何衛(wèi)星，陳天宇，張仁樂，周建平

（1.江蘇省紡織研究所股份有限公司，江蘇 無錫 214024；2.江南大學(xué)，江蘇 無錫 214000）

隨著各種電子設(shè)備和通信技術(shù)如雨后春筍般涌現(xiàn)，人類生存背景下的電磁環(huán)境變得日益復(fù)雜。當(dāng)人體暴露在電磁環(huán)境下時(shí)，受到電磁輻射的作用，人體組織發(fā)生病變。為保障人們的健康安全，有必要對(duì)自然源和人為源引起的電磁輻射進(jìn)行抑制。電磁屏蔽織物作為個(gè)體防護(hù)的重要手段之一，目前仍存在服用性能差或電磁屏蔽性能低下等問題，離兼顧健康安全和穿著舒適的目標(biāo)仍存在一定差距。在此背景下，為響應(yīng)市場需求、為電磁屏蔽織物的開發(fā)提供一定參考，本研究開發(fā)出一款電磁屏蔽防護(hù)面料[1-2]。

1 電磁屏蔽織物組織與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

服用電磁屏蔽織物應(yīng)在具備良好電磁屏蔽性能的基礎(chǔ)上，具有穿著舒適、耐磨等優(yōu)點(diǎn)。這對(duì)纖維原料選擇、紗線結(jié)構(gòu)和織物結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)均提出了相應(yīng)的要求。鑒于此，本研究設(shè)計(jì)開發(fā)了一款服用電磁屏蔽織物。這是一種接結(jié)經(jīng)接結(jié)雙層織物，表里基礎(chǔ)組織均使用平紋，上下層經(jīng)緯紗采用金屬導(dǎo)電紗與純棉紗1∶1間隔排列，形成導(dǎo)電網(wǎng)格，接結(jié)經(jīng)則全部選用純棉紗，賦予織物厚實(shí)的手感和較好的保暖性能，可用于生產(chǎn)春秋季外衣[3-4]。

2 紗線設(shè)計(jì)

2.1 原料選擇

服用電磁屏蔽織物對(duì)電磁屏蔽性能和服用性能均提出了相應(yīng)的要求。因此，本次設(shè)計(jì)采用金屬導(dǎo)電紗與普通紗線相互配合。金屬導(dǎo)電紗在經(jīng)緯向相互交織形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，使織物具有良好的導(dǎo)電性，賦予織物電磁屏蔽性能；普通紗線則利用本身的特性，如柔軟的手感和出色的吸濕性，為織物提供良好的服用性能。

（1）金屬導(dǎo)電紗。目前，用于金屬導(dǎo)電混紡紗生產(chǎn)的導(dǎo)電纖維主要有不銹鋼纖維、銅纖維、鎳?yán)w維以及銀纖維。其中，不銹鋼纖維生產(chǎn)工藝成熟，是目前應(yīng)用最多的一種屏蔽纖維。通過綜合考慮，本設(shè)計(jì)選用不銹鋼長絲賦予紗線良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性。但是，單一金屬絲由于細(xì)度小、無法染色等問題而無法直接用于織造，因此選擇與棉纖維進(jìn)行混紡，在保證紗線具有良好導(dǎo)電性的同時(shí)，提高了紗線的可織性以及所制得織物的服用性能。

經(jīng)過綜合考慮，本設(shè)計(jì)選用賽洛菲爾紡紗技術(shù)用于電磁屏蔽織物的織造（圖1）。賽洛菲爾紗具有生產(chǎn)工序短、效率高等優(yōu)點(diǎn)，可充分利用不銹鋼長絲和棉纖維的性能，同時(shí)體現(xiàn)出導(dǎo)電性和良好的服用性能。

圖1 賽洛菲爾紡紗示意

（2）普通紗線。選擇普通紗線的目的在于為織物提供良好的服用性能。本設(shè)計(jì)選擇純棉紗配合金屬導(dǎo)電紗進(jìn)行織造；選擇純棉紗作為另一種紗線，使織物在染色過程中能選用同種染料進(jìn)行染色并獲得相同的染色效果[5]。

2.2 紗線規(guī)格選擇

本設(shè)計(jì)開發(fā)的電磁屏蔽織物主要用作春秋季外衣面料，一方面要求織物具有較好的透氣透濕性和耐磨性，不宜過于厚重；另一方面需保證織物具有良好的電磁屏蔽性能，不銹鋼長絲在織物中所占比例不宜過低。經(jīng)過綜合考慮，本設(shè)計(jì)使用的兩種紗線規(guī)格如表1所示。

表1 織物紗線規(guī)格

3 電磁屏蔽織物生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì)

電磁屏蔽織物生產(chǎn)工藝流程如圖2所示。

圖2 生產(chǎn)工藝流程

4 工藝參數(shù)選擇

4.1 整經(jīng)工序

整經(jīng)是十分重要的織前準(zhǔn)備工序，整經(jīng)質(zhì)量的好壞直接影響織機(jī)的織造生產(chǎn)效率及織物的質(zhì)量；對(duì)于需要上漿的經(jīng)紗，還會(huì)影響漿紗工序的順利進(jìn)行。

整經(jīng)工序應(yīng)力求做到片紗張力、紗線排列和卷繞密度三均勻，并盡可能保持經(jīng)紗的強(qiáng)力和彈性等力學(xué)性能。因此，相關(guān)人員在生產(chǎn)過程中需要依據(jù)原料特征和生產(chǎn)要求，合理選擇整經(jīng)張力和整經(jīng)機(jī)車速，避免張力過大或過小引起紗線質(zhì)量惡化或經(jīng)軸成形不良等問題。

具體整經(jīng)工藝參數(shù)如表2所示。

表2 GA124H型高速整經(jīng)機(jī)工藝參數(shù)

4.2 漿紗工序

本款織物采用兩種不同的紗線進(jìn)行織造。由于紗線性質(zhì)與織物結(jié)構(gòu)存在差異，對(duì)兩者也提出了不同的上漿要求。

4.2.1 漿料選擇

合理的漿料配方是保證漿紗質(zhì)量的基本條件。漿料配方的選擇應(yīng)綜合考慮經(jīng)紗的物理機(jī)械性能與上漿要求，通過黏著劑和各種助劑的配合使用，揚(yáng)長避短，最終取得理想的綜合效果?？紤]到聚乙烯醇（PVA）漿料形成的漿膜具有柔韌耐磨等優(yōu)點(diǎn)，且大分子表面含有大量羥基官能團(tuán)，根據(jù)“相似相容”原理，與棉纖維具有較好的親和力，能很好地滿足金屬導(dǎo)電紗的上漿要求，因此可作為主漿料使用。

純棉紗的線密度較小、強(qiáng)力較低，上漿時(shí)要兼顧浸透增強(qiáng)和被覆，上漿的主要目的是貼伏毛羽和提高紗線的柔韌性，因此采用高壓上漿工藝。

關(guān)于上漿率的選擇，從原理出發(fā)考慮，高上漿率能加強(qiáng)浸透，提高紗線的強(qiáng)力；低上漿率則側(cè)重對(duì)紗線的被覆，強(qiáng)化耐磨性、貼伏毛羽。本設(shè)計(jì)從織物結(jié)構(gòu)與紗線原料兩方面選擇上漿率。

4.2.2 漿紗分絞

在純棉紗和金屬導(dǎo)電紗的織造過程中，由于兩種紗線具有相同的顏色，在穿經(jīng)時(shí)工人若不加以仔細(xì)區(qū)分，很難分辨出兩種紗線的不同，從而導(dǎo)致穿經(jīng)或接頭出現(xiàn)錯(cuò)誤，造成生產(chǎn)效率下降和織物品質(zhì)降低。因此，在漿紗過程中將金屬導(dǎo)電紗穿入長眼筘眼，而將純棉紗穿入封點(diǎn)筘眼，通過分絞筘的上下移動(dòng)使紗線分層，在兩層紗線中放入分絞線，以保證穿筘時(shí)紗線順序正確。

4.2.3 漿紗工藝參數(shù)

制定合理的上漿工藝是穩(wěn)定漿紗上漿率的前提。上漿工藝參數(shù)的設(shè)置與漿紗質(zhì)量密切相關(guān)，并直接影響織造效果。上漿工藝參數(shù)的制定需要在綜合考慮纖維原料、織造難度、上漿要求等因素的基礎(chǔ)上，合理選擇漿紗車速、漿液濃度和溫度、壓漿輥壓力、浸漿長度等參數(shù)，從而獲得預(yù)期的上漿效果。

4.3 織造工序

上機(jī)工藝參數(shù)的選擇在很大程度上決定了織機(jī)生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量的高低，合理選擇上機(jī)工藝參數(shù)不僅能提高織機(jī)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，還能降低劍頭、劍帶等機(jī)物料的消耗，達(dá)到降低生產(chǎn)成本的目的。

5 電磁屏蔽性能

5.1 電磁屏蔽織物屏蔽機(jī)理

電磁屏蔽即利用屏蔽材料對(duì)電磁波的反射、吸收和引導(dǎo)作用，使之不能進(jìn)入屏蔽區(qū)域，從而減弱電磁波對(duì)電子設(shè)備和人員的輻射作用[6-7]。屏蔽材料通常通過3種途徑減弱電磁波，如圖3所示。

圖3 生產(chǎn)工藝流程

5.2 織物電磁屏蔽性能測試

5.2.1 試驗(yàn)樣品

本次試驗(yàn)對(duì)上文設(shè)計(jì)的兩款織物進(jìn)行測試，試驗(yàn)織物規(guī)格如表3所示。

表3 試驗(yàn)織物規(guī)格

5.2.2 測試方法、試驗(yàn)結(jié)果與分析

電磁屏蔽性能依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ASTM D4935-18《平面材料的電磁屏蔽效果測量的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方案》，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 織物電磁屏蔽性能

由織物的測試曲線可知，織物在測試頻段內(nèi)的屏蔽效能有一定的變化，在整個(gè)頻段內(nèi)的屏蔽效能均高于45 dB，尤其在較高頻段下織物的屏蔽效能可超過60 dB，達(dá)到了屏蔽材料的良好級(jí)要求，能很好地滿足服用電磁屏蔽織物的要求。不同織物的屏蔽效能與屏蔽效果關(guān)系如表4所示。

表4 不同屏蔽效能下織物的電磁屏蔽效果

在此基礎(chǔ)上，結(jié)合電磁屏蔽原理對(duì)其原因進(jìn)行分析：該織物為雙層織物，厚度較大，增加了織物的吸收損耗。由于織物的孔隙均遠(yuǎn)小于測試頻段最短波長的1/100，對(duì)織物電磁屏蔽性能的影響較小，可不予考慮。在上述原因的共同作用下，織物的電磁屏蔽效能呈現(xiàn)某些頻段提高、某些頻段降低的規(guī)律。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，可以依據(jù)頻段要求，對(duì)組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，在不增加金屬導(dǎo)電紗使用量的前提下，提高織物的電磁屏蔽性能。

6 結(jié)論與展望

6.1 結(jié)論

本設(shè)計(jì)以市場提出的服用電磁屏蔽防護(hù)面料設(shè)計(jì)需求為導(dǎo)向，結(jié)合理論與實(shí)際，主要完成了以下任務(wù)：

（1）通過查閱文獻(xiàn)與市場調(diào)研，對(duì)目前電磁屏蔽織物的生產(chǎn)方法進(jìn)行了總結(jié)與對(duì)比，發(fā)現(xiàn)金屬纖維混紡織物本身具有較好的電磁屏蔽性能，因此選擇該方法用于本次服用電磁屏蔽織物的生產(chǎn)；使用金屬導(dǎo)電紗代替常用的混紡紗和包芯紗，在降低織物織造難度的同時(shí)保證了織物的導(dǎo)電性能和服用性能。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)織物用途和屏蔽效能要求，對(duì)織物組織結(jié)構(gòu)和紗線排列進(jìn)行了設(shè)計(jì)。最終本款織物選擇接結(jié)經(jīng)接結(jié)組織，采用嵌織金屬導(dǎo)電紗的方式，通過經(jīng)緯密度的配合，得到了方形網(wǎng)孔，保證了織物對(duì)各個(gè)方向電磁輻射的屏蔽性能。

（2）依照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的試驗(yàn)方法對(duì)織物的電磁屏蔽性能進(jìn)行了測試。結(jié)果表明，織物具有較好的電磁屏蔽性能，在0.3～3 000.0 MHz頻段內(nèi)的屏蔽效能均高于45 dB，很好地滿足了服用電磁屏蔽織物的要求。

6.2 不足與展望

在本次有關(guān)服用電磁屏蔽防護(hù)面料的設(shè)計(jì)過程中，仍存在一些需要改進(jìn)的問題。一方面，在設(shè)計(jì)過程中對(duì)工藝參數(shù)的確定缺乏實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，需要進(jìn)行上機(jī)試驗(yàn)才能確定最合理的工藝參數(shù)；另一方面，從織物的屏蔽效能測試曲線可以發(fā)現(xiàn)，織物在低頻段下的屏蔽效能較低，影響了織物整體的屏蔽性能。因此，需要進(jìn)一步通過原料選配或結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提升織物在低頻段下的電磁屏蔽性能。