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        舒適型電磁屏蔽織物的性能測(cè)試

        2023-01-31 05:40:08蔡普寧樊爭(zhēng)科任碧孔
        棉紡織技術(shù) 2023年1期
        關(guān)鍵詞:鍍銀舒適性雙層

        侯 琳 蔡普寧 樊爭(zhēng)科 劉 琳 任碧孔

        (陜西省紡織科學(xué)研究院有限公司,陜西西安,710038)

        隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,各種電氣設(shè)備的廣泛使用,導(dǎo)致電磁環(huán)境日益惡化,已經(jīng)直接威脅到了人類的健康[1]。電磁輻射易引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)的機(jī)能障礙和以交感神經(jīng)疲乏、緊張為主的植物神經(jīng)緊張失調(diào),主要癥狀表現(xiàn)為記憶力減退、食欲不振、多汗等癥狀,此外,還會(huì)出現(xiàn)心動(dòng)過緩及心律不齊等現(xiàn)象[2]。研究表明在通訊基站、醫(yī)療檢測(cè)、動(dòng)車地鐵、高壓變電站等區(qū)域的輻射環(huán)境超過GB 8702—2014《電磁環(huán)境控制限值》的規(guī)定[3-4]。對(duì)軀干防護(hù)而言,穿戴具有電磁屏蔽功能的織物較為便利高效。現(xiàn)有的電磁屏蔽織物多采用涂層整理、金屬纖維混紡或鍍金屬層等方式制成[5-8],采用涂層整理或?qū)⒖椢锝饘倩_發(fā)的電磁屏蔽織物功能持久性差,經(jīng)多次洗滌或穿著摩擦后易造成電磁屏蔽單元結(jié)構(gòu)損壞,使得屏蔽效能大幅下降[9];采用金屬纖維混紡的電磁屏蔽織物雖然具有良好的電磁屏蔽效果,但是金屬纖維彈性差易折斷、抱合力弱,與其他纖維混紡時(shí)紗線紡制難度大,高比例的金屬纖維含量導(dǎo)致織物悶熱、不透氣,服用舒適性差[10]。此外,金屬纖維混紡的電磁屏蔽織物在生產(chǎn)加工和穿著服用時(shí),金屬纖維與人直接接觸會(huì)造成刺癢感或皮膚過敏[11-13],目前的電磁屏蔽織物結(jié)構(gòu)致密難以兼顧其舒適性。

        本研究通過紗線幾何結(jié)構(gòu)與織物組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),試織了一系列不同織物規(guī)格的試織樣,對(duì)試織樣的舒適性和屏蔽效能進(jìn)行測(cè)試分析,為舒適型電磁屏蔽織物的開發(fā)提供技術(shù)參考。

        1 試驗(yàn)部分

        1.1 試驗(yàn)材料

        芯絲:44.4 dtex鍍銀錦綸長(zhǎng)絲,斷裂強(qiáng)度23.8 cN/tex,鍍層厚度0.3 μm;77.7 dtex鍍銀錦綸長(zhǎng)絲,斷裂強(qiáng)度24.3 cN/tex,鍍層厚度0.5 μm。

        外包纖維:長(zhǎng)絨棉規(guī)格38.0 mm;滌綸規(guī)格1.6 dtex×38.0 mm,單纖維斷裂強(qiáng)度4.5 cN/dtex。

        1.2 樣品的制備

        1.2.1 紗線的紡制

        紡制了外包纖維為棉/滌綸 60/40,紗線號(hào)數(shù)分別為18.5 tex和36.9 tex的包芯紗。為了提升其包覆效果和成紗質(zhì)量,紡紗方式選用賽絡(luò)紡[14],兩種規(guī)格包芯紗的指標(biāo)如下。

        紗線18.5 tex紗36.9 tex紗

        斷裂強(qiáng)度 /(cN·tex-1)22.923.6

        斷裂伸長(zhǎng)率/%12.413.6

        條干CV/%7.978.21

        3 mm毛羽 /(根·m-1)3.223.86

        可見,將鍍銀錦綸長(zhǎng)絲紡制成包芯紗后,紗線的斷裂強(qiáng)度均低于芯紗長(zhǎng)絲的斷裂強(qiáng)度。原因一是選用的鍍銀錦綸長(zhǎng)絲在包芯紗紗體中質(zhì)量比低于25%,在紗線斷裂過程中強(qiáng)力貢獻(xiàn)值較低;原因二是鍍銀錦綸長(zhǎng)絲的表面光滑,與外包纖維間的抱合程度下降,強(qiáng)力利用系數(shù)偏低,導(dǎo)致包芯紗的整體斷裂強(qiáng)度下降。同時(shí),由于包芯紗特殊的結(jié)構(gòu)形式,導(dǎo)致紗線的毛羽較多,因此在后續(xù)漿紗和織造加工過程中須采用合理的工藝和技術(shù)措施,將對(duì)紗線毛羽的不利影響降到最低。

        1.2.2 電磁屏蔽織物的制備

        采用上述兩種規(guī)格的包芯紗分別制備兩組共10款不同織物組織結(jié)構(gòu)的織物,兩組織物的基本參數(shù)見表1。其中樣品1~樣品5為第1組,其單位面積質(zhì)量均為140.0 g/㎡;樣品6~樣品10為第2組,其單位面積質(zhì)量均為200.0 g/㎡。

        1.3 織物性能的測(cè)試方法

        觸感測(cè)試。為了客觀地反映織物的舒適性,采用錫萊亞太拉斯有限公司生產(chǎn)的FTT型織物觸感測(cè)試儀測(cè)試,分析對(duì)比織物的彎曲性能、壓縮性能和導(dǎo)熱性能。將織物的外表面設(shè)定為正面,每個(gè)試樣正面測(cè)試5次,取其平均值。

        厚度測(cè)試。采用YG141N型數(shù)字式織物厚度儀,按照GB/T 3820—1997《紡織品和紡織制品厚度的測(cè)定》進(jìn)行測(cè)試。

        透氣性測(cè)試。采用YG461E型數(shù)字式織物透氣量?jī)x,依據(jù)GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測(cè)定》進(jìn)行表征。

        電磁屏蔽效能測(cè)試。參照GB/T 33615—2017《服裝 電磁屏蔽效能測(cè)試方法》,采用法蘭同軸法,使用Agilent N5232A型矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試織物頻率在30 MHz~3 030 MHz范圍內(nèi)的屏蔽效能,測(cè)試時(shí)為了保證數(shù)據(jù)的精確度,對(duì)每塊樣布選取5個(gè)不同的位置各測(cè)試10次,參照文獻(xiàn)[15],以上述頻段內(nèi)屏蔽效能的最小值作為電磁屏蔽織物的屏蔽效能值。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 織物舒適性分析

        織物的舒適性是穿著者在生理、心理和環(huán)境等因素的影響下,對(duì)織物穿著后的一個(gè)多維的綜合反映[16]??椢锏氖孢m性包括濕熱舒適性和觸感舒適性兩個(gè)方面,國(guó)內(nèi)外對(duì)織物的濕熱舒適性的研究較多,而對(duì)觸感舒適性鮮有報(bào)道[17]??椢餄駸崾孢m性主要表現(xiàn)為織物透濕透氣和保溫導(dǎo)濕的能力,衡量織物觸感的指標(biāo)有光滑程度、柔軟性和冷熱感等。

        為了客觀評(píng)價(jià)織物的舒適性,對(duì)表1所述的10款織物的舒適性指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試,并與對(duì)比樣進(jìn)行對(duì)比,對(duì)比樣為舒適性優(yōu)的雙層織物,其規(guī)格為

        JC/T 60/40 18.5×JC/T 60/40 18.5 519.5×472.5,表里層經(jīng)緯紗排列比為1∶1,單位面積質(zhì)量200.0 g/㎡,測(cè)試結(jié)果對(duì)比見表2。其中,彎曲性能BAR值可以直觀反饋織物的剛性與柔軟性,BAR值越小,織物柔軟性越好;壓縮性能通過測(cè)試織物壓縮后恢復(fù)的程度CRR值來表征。

        由表2第1組(單位面積質(zhì)量140.0 g/㎡)和第2組(單位面積質(zhì)量200.0 g/㎡)舒適性數(shù)據(jù)對(duì)比可知,單位面積質(zhì)量越大,BAR值越大,織物柔性越差,而壓縮性能、熱導(dǎo)量、厚度和透氣性數(shù)值越大。在5種不同組織結(jié)構(gòu)織物中,平紋織物的BAR值最大,雙層織物的BAR值最小,可見平紋織物的剛性大,織物的活絡(luò)程度小,相反雙層織物柔軟、手感好。隨著織物組織結(jié)構(gòu)從平紋、斜紋、緞紋、經(jīng)二重和雙層結(jié)構(gòu)的變化,厚度、CRR值、透氣率等值越來越大。這主要是不同組織結(jié)構(gòu)的織物緊度等參數(shù)不同導(dǎo)致的;當(dāng)織物的組織結(jié)構(gòu)從平紋變換到斜紋再變換到緞紋時(shí),織物紗線間的孔隙越來越大,導(dǎo)致織物厚度變大,壓縮后回復(fù)程度變大,透氣性變好。同時(shí),雙層織物相較于經(jīng)二重織物多了一層緯紗系統(tǒng),織物更蓬松,故雙層結(jié)構(gòu)織物的厚度、CRR值最大,透氣性能最優(yōu)??梢妼?duì)于電磁屏蔽織物而言,雙層織物的舒適性綜合性能最優(yōu)。通過數(shù)據(jù)對(duì)比可知,對(duì)比樣的舒適性指標(biāo)略優(yōu)于電磁屏蔽雙層織物,本研究開發(fā)的舒適性電磁屏蔽織物與常規(guī)的滌棉產(chǎn)品具有相近的舒適性。

        表2 織物舒適性測(cè)試結(jié)果

        2.2 屏蔽性能影響因素分析

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

        第1組(單位面積質(zhì)量140.0 g/㎡)和第2組(單位面積質(zhì)量200.0 g/㎡)織物的電磁屏蔽效能測(cè)試結(jié)果分別見圖1和圖2。

        圖1 第1組織物電磁屏蔽效能

        圖2 第2組織物電磁屏蔽效能

        10款織物電磁屏蔽效能最小的為32.37 dB,可滿足GB/T 23326—2009《不銹鋼纖維與棉滌混紡電磁波屏蔽本色布》中對(duì)于電磁屏蔽效能值大于20.00 dB的要求。

        包芯紗的外包纖維是滌綸和棉纖維,故在分析時(shí)忽略其對(duì)織物電磁屏蔽效能的影響。由圖1和圖2可知,隨著頻率的增加,織物的電磁屏蔽效能呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。根據(jù)文獻(xiàn)[18],當(dāng)電磁波頻率較小即低頻波段時(shí),電磁屏蔽以反射為主,當(dāng)電磁波頻率較大即高頻波段時(shí),電磁屏蔽以吸收為主。本研究采用的鍍銀材料是以反射電磁波為主發(fā)揮電磁屏蔽效能,故在低頻波段時(shí)反射衰減明顯,低頻段屏蔽效能值較大;隨著頻率的增大,其反射衰減下降,使得電磁屏蔽效能整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

        當(dāng)單位面積質(zhì)量相同時(shí),5種織物組織結(jié)構(gòu)中,經(jīng)二重織物的電磁屏蔽效能最優(yōu),雙層織物次之,平紋優(yōu)于斜紋,緞紋織物的電磁屏蔽效能最差。其主要原因是不同的織物組織結(jié)構(gòu)形成了不同的網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)。平紋織物的浮線最短、交織次數(shù)最多、結(jié)構(gòu)也最緊密,形成的孔洞、縫隙最少,透氣性差,雖然其厚度小,但是致密的結(jié)構(gòu)能反射更多的電磁波,因此屏蔽效果最好;緞紋組織織物的浮線最長(zhǎng)、交織次數(shù)最少、結(jié)構(gòu)最疏松,形成孔洞、縫隙最多,透氣性能好,故屏蔽效果也最差;斜紋組織介于二者之間。經(jīng)二重織物與雙層織物其電磁屏蔽效能優(yōu)于平紋織物,其原因在于經(jīng)二重織物和雙層織物均具有雙層效應(yīng)。本研究采用的是鍍銀長(zhǎng)絲,按照文獻(xiàn)[19]提供的計(jì)算公式可知,在30 MHz~1 500 MHz頻率范圍內(nèi),趨膚深度δ銀為1.66 μm,在1 500 MHz~3 030 MHz頻率范圍內(nèi),趨膚深度δ銀為1.17 μm。當(dāng)織物的厚度大于趨膚深度δ時(shí),電磁波可穿透表層織物而進(jìn)入里表層的間隙,同時(shí)在雙層織物間隔處發(fā)生多次反射導(dǎo)致更多衰減,可以形成雙層電磁屏蔽效應(yīng),屏蔽效能更優(yōu)異[20]。經(jīng)二重織物電磁屏蔽效能較雙層織物更好,其主要原因是經(jīng)二重形成的織物表經(jīng)與里經(jīng)僅有一層緯紗聯(lián)結(jié),其結(jié)構(gòu)更致密,從兩種織物的透氣性對(duì)比也能側(cè)面反映出經(jīng)二重織物屏蔽層排列更致密,故經(jīng)二重織物的屏蔽效能優(yōu)于雙層織物。

        2.2.2 染整加工對(duì)電磁屏蔽效能的影響

        為了提升織物的白度和光澤,研究了漂白和絲光等染色前處理工序?qū)﹄姶牌帘涡艿挠绊懸?guī)律。將電磁屏蔽效能最優(yōu)的經(jīng)二重織物樣品9經(jīng)酶退漿處理后分成4個(gè)部分采用不同的染整工藝進(jìn)行加工。第1部分的織物不采取任何處理作為對(duì)比樣記為織物Ⅰ;第2部分的織物采用兩浴法直接染色記為織物Ⅱ;第3部分織物經(jīng)燒堿絲光處理后采用兩浴法染色記為織物Ⅲ;第4部分織物使用雙氧水漂白后采用兩浴法染色記為織物Ⅳ。上述染色的工藝參數(shù)為:一浴為分散染料染色,分散紅染料,染料濃度0.5%(omf),醋酸5 g/L,染色溫度130 ℃,染色時(shí)間60 min,浴比1∶10;二浴為活性染料染色,活性紅染料,染料濃度0.5%(omf),硫酸鈉40 g/L,碳酸鈉15 g/L,染色溫度60 ℃,染色時(shí)間90 min,浴比1∶10??椢铫瘛⒖椢铫?、織物Ⅲ、織物Ⅳ的電磁屏蔽效能測(cè)試結(jié)果見圖3。

        圖3 染整加工對(duì)電磁屏蔽效能的影響

        由圖3可知,織物的電磁屏蔽效能隨著頻率的增加呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。對(duì)比織物Ⅰ與織物Ⅱ的電磁屏蔽效能,可以看出染色對(duì)織物的電磁屏蔽效能影響較小,經(jīng)染色后電磁屏蔽效能下降1.54 dB。這是由于染色時(shí)使用的醋酸是弱酸,鍍銀層是不活潑金屬,二者幾乎不發(fā)生反應(yīng),故織物屏蔽效能下降不明顯。對(duì)比織物Ⅱ、織物Ⅲ的屏蔽效能,當(dāng)織物采用氫氧化鈉絲光時(shí),屏蔽效能下降2.41 dB,這是由于絲光使用的氫氧化鈉溶液易與銀反應(yīng)生成的絡(luò)合物離子Ag(OH)2-造成銀層流失,導(dǎo)致屏蔽效能下降。對(duì)比織物Ⅱ、織物Ⅳ的屏蔽效能可知,織物采用雙氧水漂白后染色,其電磁屏蔽效能大幅下降,下降7.13 dB,其原因是雙氧水為強(qiáng)氧化劑,銀極易氧化,與強(qiáng)氧化劑雙氧水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成棕黃色的氧化銀,使得鍍銀層在結(jié)構(gòu)上遭到破壞,影響織物的電磁屏蔽效能。由此可見,本研究開發(fā)的電磁屏蔽織物不能采用雙氧水對(duì)其漂白處理,在絲光時(shí)也應(yīng)該嚴(yán)格控制堿的濃度,避免對(duì)織物的電磁屏蔽效能造成不利影響。

        2.2.3 水洗對(duì)電磁屏蔽效能的影響

        將2.2.2中染色加工后的織物Ⅲ(電磁屏蔽效能值為50.28 dB)按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 8629—2017《紡織品 試驗(yàn)用家庭洗滌和干燥程序》的4N方式洗滌50次后,測(cè)試其屏蔽效能值為50.32 dB,可見水洗對(duì)織物的屏蔽效能影響不大,主要原因是織物經(jīng)洗滌后,紗線排列更致密,紗線間的空隙變小,更有利于織物發(fā)揮屏蔽效能。

        3 結(jié)論

        (1)采用鍍銀長(zhǎng)絲開發(fā)的電磁屏蔽織物,其屏蔽機(jī)理以反射為主,低頻時(shí)反射衰減明顯;隨著頻率的增大,其反射衰減下降。故隨著頻率的增加,電磁屏蔽效能呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。各種織物組織結(jié)構(gòu)中,經(jīng)二重組織織物的電磁屏蔽效能最優(yōu),雙層結(jié)構(gòu)織物次之,平紋織物優(yōu)于斜紋,緞紋織物的電磁屏蔽效能最差。

        (2)在開發(fā)舒適型電磁屏蔽織物時(shí),織物組織結(jié)構(gòu)應(yīng)選用經(jīng)二重組織,該結(jié)構(gòu)的織物可兼顧舒適性和電磁屏蔽效能。

        (3)織物在后染整加工時(shí),應(yīng)避免采用雙氧水對(duì)其漂白處理,在絲光時(shí)也應(yīng)該嚴(yán)格控制堿的濃度,染色前后的電磁屏蔽效能差異不大,染色后的織物服用性能優(yōu)異,同時(shí)水洗對(duì)織物的屏蔽性能影響不大。

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