摘 要：針對面向個體防護(hù)裝備的涂層類電磁屏蔽材料存在無彈性、保形性差、不耐洗滌、舒適性差等不足，基于空心錠包纏紡紗機，以氨綸為紗芯、不銹鋼絲和棉股線為第一和第二外包覆層，紡制兼具優(yōu)良彈性和電磁屏蔽功效的棉/氨綸/不銹鋼絲包覆紗。探究氨綸預(yù)牽伸倍數(shù)對包覆紗強伸性能、回彈性能的影響，利用模糊綜合評判法優(yōu)化工藝參數(shù)，實現(xiàn)緯向彈性電磁屏蔽機織物的設(shè)計構(gòu)筑。結(jié)果表明：氨綸預(yù)牽伸倍數(shù)對包覆紗性能影響顯著。在設(shè)定范圍內(nèi)，氨綸預(yù)牽伸倍數(shù)為2.5時，包覆紗綜合質(zhì)量較優(yōu)，且在拉伸應(yīng)變下具有穩(wěn)健的導(dǎo)電特征。此外，基于包覆紗制備的緯向彈性機織物具有優(yōu)良的可拉伸性，電磁屏蔽效能與織物放置方向、拉伸應(yīng)變程度等密切相關(guān)。相關(guān)研究結(jié)果可為開發(fā)電磁屏蔽耐久性好、高度可拉伸且服用性能優(yōu)良的電磁屏蔽織物提供新思路。

關(guān)鍵詞：含不銹鋼絲彈力包覆紗；氨綸預(yù)牽伸倍數(shù)；模糊綜合評判；可拉伸電磁屏蔽織物; 屏蔽效能

中圖分類號：TS114 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：

1009-265X（2024）05-0032-09

收稿日期：20230917 網(wǎng)絡(luò)出版日期：20231122

基金項目：蕪湖市重點研發(fā)項目（2022yf59）；安徽工程大學(xué)校級科研項目（Xjky2022074）；安徽工程大學(xué)科研項目促進(jìn)紡織服裝類本科拔尖人才培養(yǎng)項目（FFBK202221， FFBK202336）

作者簡介：王勇（1987—），男，江蘇鹽城人，副教授，博士，主要從事功能復(fù)合紗構(gòu)筑及表征方面的研究。

通信作者：李長龍，E-mail：licl@ahpu.edu.cn

隨著科技的迅猛發(fā)展，電磁技術(shù)逐漸廣泛應(yīng)用于通信、國防軍工、檢測等領(lǐng)域；然而在給社會和人類帶來便利的同時，過量電磁干擾給生物體和國家安全帶來危害。電磁波污染源具有多樣性及不可避免性，高功效柔性電磁屏蔽紡織材料是控制污染、降低輻射行之有效的途徑之一，研發(fā)具有高效屏蔽耐久性且服用性能優(yōu)良的電磁屏蔽紡織材料已成為大勢所趨^[1-2]。

穿著具有電磁屏蔽功效的服裝是人們抵御輻射最常見的選擇^[3]。電磁屏蔽織物以織物作為載體，引入一定的導(dǎo)電或?qū)Т判猿煞郑ㄟ^對電磁波進(jìn)行反射、吸收及多次反射，使電磁波能量發(fā)生較大幅度衰減，從而達(dá)到電磁屏蔽的功效^[4-6]。目前，電磁屏蔽織物根據(jù)制備技術(shù)可分為兩類^[7-8]：其一，將本征導(dǎo)電金屬纖維（如不銹鋼、銀、銅等）或非金屬導(dǎo)電纖維（如碳纖維等）與常規(guī)紡織纖維混紡、并線等工序制備成紡織紗線，然后加工成織物。此類織物存在一定的缺點，如回彈性和保形性較差等，國內(nèi)外對此均有研究，例如：肖紅等^[5-6]制備了含金屬纖維的機織物，并對織物多尺度結(jié)構(gòu)等效模型及其電磁響應(yīng)機理進(jìn)行了探究；Peng等^[9]基于環(huán)錠細(xì)紗機紡制了金屬絲/莫代爾包芯紗，使用該紗線加工成機織物，并對電磁屏蔽性能進(jìn)行了測試分析；陳玉娜等^[10]指出未充滿系數(shù)是影響電磁屏蔽針織物屏蔽效能的關(guān)鍵因素之一；Li等^[11]對鍍銀織物、銅鎳復(fù)合涂層織物、不銹鋼混紡織物的屏蔽效能進(jìn)行探究，指出織物放置方式和織物折皺回復(fù)性對屏蔽效能均有較大的影響；Cheng等^[12]指出測試頻率波段、金屬含量及其排列方式等對不銹鋼纖維混紡織物的屏蔽效能有顯著影響；Tezel等^[13]指出針織物結(jié)構(gòu)、金屬絲種類及其含量、入射波段頻率等是影響織物電磁屏蔽效能的關(guān)鍵因素。其二，通過化學(xué)鍍、原位聚合、真空鍍、磁控濺射等手段將導(dǎo)電組分整理到常規(guī)織物表面制備電磁屏蔽織物^[14-19]，然而，存在導(dǎo)電組分在承受循環(huán)機械外力作用時易脫落而引起屏蔽效能的波動甚至失效、織物貼附舒適性較差等不足。目前，本征彈性電磁屏蔽織物的研究報道較少^[20-21]。

空心錠包纏紡紗技術(shù)本質(zhì)上屬于紗線再加工設(shè)計技術(shù)，通過各層原料的搭配組合，可實現(xiàn)優(yōu)勢互補，改善包覆紗綜合品質(zhì)。關(guān)鍵成紗工藝參數(shù)的調(diào)控對成紗結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計和成紗性能至關(guān)重要。本文基于空心錠包纏紡紗機，以氨綸絲為紗芯、不銹鋼絲和棉股線為第一和第二外包覆層，紡制棉/氨綸/不銹鋼絲包覆紗。重點探討了氨綸預(yù)牽伸倍數(shù)對包覆紗強伸性能、回彈性能的影響，并利用模糊綜合評判法優(yōu)化成紗工藝參數(shù)。同時，基于包覆紗構(gòu)筑一種緯向彈性電磁屏蔽機織物，并對織物的電磁屏蔽性能進(jìn)行測試分析，以期為開發(fā)設(shè)計具有持久電磁屏蔽效能、高度可拉伸且服用性能優(yōu)良的電磁屏蔽機織物提供一定的參考。

1 實驗

1.1 紡紗原料

選用氨綸（124.4 tex）、不銹鋼絲（30 μm）和棉股線（18.22 tex×2）3種原料，紡制棉/氨綸/不銹鋼絲包覆紗，原料的強伸性能曲線如圖1所示。由圖1（a）可知，氨綸絲表現(xiàn)出高度可拉伸性（≈850%）；由圖1（b）可知，不銹鋼絲從受力拉伸至約2.5%時，應(yīng)力應(yīng)變成正比。隨著拉應(yīng)變的增加，產(chǎn)生一定的塑性變形直至最終斷裂；由圖1（c）可知，棉股線具有典型的黏彈力學(xué)性質(zhì)。

1.2 棉/氨綸/不銹鋼絲覆紗的紡制

采用LB-192型全電腦成型包覆絲機紡制棉/氨綸/不銹鋼絲包覆紗，其紡紗工藝原理如圖2所示。在紡紗工藝中，芯層氨綸經(jīng)過積極喂入羅拉賦予其一定倍數(shù)的預(yù)牽伸，隨后喂入下層空心錠的中心管并從其上端引出；卷繞在下層錠管上的第一外包覆層不銹鋼絲從錠管上退繞，并與上述預(yù)牽伸氨綸復(fù)合，形成不銹鋼絲包纏氨綸的預(yù)結(jié)構(gòu)紗段，喂入上層中心管并從其上端引出；隨后，卷繞在上層錠管上的第二外包覆層棉股線從錠管上退繞，并與上述預(yù)結(jié)構(gòu)紗段復(fù)合，得到棉/氨綸/不銹鋼絲包覆紗。影響此紗力學(xué)性能的紡紗工藝參數(shù)主要有捻度配置（即包纏捻度、內(nèi)外捻度比）和氨綸預(yù)牽伸倍數(shù)等。采取單一變量原則，保持捻度配置不變（即包纏捻度1200 T/m、內(nèi)外捻度比1.0），控制錠速5000 r/min，氨綸預(yù)牽伸倍數(shù)選取2.0、2.5、3.0、3.5、4.0，紡制5種規(guī)格包覆紗。

以包纏捻度1200 T/m、內(nèi)外捻度比1.0、氨綸預(yù)牽伸倍數(shù)2.5紡制的包覆紗為例，考察其可拉伸性。由圖3可知，該包覆紗具有高度可拉伸性（最大應(yīng)變約150%）。初始狀態(tài)下包覆紗外側(cè)被棉股線均勻包覆。隨著拉伸的進(jìn)行，紗體內(nèi)部的氨綸和不銹鋼絲組分顯現(xiàn)。

將該紗作為柔性可拉伸導(dǎo)線連接到一個簡易電路中，考查其在不同拉應(yīng)變下電路中兩個串聯(lián)LED燈泡能否正常工作及其發(fā)光強度變化。包覆紗在不同拉伸應(yīng)變下的導(dǎo)電行為如圖4所示，LED燈泡能正常工作，且發(fā)光強度未見明顯變化。該包覆紗在逐步拉伸過程中的相對電阻變化較小，具有良好的電學(xué)行為穩(wěn)健性。從而證明其作為柔性可拉伸導(dǎo)線具有較好的實用性和可靠性。

1.3 含不銹鋼絲彈力包覆紗產(chǎn)品的性能評價

對不同氨綸預(yù)牽伸倍數(shù)下所紡包覆紗的強伸性和回彈性、紗線基可拉伸電磁屏蔽機織物的屏蔽效能進(jìn)行測試分析。所以測試均在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下執(zhí)行（溫度（20±2）℃，相對濕度（65±3）%）。

強伸性：參照GB/T 3916—2013《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強力和斷裂伸長率的測定（CRE法）》和FZ/T 12010—2011《棉氨綸包芯本色紗》相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。采用YG（B）021DL型電子單紗強力儀測試紗線強伸性。隔距50 mm，拉伸速度500 mm/min，預(yù)加張力0.5 cN/tex，測試10次求均值。

回彈性：采用定重法測試包覆紗的回彈性能，如圖5所示。在預(yù)加張力[（芯紗特數(shù)/牽伸倍數(shù)+第一外包纏紗特數(shù)+第二外包纏紗特數(shù)）×0.88 cN/tex]作用下截取初始紗長25 cm，標(biāo)記為l₀；以包覆紗平均斷裂強力的50%作為牽伸載荷，將其施加在紗線上，持續(xù)60 s后記錄紗長，標(biāo)記為l₁；卸去載荷使紗線恢復(fù)，停置120 s后記錄紗長，標(biāo)記為l₂。計算包覆紗的彈性伸長率ε和回復(fù)率R，具體計算詳見式（1）—（2）：

測試10次求均值。

電磁屏蔽性能：以較優(yōu)工藝參數(shù)所紡包覆紗為緯紗、棉股線為經(jīng)紗，選用2/2右斜紋組織，織制緯向彈性電磁屏蔽機織物。使用Keysight-P5004A型矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，將織物裁剪成矩形試樣，測試波段為8.2～12.4 GHz，探究其在不同放置方式（水平和垂直放置）、不同拉伸程度（0%、20%、40%）下的屏蔽效能。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氨綸預(yù)牽伸倍數(shù)對包覆紗強伸性能的影響

不同氨綸預(yù)牽伸倍數(shù)對包覆紗強伸性能的影響如圖6所示。由圖6（a）可知，包覆紗的斷裂強力隨著氨綸預(yù)牽伸倍數(shù)的增加而逐漸增加。究其原因主要為：相對于較低氨綸預(yù)牽伸倍數(shù)，較大的氨綸預(yù)牽伸倍數(shù)可使包覆紗體中芯層氨綸彈力絲發(fā)生更大的預(yù)伸長值，受拉變形時能夠承受較大的外力作用，顯著降低氨綸絲與紗體中其余兩組分的相關(guān)力學(xué)性能差異性。對成紗強力產(chǎn)生積極的貢獻(xiàn)；當(dāng)氨綸預(yù)牽伸倍數(shù)較小時，其產(chǎn)生的預(yù)伸長有限。此時包覆紗受拉時，紗體中氨綸絲的受力狀態(tài)類似于其初始階段的力學(xué)曲線形態(tài)，故對包覆紗體整體強力貢獻(xiàn)率較小。包覆紗斷裂伸長率隨著氨綸預(yù)牽伸倍數(shù)的增加而逐漸降低。當(dāng)氨綸預(yù)牽伸倍數(shù)較小時，拉伸力學(xué)曲線呈現(xiàn)經(jīng)典的多段式模式。螺旋狀包纏在芯層氨綸彈力絲上的外包纏層發(fā)生明顯的多次斷裂現(xiàn)象，導(dǎo)致拉伸載荷出現(xiàn)鋸齒形波動。伴隨著拉伸的持續(xù)進(jìn)行，氨綸絲不斷伸長直至最終斷裂，導(dǎo)致斷裂峰值出現(xiàn)驟降；而當(dāng)氨綸預(yù)牽伸倍數(shù)較大時，高度張緊的氨綸芯層和外包纏層之間的模量差異性顯著降低，導(dǎo)致包覆紗各層幾乎同時斷裂，相關(guān)結(jié)果如圖6（b）所示。因此，包覆紗斷裂伸長率與氨綸預(yù)牽伸倍數(shù)負(fù)相關(guān)。并且，隨著氨綸預(yù)牽伸倍數(shù)的增加，包覆紗受拉發(fā)生不同時斷裂的概率逐漸降低。

由圖6（c）可知，不同氨綸預(yù)牽伸倍數(shù)下包覆紗斷裂強力中位數(shù)值逐漸上升。在一定牽伸范圍內(nèi)（2.0～3.0），強力上升速率隨牽伸倍數(shù)的增大而緩慢上升；當(dāng)預(yù)牽伸倍數(shù)超過3.0時，上升趨勢顯著。就箱式圖分布而言，不同牽伸倍數(shù)下包覆紗斷裂強力呈偏態(tài)分布。隨著牽伸倍數(shù)的增加，強力分布整體呈現(xiàn)“右偏-近似對稱-左偏”分布趨勢。

選取氨綸預(yù)牽伸倍數(shù)2.5工藝條件所紡包覆紗為例，探究其在定伸長（拉應(yīng)變100%）循環(huán)拉伸作用下的力學(xué)性能穩(wěn)定性。由圖6（d）可知，隨著循環(huán)作用次數(shù)的增加，包覆紗的最大受拉峰值小幅度下降，出現(xiàn)“應(yīng)力軟化”現(xiàn)象。此外，包覆紗經(jīng)1次循環(huán)作用后產(chǎn)生了較大的應(yīng)力滯后圈，第2—5次循環(huán)作用下的應(yīng)力曲線幾乎重合且具有相對較小的滯后圈。上述測試結(jié)果充分說明所紡包覆紗具有較好的力學(xué)魯棒性。

2.2 不同氨綸預(yù)牽伸倍數(shù)對包覆紗回彈性能的影響

不同氨綸預(yù)牽伸倍數(shù)下包覆紗的回彈性能測試結(jié)果匯總?cè)鐖D7（a）所示。由圖7（a）可知，氨綸預(yù)牽伸倍數(shù)對包覆紗的彈性伸長率和彈性回復(fù)率均有較為顯著的影響。伴隨著氨綸預(yù)牽伸倍數(shù)的增加，包覆紗的回彈性能呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，并且在2.5～3.0間的回彈性能綜合較優(yōu)。彈性伸長率可達(dá)240.5%，彈性回復(fù)率高達(dá)86.77%。究其原因主要為：在一定的預(yù)牽伸倍數(shù)范圍內(nèi)，較大氨綸預(yù)牽伸意味著氨綸獲得了較大的預(yù)伸長值，使得氨綸絲產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力作用，進(jìn)而賦予包覆紗良好的彈性伸長率和回復(fù)率。當(dāng)預(yù)牽伸倍數(shù)繼續(xù)增加時，

理論上包覆紗應(yīng)具有更大的回彈特性，但是由于過大的預(yù)牽伸倍數(shù)使氨綸絲在外力卸載后（自由狀態(tài)），氨綸絲外側(cè)螺旋纏繞的不銹鋼絲相互緊密排列，會對此時的氨綸芯絲的受拉伸長行為產(chǎn)生一定程度“限制和束縛”作用，反而不利于包覆紗的彈性伸長和彈性回復(fù)，因而造成包覆紗的表征回彈性的兩個關(guān)鍵指標(biāo)隨氨綸預(yù)牽伸倍數(shù)呈現(xiàn)“上升-下降”的變化趨勢，存在一個合適的臨界氨綸預(yù)牽伸倍數(shù)范圍。

圖7（b）所示為一定工藝參數(shù)下所紡包覆紗在經(jīng)受10次循環(huán)回彈性能測試后的彈性回復(fù)率變化趨勢，由圖可知變化幅度較小，說明所紡包覆紗具有較好的回彈力學(xué)魯棒性。

2.3 基于模糊綜合評判法的包覆紗關(guān)鍵工藝參數(shù)優(yōu)化

模糊綜合評判法基于模糊數(shù)學(xué)原理，能夠行之有效地解決多評價指標(biāo)之間的模糊性問題。運用模糊綜合評判法在包覆紗性能測試制備與工藝參數(shù)之間建立定量關(guān)系，可實現(xiàn)關(guān)鍵成紗工藝參數(shù)的優(yōu)化。選取包覆紗的強伸性能和回彈性能4項指標(biāo)為對象，模糊綜合評判法主要步驟如下：

2.3.1 建立模糊關(guān)系矩陣R

確定評價指標(biāo)集合U={A：斷裂強力；B：斷裂伸長率；C：彈性伸長率；D：彈性回復(fù)率}。進(jìn)一步地，對各測試數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行歸一化處理可得到R = （r_ij）_5×4，以消除評價指標(biāo)的量綱效應(yīng)。對于上述指標(biāo)而言，數(shù)值越大越優(yōu)。故歸一化公式為：

基于式（3），可得模糊關(guān)系矩陣R為：

2.3.2 確定權(quán)重分配集M

權(quán)重系數(shù)表示評價指標(biāo)對包覆紗性能影響的重要程度，其值越大，說明該指標(biāo)對紗線性能影響越大。確定評價指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)M_j（ j =1， 2， …， k），∑kj=1M_j=1，k為評價指標(biāo)的總項數(shù)。對于包覆紗而言，紗線回彈性能較為重要，故其所占權(quán)重較大。故確立先后順序為：斷裂強度、斷裂伸長率、彈性伸長率、彈性回復(fù)率，與集合U相對應(yīng)的M取值依次為：

2.3.3 確定綜合評價矩陣B

不同紡紗工藝參數(shù)下的綜合評價矩陣B值越大，表觀成紗工藝越優(yōu)。綜合評價矩陣B計算如下：

由綜合評價矩陣B可知，當(dāng)氨綸預(yù)牽伸倍數(shù)為2.5時，B值最大為0.7282。因此，在包纏捻度1200 T/m和內(nèi)外捻度比1.0的前提下，氨綸預(yù)牽伸倍數(shù)2.5時所紡制的包覆紗的綜合性能較佳。該較優(yōu)成紗工藝參數(shù)可在一定程度上指導(dǎo)該類型包覆紗的生產(chǎn)實踐。

2.4 基于包覆紗的緯彈機織物的構(gòu)筑及功效表征

以上述模糊綜合評判法得出的較優(yōu)工藝參數(shù)（氨綸預(yù)牽伸倍數(shù)2.5、包纏捻度1200 T/m、內(nèi)外捻度比1.0）紡制的包覆紗作為緯紗、棉股線（32 s/2）作為經(jīng)紗，選用2/2右斜紋組織，經(jīng)緯密30根/英寸×40根/英寸，在SGA598型半自動小樣織布機上織制緯向彈性電磁屏蔽機織物?；诎布喌木曄驈椥詸C織物的構(gòu)筑及其電磁屏蔽效能表征如圖8所示。由圖8（a）可知，該機織物具有良好的緯向可拉伸性，手動拉伸可達(dá)原長的1.48倍（拉應(yīng)變?yōu)?8%），外力去除后又可回復(fù)至初始態(tài)，具有良好的回彈特征。

圖8（b）所示為織物電磁屏蔽效能測試示意。將裁剪好的矩形樣品夾持在WR90波導(dǎo)管中，探究織物放置方式和拉伸應(yīng)變程度對相應(yīng)屏蔽效能的影響。圖8（c）所示為織物不同放置方式（水平和垂直）對其屏蔽效能的影響?？椢锓胖梅绞綍﹄姶挪ㄈ肷浣嵌犬a(chǎn)生影響。當(dāng)織物水平放置時，電場方向和織物中所含金屬絲包覆紗排列方向平行、磁場方向則與之垂直。根據(jù)電磁場感應(yīng)定律，金屬纖維內(nèi)部有感生電流并產(chǎn)生一個和原磁場抵消的感生磁場^[22-24]，此時織物具有優(yōu)良的屏蔽效能（18～25 dB，符合FTTS-FA-003標(biāo)準(zhǔn)中民生用途用電磁輻射紡織品規(guī)定的15～20 dB低限要求）；當(dāng)織物垂直放置時，電場方向和含金屬絲包覆紗垂直、磁場方向則與之平行，金屬纖維內(nèi)部無感生電流^[22-24]，此時織物幾乎無屏蔽效果（最高值小于2.5 dB，未達(dá)到電磁屏蔽紡織品要求的最低限域）。圖8（d）所示為織物不同拉伸程度對屏蔽效能的影響。隨著織物緯向拉伸應(yīng)變的增加，織物屏蔽效能有所增加，峰值從0%拉伸應(yīng)變時的23.8 dB增至40%拉伸應(yīng)變時的36.1 dB，且峰值出現(xiàn)的位置由低頻向高頻段偏移。伴隨著拉伸應(yīng)變的增大，織物緯向相鄰包覆紗（或包覆紗中不銹鋼絲）的排列密度增大，從而導(dǎo)致織物受拉時屏蔽效能明顯提升。

通過使用特斯拉線圈裝置，可更加清晰且直觀地演示織物的電磁屏蔽高效性。如圖8（e）所示，給特斯拉線圈裝置通電，當(dāng)手持LED燈泡靠近時，燈泡會被點亮；當(dāng)將純棉機織物放置在LED燈泡和線圈裝置之間，LED燈泡仍正常發(fā)光，即電磁波能夠穿透該織物（織物對電磁波無阻隔作用）；當(dāng)將含不銹鋼絲的緯向彈性機織物放置在LED燈泡和線圈裝置之間，LED燈泡無法被點亮，說明本文所制備的緯向彈性機織物阻礙了電磁波的傳輸，具有一定的屏蔽效能。

3 結(jié)論

本文以氨綸為紗芯、不銹鋼絲和棉股線分別為第一和第二外包覆層，采用2組串聯(lián)使用的空心錠機構(gòu)，實現(xiàn)棉/氨綸/不銹鋼絲包覆紗的可控制備，在此基礎(chǔ)上構(gòu)筑緯向彈性電磁屏蔽機織物，主要結(jié)論如下：

a）通過空心錠包纏紡紗技術(shù)，可實現(xiàn)剛性不銹鋼絲在成紗中的彈性化。所紡包覆紗具有高度可拉伸性，且其最大表觀伸長與氨綸預(yù)牽伸倍數(shù)正相關(guān)。包覆紗電阻變化對拉伸應(yīng)變不敏感。

b）氨綸預(yù)牽伸倍數(shù)對包覆紗強伸性、回彈性均有顯著影響。隨著氨綸預(yù)牽伸倍數(shù)的增加，包覆紗斷裂強力逐步上升，斷裂伸長率逐漸下降；拉伸斷裂模式從非同時轉(zhuǎn)變?yōu)橥瑫r斷裂；包覆紗回彈性能隨預(yù)牽伸倍數(shù)的增大先上升后下降，在2.5～3.0時較優(yōu)。基于模糊綜合評判法優(yōu)化成紗工藝參數(shù)。當(dāng)氨綸預(yù)牽伸倍數(shù)2.5時，包覆紗綜合品質(zhì)較佳。

c）基于該包覆紗織制緯向彈性機織物，該織物具有優(yōu)良的可拉伸性，且電磁屏蔽效能與織物放置方向、拉伸應(yīng)變程度等密切相關(guān)。

基于本文研究既可成功紡制棉/氨綸/不銹鋼絲包覆紗，實現(xiàn)剛性不銹鋼絲彈性化表現(xiàn)，為高品質(zhì)、多功能化紡紗加工提供技術(shù)基礎(chǔ)；又可為電磁屏蔽耐久性、高度可拉伸且服用性能優(yōu)良的電磁屏蔽織物的研發(fā)提供一定的新思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]KUMAR P， MAITI U N， SIKDAR A， et al. Recent advances in polymer and polymer composites for electromagnetic interference shielding： Review and future prospects[J]. Polymer Reviews， 2019， 59（4）： 687-738.

[2]ZHONG L L， YU R F， HONG X H. Review of carbon-based electromagnetic shielding materials： Film， composite， foam， textile[J]. Textile Research Journal， 2021， 91（9/10）： 1167-1183.

[3]段永潔， 謝春萍， 王廣斌， 等. 棉/不銹鋼紗線針織物的電磁屏蔽性能研究[J]. 絲綢， 2016， 53（9）： 9-14.

DUAN Yongjie， XIE Chunping， WANG Guangbin， et al. Study on electromagnetic shielding property of cotton/stainless steel yarn knitted fabrics[J]. Journal of Silk， 2016， 53（9）： 9-14.

[4]謝金林， 張京， 郭宇星， 等. 導(dǎo)電纖維在新型紡織品中的應(yīng)用進(jìn)展[J]. 現(xiàn)代紡織技術(shù)，2023，31（6）：241-254.

XIE Jinlin， ZHANG Jing， GUO Yuxing， et al. Application progress of conductive fibers in the application of new textiles[J]. Advanced Textile Technology，2023，31（6）：241-254.

[5]肖紅， 施楣梧， 鈔杉， 等. 機織物有效結(jié)構(gòu)模型的電磁屏蔽效能的影響因素[J]. 紡織學(xué)報， 2015， 36（7）： 42-49.

XIAO Hong， SHI Mmeiwu， CHAO Shan， et al. Influential factors of electromagnetic shielding effectiveness based on effective woven fabrics structure model[J]. Journal of Textile Research， 2015， 36（7）： 42-49.

[6]肖紅， 唐章宏， 王群， 等. 電磁屏蔽織物的導(dǎo)電網(wǎng)格結(jié)構(gòu)及其屏蔽效能的一般影響規(guī)律研究[J]. 紡織學(xué)報， 2015， 36（2）： 35-42.

XIAO Hong， TANG Zhanghong， WANG Qun， et al. Research on conductive grid structure and general influence factors to shielding effectiveness of electromagnetic shielding fabrics[J]. Journal of Textile Research， 2015， 36（2）： 35-42.

[7]MAITY S， CHATTERJEE A. Conductive polymer-based electro-conductive textile composites for electromagnetic interference shielding： A review[J]. Journal of Industrial Textiles， 2018， 47（8）： 2228-2252.

[8]蘇婧， 蘭春桃， 王靜， 等. 紡織基電磁屏蔽材料的發(fā)展與應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代紡織技術(shù)， 2022， 30（6）： 219-230.

SU Jing， LAN Chuntao， WANG Jing， et al. Development and application of textile-based electromagnetic shielding materials[J]. Advanced Textile Technology， 2022， 30（6）： 219-230.

[9]PENG H K， WANG Y T， LI T T， et al. Conductive woven fabrics made of metallic/modal core yarns： manufacturing techniques and electromagnetic shielding effectiveness[J].The Journal of the Textile Institute， 2024， 115（1）：1-10.

[10]陳玉娜， 劉哲， 張永恒. 未充滿系數(shù)對電磁屏蔽毛針織物屏蔽效能的影響[J]. 毛紡科技， 2015， 43（7）： 22-27.

CHEN Yuna， LIU Zhe， ZHANG Yongheng. Opening percentage influencing on the shielding effectiveness of electromagnetic shielding wool knitted fabric[J]. Wool Textile Journal， 2015， 43（7）： 22-27.

[11]LI Y P， WANG X C， PAN Z， et al. Analysis of shielding effectiveness in different kinds of electromagnetic shielding fabrics under different test conditions[J]. Textile Research Journal， 2019， 89（3）： 375-388.

[12]CHENG L， ZHANG T H， GUO M， et al. Electromagnetic shielding effectiveness and mathematical model of stainless steel composite fabric[J]. The Journal of the Textile Institute， 2015， 106（6）： 577-586.

[13]TEZEL S， KAVUSTURAN Y， VANDENBOSCH G A E， et al. Influence of knitting structure and metal wire amount on electromagnetic shielding effectiveness of knitted fabrics[J]. Tekstil ve Konfeksiyon， 2023， 33（1）： 37-44.

[14]P L J， BOSE S. Evolution of surface engineering in the development of textile-based EMI shields-A review[J]. ACS Applied Electronic Materials， 2023， 5（4）： 1947-1969.

[15]ZOU L H， SHEN J H， XU Z Z， et al. Electromagnetic wave absorbing properties of cotton fabric with carbon nanotubes coating[J]. Fibres amp; Textiles in Eastern Europe， 2020， 28（5（143））： 82-90.

[16]WU Y F， HUANG K， WENG X D， et al. PVB coating efficiently improves the high stability of EMI shielding fabric with Cu/Ni[J]. Advanced Composites and Hybrid Materials， 2022， 5（1）： 71-82.

[17]ZHANG T Y， SONG B Q， LI X F， et al. Multifunctional hydrophobic MXene-coated cotton fabrics for electro/photothermal conversion， electromagnetic interference shielding， and pressure sensing[J]. ACS Applied Polymer Materials， 2023， 5（8）： 6296-6306.

[18]BABAAHMADI V， MORADI H， ASKARI G， et al. Flexible and durable conductive nickel/graphene-coated polyethylene terephthalate fabric for highly efficient electromagnetic shielding[J]. Polymer Engineering and Science， 2023， 63（11）： 3592-3603.

[19]LUO C L， HUANG M L， SUN C， et al. Achieving high joule heating and self-cleaning performance in copper-coated fabrics with excellent microwave shielding[J]. Cellulose， 2023， 30（9）： 5987-6000.

[20]曲華洋， 謝春萍， 徐伯俊， 等. 全聚賽絡(luò)紡雙芯紗及其彈性電磁屏蔽針織物的制備[J]. 紡織學(xué)報， 2018， 39（6）： 52-57.

QU Huayang， XIE Chunping， XU Bojun， et al. Preparation of elastic radiation resistant textile based on double filament core-spun yarn[J]. Journal of Textile Research， 2018， 39（6）： 52-57.

[21]WANG Y， GORDON S， YU W D， et al. A highly stretchable， easily processed and robust metal wire-containing woven fabric with strain-enhanced electromagnetic shielding effectiveness[J]. Textile Research Journal， 2021， 91（17/18）： 2063-2073.

[22]肖紅， 施楣梧， 鈔杉， 等. 金屬紗線排列方式對屏蔽效能的影響[J]. 紡織學(xué)報， 2015， 36（12）： 25-31.

XIAO Hong， SHI Meiwu， CHAO Shan， et al. Influence of metal yarns arrangement mode on shielding effectiveness[J]. Journal of Textile Research， 2015， 36（12）： 25-31.

[23]ZHENG Y Q， WANG Y Y， ZHU C Y， et al. Electromagnetic shielding behaviors of planar frequency selective surface fabrics， with emphasis on decoupling analysis， lamination direction and tunable selective frequency[J]. Journal of Industrial Textiles， 2022， 52： 1-22.

[24]HONG X H， ZHONG L L， WAN J M， et al. Polarization selection characteristics of carbon fiber orientation and interweaving for electromagnetic interference shielding behaviors[J]. Textile Research Journal， 2022， 92（1/2）： 269-283.

Effect of pre-draft ratio of elastane filaments on the properties of yarns wrapped with cotton/spandex/stainless steel wires

WANG" Yong^{1，2，3}，" QIAO" Qifan^2b，" WANG" Zongqian^2b，" LI" Changlong^2b，" WANG" Wei^1，3

（1.College of Chemistry and Chemical Engineering， Donghua University， Shanghai 201620， China; 2a.Advanced Fiber Materials Engineering Research Center of Anhui Province; 2b.School of Textile and Garment， Anhui Polytechnic University， Wuhu 241000， China; 3.Saintyear Holding Group Co.， Ltd.， Hangzhou 311221， China）

Abstract： "Recently， the demand of protective and comfortable performances of personal protective equipment is gradually increasing. For electromagnetic shielding fabrics， most of the existing surface-coated electromagnetic shielding protective materials have certain disadvantages such as inelasticity， poor shape retention， poor washing resistance， and uncomfortable characteristics. The development of a new material having the characteristics of mechanically stretchability， controllable structure， flexible manufacturing， and electromagnetic shielding durability has become the first choice for the next generation of textile-based electromagnetic shielding materials. To fabricate high-performance yarns with excellent elasticity and shielding capability is a necessary prerequisite for the preparation of intrinsically stretchable electromagnetic shielding textile fabrics. Given this， the intrinsically stretchable electromagnetic shielding fabrics were constructed from the double level of “elastic yarn-elastic fabric” in this study. Specifically， elastic wrapped yarns containing metal wire were fabricated based on a hollow-spindle wrap spinning system with elastane filament （EF） as the core， stainless steel wire as the first wrapping layer and cotton ply yarn as the second wrapping layer. The effect of the pre-draft ratio of EF on the tensile and elastic behaviors of wrapped yarns was systematically investigated， and the processing parameters were optimized by using the fuzzy comprehensive evaluation method. After that， a weft stretch woven fabric having the characteristics of high stretchability and robust electromagnetic shielding effectiveness was produced， and the key factors influencing the shielding efficiency were systematically clarified.

In this work， the flexibility of relatively rigid stainless steel wires can be realized by using two sets of hollow spindle device in series， and the design of yarn structure and the configuration of the components within a wrapped yarn are responsible for the above results. The as-fabricated wrapped yarns are well wrapped by cotton ply yarn， and no stainless steel wire and EF components can be visibly seen. Further， taking the pre-draft ratio of EF 2.5 as an example， the resultant wrapped yarn has a more bulking surface profile compared with the staightened one， which facilitates its elastic elongation rate to 240.5% without distortion. Importantly， the macroscopically observable stretchability is closely related to the pre-draft ratio of EF， and the electrical conductivity of the wrapped yarns can be maintained during the stretching process. The experimental results demonstrate that the pre-draft ratio of EF has significant influence on the related properties of the resultant wrapped yarns. With the increase of the pre-draft ratio of EF， the breaking strength of yarns gradually increases while the extension at break decreases. From the tensile curves of the resultant wrapped yarns with varying pre-draft ratios of EF， we can see that the fracture mode has converted from multiple breaks to single break with the increase of the pre-draft ratio. Also， the superior elastic properties of wrapped yarns can be obtained when the pre-draft ratio of EF is between 2.5 and 3.0. In addition， the optimized process parameter for fabricating such wrapped yarns can be obtained via fuzzy comprehensive evaluation method， that is， the pre-draft ratio of EF 2.5 within the predetermined scope in this work. Finally， a weft stretch woven fabric was manufactured with cotton ply yarn and wrapped yarn with optimized process parameter as warp and weft， respectively. It is found that the effective electromagnetic shielding can be realized when the direction of stainless steel wire within the fabric is consistent with the direction of electric field vibration， and vice versa. The electromagnetic shielding capability of fabrics gradually increases with the increase of tensile strain of fabric in weft direction.

The relevant research of this paper will not only provide technical support and realize the optimization of key process parameters for the fabrication of multifunctional wrapped yarns， but also provide certain theoretical basis and practical guidance for the scientific design of fabric-based electromagnetic shielding materials.

Keywords： elastic wrapped yarn containing metal wire; spandex stretch; fuzzy comprehensive evaluation; elastic electromagnetic shielding textile fabric; shielding effectiveness