織物為天線導(dǎo)體的標(biāo)簽，研究發(fā)現(xiàn)兩類標(biāo)簽的讀取距離在10個(gè)洗滌周期后仍多于4 m。

Scarpello等[25]和Kazani等[10]用熱塑性聚氨酯（TPU）封裝的微帶貼片天線，研究發(fā)現(xiàn)涂覆TPU后天線反射系數(shù)非常穩(wěn)定，經(jīng)過6個(gè)洗滌周期輻射效率僅下降了5%。

Yang等[26]采用絲網(wǎng)印刷將聚氨酯丙烯酸酯（PUA）覆蓋在導(dǎo)電體表面，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電體在涂層后具有較好的防水性和耐彎曲性，且連續(xù)浸泡24 h后導(dǎo)電體的電導(dǎo)率可恢復(fù)到初始值。

對比涂覆不同涂層材料時(shí)織物基UHF RFID標(biāo)簽取得的耐洗滌結(jié)果，發(fā)現(xiàn)紡織膠、環(huán)氧樹脂、TPU和PDMS等涂料均能有效保護(hù)天線導(dǎo)體，從而提高標(biāo)簽的耐洗滌性，相對而言，紡織膠涂層效果較好。對于倒封裝芯片的絲網(wǎng)印刷織物基UHF RFID標(biāo)簽，采用涂層對天線、芯片綁定部位進(jìn)行保護(hù)時(shí)，還需要考慮涂層后織物-天線-涂層界面之間的剛?cè)嵝赞D(zhuǎn)換對標(biāo)簽受力的影響，因?yàn)閼?yīng)力集中很容易造成印刷天線的斷裂，這也是提高標(biāo)簽?zāi)拖礈煨缘难芯恐攸c(diǎn)之一。

4.2 RFID標(biāo)簽的復(fù)合封裝

復(fù)合封裝能提高織物基UHF RFID標(biāo)簽對洗滌環(huán)境的適用能力，增加標(biāo)簽的使用壽命。目前常采用熱壓、粘合的方法對標(biāo)簽進(jìn)行復(fù)合封裝。

郭彥希等[27]利用TPU熱熔膠膜將拒水化纖基布與UHF RFID標(biāo)簽進(jìn)行熱壓復(fù)合，標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)如圖12所示，拒水整理基布輕薄、柔軟，舒適性強(qiáng)，洗滌后發(fā)現(xiàn)該標(biāo)簽的耐機(jī)洗次數(shù)可達(dá)20次以上。

陳勇等[28]設(shè)計(jì)了一種具有分離式偶極子結(jié)構(gòu)的UHF RFID標(biāo)簽，如圖13所示，標(biāo)簽分為芯片匹配環(huán)和天線兩個(gè)部分，采用復(fù)合塑料膜底層布和面布對標(biāo)簽進(jìn)行熱壓復(fù)合封裝，從而使標(biāo)簽具備一定的耐洗滌性。

Moraru等[29]也提出了一種感應(yīng)耦合結(jié)構(gòu)UHF RFID標(biāo)簽的設(shè)計(jì)和制造方法，如圖14所示，標(biāo)簽的基底材料是一種滌棉混紡織物，表面覆蓋有熱粘性織物帶，測試發(fā)現(xiàn)此種標(biāo)簽的平均讀取距離在9.5 m左右，最多可經(jīng)受大約400次的反復(fù)洗滌。

綜上可知，為滿足標(biāo)簽的洗滌要求，可以采用層壓（包括熔壓和封壓）和粘合等方式將上下層復(fù)合材料與標(biāo)簽結(jié)合在一起。復(fù)合封裝在形成物理保護(hù)的同時(shí)，封裝材料如各種塑料、紙張等均為電介質(zhì)，對UHF RFID系統(tǒng)的電磁波輻射和能量傳輸都產(chǎn)生了不利影響[30]。這需要從復(fù)合封裝的材料、結(jié)構(gòu)和工藝等角度進(jìn)一步的討論和分析。

5 總 結(jié)

隨著紡織行業(yè)對可反復(fù)清洗的柔性UHF RFID標(biāo)簽的迫切需求，采用絲網(wǎng)印刷工藝制備耐洗滌織物基UHF RFID標(biāo)簽逐漸成為重要選項(xiàng)。目前，對于絲網(wǎng)印刷工藝和倒封裝工藝的研究已經(jīng)比較深入，批量制備的標(biāo)簽成本低、柔性好。但是，此類標(biāo)簽的耐洗滌性仍存在不足和缺陷，相關(guān)研究集中于標(biāo)簽的耐洗滌評價(jià)和耐洗滌改善優(yōu)化。

對于織物基UHF RFID標(biāo)簽的耐機(jī)洗評價(jià)而言，諸如ISO 6330-2012、AATCC M6、GB/T 8629-2017等洗滌程序常被提及，而洗滌測試以40 ℃的家庭洗滌為主。當(dāng)涉及到更為苛刻的洗滌環(huán)境（如工業(yè)洗滌）時(shí)，相應(yīng)的洗滌評價(jià)仍需進(jìn)一步明確和完善。另外，很少有研究對織物基UHF RFID標(biāo)簽的洗滌過程進(jìn)行詳細(xì)討論，建立標(biāo)簽損壞與機(jī)械應(yīng)力、化學(xué)影響之間的聯(lián)系是未來研究的主題之一。

對于織物基UHF RFID標(biāo)簽?zāi)拖葱愿倪M(jìn)優(yōu)化，相關(guān)研究證實(shí)了涂層保護(hù)是有效的途徑，一系列涂層材料的耐洗滌效果已經(jīng)被測試，如紡織膠水、環(huán)氧樹脂、熱塑性聚氨酯等。進(jìn)一步，涂層后天線-芯片連接部位的受力情況同樣值得關(guān)注，因?yàn)橥繉涌赡茉斐山缑婢植康膽?yīng)力集中。相比于涂層，復(fù)合封裝較為簡潔、靈活，而復(fù)合封裝的效果依賴于對材料、結(jié)構(gòu)和工藝全面和深入的研究。

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收稿日期：2020-08-22 網(wǎng)絡(luò)出版日期：2020-12-17

基金項(xiàng)目：上海市自然科學(xué)基金項(xiàng)目（20ZR1400500）

作者簡介：張千（1996-），男，河北承德人，碩士研究生，主要從事耐洗織物基UHF RFID標(biāo)簽方面的研究。

通信作者：胡吉永，E-mail：hujy@dhu.edu.cn