張仁樂,何衛(wèi)星,華 東,周建平,徐 晶,張曉靜
(1.江蘇蘇豪紡織集團(tuán)有限公司,江蘇 南京 210012;2.江蘇省紡織研究所股份有限公司,江蘇 南京 214024)
電磁屏蔽織物從開發(fā)應(yīng)用至今已有30多年的歷史,從軍事用、工業(yè)用到民用都有涉及,比如軍用偽裝網(wǎng)、軍用帳篷、電子儀器材料、帶電作業(yè)服面料、電磁環(huán)境防輻射工作服面料,還有目前普遍使用的防電磁波輻射孕婦裝和青少年馬夾等。各類織物的設(shè)計原理大致相同,都是利用屏蔽體阻止電磁波在空間傳播,提高電子系統(tǒng)及電子設(shè)備的電磁兼容性,同時避免電磁波危害人體健康。
防電磁波輻射的原理包括兩個方面:一是利用材料的導(dǎo)電性,提高對電磁波的反射率;二是利用材料的磁性,提高對電磁波的吸收率。目前,電磁屏蔽織物的設(shè)計原理主要是利用材料的導(dǎo)電性,將織物的表面金屬化,形成金屬導(dǎo)電層;或是先制成導(dǎo)電長絲及導(dǎo)電紗線,再織成織物,使織物內(nèi)部形成金屬導(dǎo)電網(wǎng)。當(dāng)電磁波傳播到織物表面時,通過織物表面的反射衰減、織物內(nèi)部的多次反射衰減、織物內(nèi)部的吸收衰減這3種機(jī)理,阻擋電磁波的侵害。由圖1可見,電磁屏蔽機(jī)理主要取決于織物表面的反射衰減[1]。
圖1 電磁屏蔽織物對電磁波傳播的阻擋原理
根據(jù)電磁屏蔽原理,主要可分為反射型織物、反射吸收型織物和吸收型織物,分類由所用屏蔽材料介質(zhì)決定。
(1)金屬化織物:在基質(zhì)材料上直接鍍上高導(dǎo)電金屬層。
(2)金屬纖維混紡織物:將金屬纖維與普通紡織纖維混紡成導(dǎo)電紗,然后織造成織物。
(3)螯合型腈綸基銅離子織物(多離子織物):利用腈綸纖維氰基的活性,通過化學(xué)反應(yīng),與銅離子形成螯合物,賦予其導(dǎo)電性。
化學(xué)鍍是利用還原劑將溶液中的金屬離子還原,在呈催化活性的物體表面形成金屬鍍層。
3.1.1 鍍銀纖維長絲織物生產(chǎn)
鍍銀纖維長絲織物主要采用如下方法生產(chǎn):(1)錦綸長絲→經(jīng)編織物→表面粗化處理→化學(xué)鍍銀→全銀織物;(2)錦綸長絲→緯編織物→表面粗化處理→化學(xué)鍍銀→絡(luò)筒→檢驗(yàn)→包裝→鍍銀纖維長絲。
梭織物的生產(chǎn)方式:鍍銀纖維長絲、普通紡織長絲或紗線→(加捻)→絡(luò)筒→整經(jīng)→(漿紗)→穿綜→上機(jī)→打緯→落布→檢驗(yàn)→修布→復(fù)檢→打包→坯布→后整理→鍍銀纖維交織梭織物。針織物的生產(chǎn)方式:鍍銀纖維長絲、普通紡織長絲或紗線→圓機(jī)織造→落布→檢驗(yàn)→坯布→后整理→鍍銀纖維交織針織物。
鍍銀纖維梭織物和針織物以交織織物為主,用于交織的普通纖維有滌綸、錦綸、真絲;普通紗線有棉紗、滌棉紗、莫代爾紗、竹纖維紗等[2]。
3.1.2 織物金屬化生產(chǎn)
生產(chǎn)工藝:織物粗化→敏化→活化→強(qiáng)化→化學(xué)鍍→水洗→軋樹脂→烘干→導(dǎo)電布。
將織物先進(jìn)行粗化處理,用化學(xué)方法對織物的表面進(jìn)行刻蝕,形成無數(shù)凹槽微孔,造成表面微觀粗糙,以增加基體表面積,確?;瘜W(xué)鍍所需要的“鎖扣效應(yīng)”,進(jìn)而提高鍍層與基體的結(jié)合強(qiáng)度,將粗化處理的織物置于金屬鹽水溶液中,添加還原劑,通過化學(xué)反應(yīng),使金屬離子還原成原子或分子,沉積在織物表面,形成金屬鍍膜。鍍層金屬包括鍍銅、鍍銀、鍍鎳,多元化學(xué)鍍織物性能優(yōu)于單層化學(xué)鍍織物。
濺鍍法是利用多耙磁控濺射技術(shù)對織物進(jìn)行濺鍍,直接在織物表面形成金屬鍍層。
3.2.1 鍍銀紗線織物生產(chǎn)
鍍銀紗線采用濺鍍法生產(chǎn),目前主要用于抗菌織物。生產(chǎn)工藝:紗線絡(luò)筒→整經(jīng)→漿紗→穿綜→上機(jī)→打緯→落布→檢驗(yàn)→修布→復(fù)檢→打包→坯布→后整理→成布。
3.2.2 織物金屬化生產(chǎn)
首先,對織物進(jìn)行等離子前處理,改變織物的表面形態(tài),除去基布表面的污物與異物,同時對基布表面產(chǎn)生侵入粗化作用,極大地提高了基布與金屬間的結(jié)合力,確保鍍膜致密、均勻,提高屏蔽效能。其次,對織物進(jìn)行濺鍍,直接在織物表面形成金屬化結(jié)構(gòu)。方法如下:電子在電場作用下加速飛向基底材料的過程中,與氬原子發(fā)生碰撞,電離出大量的氬離子和電子。氬離子在電場的作用下,加速轟擊靶材,濺射出大量的靶材原料,包括銀、鎳、銅等,呈中性的靶原子或分子沉積在基體材料上形成金屬鍍膜。
在真空環(huán)境下,任何一種金屬或非金屬的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)都比在大氣壓下要低得多。在真空和高溫環(huán)境中,金屬熔化、蒸發(fā),加上真空環(huán)境中殘留的氣體分子極少,金屬的氧化程度和分子之間的碰撞都非常小,當(dāng)被熔化的金屬溫度升至沸點(diǎn)時,金屬便大量地蒸發(fā)并向周圍飛濺,飛濺的金屬分子遇到織物表面就會被吸收沉積,并凝結(jié)成膜,最終形成金屬鍍膜。
電鍍是在金屬鹽的水溶液中,將欲鍍的金屬作陽極、織物作陰極,通上直流電,在織物表面沉積金屬的鍍覆方法。
復(fù)合鍍層法是由化學(xué)鍍與電鍍結(jié)合、真空鍍與電鍍結(jié)合、多耙磁控濺射鍍再復(fù)合鍍等。
目前,工業(yè)上常用的生產(chǎn)方法有化學(xué)鍍、濺鍍、電鍍和復(fù)合鍍。
金屬纖維混紡織物目前應(yīng)用最為廣泛,其生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)在于紡紗工藝。
(1)原棉→開清棉聯(lián)合機(jī)→梳棉機(jī)→(棉條);(2)滌綸→開清棉聯(lián)合機(jī)→梳棉機(jī)→(滌綸條);(3)棉條、滌綸條、不銹鋼纖維牽切條→頭道混并→二道混并→三道混并→粗紗→細(xì)紗→絡(luò)筒→不銹鋼纖維混紡紗。
紗線品種包括滌/棉/不銹鋼纖維紗、滌/不銹鋼纖維紗、棉/不銹鋼纖維紗、莫代爾/不銹鋼纖維紗、竹纖維/不銹鋼纖維紗等。不銹鋼纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在15%~30%,根據(jù)需要,也可以適當(dāng)選擇。常用的不銹鋼纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)有15%、20%、25%、28%、30%。不銹鋼纖維直徑為4~12 μm,服裝用不銹鋼纖維直徑為6~8 μm。
4.2.1 梭織物(匹染產(chǎn)品)的生產(chǎn)工藝
(1)織造:不銹鋼纖維混紡紗(及/或普通紡織紗線)→絡(luò)筒→整經(jīng)→漿紗→穿綜→上機(jī)→打緯→落布→檢驗(yàn)→修布→復(fù)檢→打包→坯布。
(2)染色:翻布→縫頭→燒毛→退漿→煮練→絲光→清洗→預(yù)定型→染色→烘干→柔軟定型→檢驗(yàn)→成卷→成布。
4.2.2 針織物的生產(chǎn)工藝
(1)不銹鋼纖維混紡紗(及/或普通紡織紗線)→絡(luò)筒→圓機(jī)織造→落布→檢驗(yàn)→染色→后整理→成布。
不銹鋼纖維混紡織物可以是全織織物,也可以是交織織物。交織的普通紗線有棉紗、滌棉紗、莫代爾紗、竹纖維紗等。
基質(zhì)材料為腈綸短纖維、腈綸紗線、滌/腈紗線。利用聚丙烯腈大分子上氰基(—CN)的化學(xué)活性,與過渡金屬離子配位,發(fā)生螯合作用形成螯合物。導(dǎo)電腈綸紗的導(dǎo)電成分為Cu9S5,這是一種具有P型半導(dǎo)體性質(zhì)的導(dǎo)電成分。腈綸短纖維純紡或混紡成紗線,采用這些紗線織成梭織物或者針織物,全織與交織皆可。織物生產(chǎn)工藝同金屬纖維混紡織物。
隨著電子工業(yè)的迅速發(fā)展、科技的進(jìn)步以及人們生活水平的提高和環(huán)保意識的增強(qiáng),電磁屏蔽織物的需求量必將持續(xù)增加,30年的發(fā)展充分證明了這一點(diǎn)。21世紀(jì)是計算機(jī)、手機(jī)、微波技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速發(fā)展的時期,更是電磁輻射污染嚴(yán)重的時代。因此,進(jìn)一步研究和開發(fā)新型防電磁波輻射織物、適應(yīng)飛速發(fā)展的電氣時代的需求,具有良好的社會意義和應(yīng)用前景。
對于不同的特種工業(yè)電磁輻射環(huán)境,開發(fā)相應(yīng)的多功能電磁屏蔽織物極為重要。主要包括以下方面:(1)用于軍用偽裝網(wǎng)、屏蔽炮衣、軍用帳篷、雷達(dá)兵防護(hù)服等軍需用品,可結(jié)合迷彩隱身和雷達(dá)隱身功能開發(fā)新品面料;(2)用于野外作業(yè)防輻射工作服,可結(jié)合防水透濕、防風(fēng)耐寒、防紫外線功能開發(fā)新品面料;(3)用于發(fā)電廠、高壓輸送線路、消防、冶金、鋼鐵、焊接等特種場所的工作服,可結(jié)合耐高溫、阻燃、隔熱功能開發(fā)新品面料;(4)用于電子元器件生產(chǎn)檢測、計算機(jī)房、通信發(fā)射系統(tǒng)等高純度環(huán)境要求下的工作服,可結(jié)合高密度無塵服的要求開發(fā)新品面料;(5)用于阻擋手機(jī)、電腦以及其他家用電器的電磁波輻射的民用防輻射服,可結(jié)合柔軟、透氣、抗菌、涼爽、保潔及美觀大方等服裝要求來開發(fā)新品面料??傊雷o(hù)服必須朝多功能化、復(fù)合化、系統(tǒng)化方向發(fā)展。
廣播站、電視塔、通信臺站、高壓電線、變電所及雷達(dá)試驗(yàn)基地附近的居民(特別是孕婦、兒童等敏感人群),除了需要穿著防電磁波輻射的服裝外,還應(yīng)考慮加設(shè)防電磁波輻射窗簾,尤其是戴心臟起搏器的人員以及有金屬移植件的人員,都應(yīng)長期穿著防電磁波輻射服裝。
目前,市場上的電磁屏蔽織物有3類:金屬化織物(鍍銅、鎳、銀等)、金屬纖維織物(主要為不銹鋼纖維混紡織物)、螯合型腈綸基銅離子織物,這3種類型的電磁屏蔽織物具有極高的導(dǎo)電性、良好的電磁屏蔽功能和優(yōu)良的抗菌性能。但這些防電磁波輻射的織物多為反射型(螯合型腈綸基銅離子織物是吸收型),易產(chǎn)生二次污染。因此,利用納米吸波材料,兼具導(dǎo)電導(dǎo)磁功能,開發(fā)高吸收型防電磁波輻射織物是發(fā)展方向。目前,電磁屏蔽新產(chǎn)品材料包括碳纖維連續(xù)鍍鎳生產(chǎn)工藝及復(fù)合材料、陶瓷電鍍銅鎳的不燃導(dǎo)電屏蔽布,這些都可工業(yè)化生產(chǎn)。
此外,要想提高織物的內(nèi)在質(zhì)量,需解決不銹鋼混紡織物刺癢、布面纖維屑和鍍銀纖維織物易氧化變色等問題,開發(fā)出更多更好的面料及服飾,開拓市場,加強(qiáng)服裝款式之間的配合和服裝的包裹性[3],消除駐波現(xiàn)象,然后加強(qiáng)宣傳,引領(lǐng)市場,帶動電磁屏蔽織物的銷量穩(wěn)步提升。通過加強(qiáng)防電磁波輻射行業(yè)協(xié)會的引領(lǐng)作用和防電磁波輻射標(biāo)準(zhǔn)委員會對織物及其服裝的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化,促進(jìn)防電磁波輻射行業(yè)的發(fā)展,推廣研究成果并開發(fā)新市場,發(fā)展前景良好。