（服装设计与工程专业论文）含不锈钢纤维织物研制与性能研究.pdf

a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs c i e n c ea n di m p r o v e m e n to ft h el i v i n g ，p e o p l ea r e n o to n l ys a t i s f i e dw i t ht h eb a s i cp r o p e r t yo ft e x t i l e ss u c ha sp r o t e c tt h e mf r o mb a d e n v i r o n m e n t ，t h o s ee x c e l l e n te x p o s u r es u i t sw h i c hh a v eg o o dp e r f o r m a n c eb e c o m e n e wt i m e sp e t f o rr e s i s t i n gt h eh a r mo ft h es u r r o u n d i n g s ，e x p o s u r es u i t sb e c o m e t h eb e s td e f e n d e do u t f i t s t om e e tt h er e q u i r e m e n to fp e o p l e s ，t h i st e x ts t u d i e d s e v e r a lk i n d so f f a b r i c s ，w h i c hp o s s e s s e sg o o da n t i s t a t i cp e r f o r m a n c ea n d c o u n t e r e l e c t r o m a g n e t i cr a d i a t i o nc a p a c i t y ，a n dh a v ev a l u e sf o rs c i e n t i f i cr e s e a r c h a sw e l la sp r o d u c e i nt h i s s t u d y ，s t a i n l e s ss t e e lf i b e r c o t t o nb l e n d e dy a r n a n ds t a i n l e s ss t e e l f i b e r p a nw r a p p e dy a r na r ea d o p t e dt ok n i ts e v e r a lk i n d so ff a b r i c s ，t h ef a b r i c s m e c h a n i c sp r o p e r t y 、 a n t i s t a t i cp e r f o r m a n c e 、 c o n t r a - e l e c t r o m a g n e t i ca b i l i t ya n d w e a r i n gp r o p e r t y a r es t u d i e d b yf a b r i c s m i g h t i n e s st e s t 、s t a t i ct e s t 、 r e s i s t e l e c t r o m a g n e t i s me x p e r i m e n t a t i o na n dw e a r i n gp r o p e r t yt e s t t h ec o n c l u s i o nw o u l db eg o t t e nf r o mt h es t u d y ：w h e nt h ef a b r i c sc o n t a i n i n g f e wo fs t a i n l e s ss t e e l f i b e r ，t h em e c h a n i c sa n dw e a r i n gp e r f o r m a n c ea r en o t a f f e c t e d m o r e o v e rt h ef a b r i c sc o n t a i n i n gm o r es t a i n l e s ss t e e lf i b e r ，t h eb e t t e r a n t i s t a t i ci s ，t h eb e t t e rr e s i s t e l e c t r o m a g n e t i ci s i no r d e rt og e tk i n d so fe x c e l l e n t a n t i s t a t i ca n dr e s i s t e l e c t r o m a g n e t i cf a b r i c s ，t h ek e yi st h a ts t a i n l e s ss t e e lf i b e r m u s tb ec o n t i n u u ma n dr u n n i n g b e s i d e s ，t h ef a b r i c s t h i c k n e s sa n dd e n s i t ya l s o h a v ee f f e c to ni t sv a r i o u sp e r f o r m a n c e s i na d d i t i o n ，t h ea n t i - s t a t i c p e r f o r m a n c et e s t i n gm e t h o di ss t u d i e d ，i t i s c o n c l u d e dt h a tt h ee l e c t r i cc h a r g es u r f a c ed e n s i t ya sw e l la st h ed i f f e r e n c ea v e r a g e o ft h ef r i c t i o ne l e c t r i f i c a t i o nv o l t a g ei n d e xc a nb eu s e dt o a n a l y z et h ef a b r i c s a n t i s t a t i cp e r f o r m a n c eb e t t e r k e yw o r d s ：s t a i n l e s ss t e e l c o t t o nb l e n d e dy a r n ；s t a i n l e s ss t e e l p a nw r a p p e d y a r n ；f u n c t i o nf a b r i c s ；a n t i - s t a t i cp e r f o r m a n c e ：r e s i s t - e l e c t r o m a g n e t i c p e r f o r m a n c e 青岛_ 人学坝：i ：学位论文 引言 科学技术的飞速发展，给人类生活带来了翻天覆地的变化。化纤的 发明，拓展了纺织品市场，但合成纤维大多导电性能低，在穿着过程中 容易产生静电，限制了其应用。纺织品l = l = | 于静电而吸附灰尘，粘附身体， 在穿着时给人以不适感；而在电了工业领域，静电的存在轻则干扰精密 电子仪器的正常工作，重则导致集成电路被击穿，造成电路报废：在石 油化工领域易引起燃烧、爆炸，造成灾害。同时，山于合成纤维的静电 影响正常的纺纱工艺，从而使产品质量降低。因此，提高合成纤维织 物的抗静电性能，具有非常重要的意义。 电子产品和电信事业的蓬勃发展，给人们生活提供了无穷便利，但 在这些好处的背后却潜藏着无形的杀手，例如：电视机、手机、电脑、 微波炉等，它们在工作时所发射的微波极其强烈，据报道：手机工作时， 其发射的电磁波频率达到9 0 0 到1 8 0 0 m h z ；微波炉频率为2 4 5 0 ? v l h z ；雷达 信号通信系统的频率范围为】l0 0 0 0 m t z ；调频或短波无线电广播系统 的频率分别为3 0 3 0 0 m hz 和3 0 0 3 0 0 0 0m f iz 。研究表明，电磁波一旦进 入有机体内，即会震动分子使其释放热量。当电磁波进入人体，：海会妨 碍d n a 和| n a 的再生，同时还犒导致异常的化学反应而使人体内产生癌 细胞，增加患白血病及其它癌症的几率。因此研究能防止电磁波列人体 造成伤害的织物是专、i k 学者及研究人员的首要任务”】。 不锈钢纤维是近些年发展起来的一类新型多功能工、世材料，是现代 科学研究的一个重要方面。不锈钢纤维在满足可纺灶、口织性的同时， 还具有良好的导热性、柔韧性、制热性、防蚀性、抗菌、防静电、并且 对电磁波具有较强的吸收怍用和较低晌反剁作用因此含卅i 锈铜纤维产 品f 在得到越来越广泛的关注和应用。研究含不锈钢纤维的抗静电、防 辐射织物对现实生活有着不可估量的意义。 本文发计了不锈钢质量分数及结构各异的织物，研究了纤维质量分 数及织物结构对织物力学性能、抗静电肚、防电磁辐射性及服用性能的 引言 影响，表明在不锈钢质量分数较小的情况下，不锈钢纤维的织入并不影 响织物的服用性，且随着不锈钢质量分数的增加织物的抗静电性及防辐 射性随之增强。 青岛大学硕士学位论文 第一章综述 1 1 抗静电织物的国内外研究概况 1 1 1 静电产生的原因及其危害 人类对静电现象的研究有着悠久的历史”1 。2 0 世纪中期，随着工业 生产的高速发展，纺织工业大量采用合成纤维作为原料，合成纤维及其 混纺产品日益增多；出于合成纤维纺织品坚牢耐穿，美观大方，免烫快 干，深受人们喜爱。但因合成纤维中大分子以共价键结合，不能电离， 也不能传递电子，再加上大分子基团极性小、疏水性大、电荷不易逸散， 电阻率可高达lo ”1 0 ”q ，c m ，所以合成纤维易产生静电1 。在纺纱加工 过程中，由于纤维与纤维、纤维与设各之间摩擦产生的静电荷不能及时 被导走，从而出现合纤缠绕罗拉、绕皮辊、纱线发毛等现象：在织造时 则易造成经纱丌_ 不清等各种问题，给生产带来一系列麻烦和困难，严 重时甚至影响生产的f 常进行或造成意外事故。在服装穿着过程中，衣 服与衣服及衣服与人体间的摩擦不可避免，由于合成纤维导电性能差， 摩擦产生的静电难以被导走，服装常常粘附、缠绕肢体，使人产生不适 感，严重时还发生电击现象。 化纤及其混纺服装、地毯队及装饰用、工业用产品常常显示极强的 静电。即使在大气湿度较高的季节，伴随着城市化进程的加快，建筑物 密闭性增岛，室内相对湿度变得很低，地毯以及店铺、公共设施、医疗 机构等处所用的化学纤维材料就搬易产生静电。随着工业和科学技术的 现代化，特别是电子、医药、精密仪器等：l ：业的飞速发展，静电危害同 益突出，为了使仪器动作精确和保汪操作的安全，对纤维材料和织物的 抗静电水平的要求越柬越高；从而引起了各国科研机构和科技人员的 泛关 ：j ：。 1 1 2 抗静电产品的主要应用领域 抗静电织物在具有普通服闱织物的外观等要求的同时，其抗静f 包件 第一章综述 能也必须满足要求“1 。由于抗静电织物主要应用于有抗静电要求的特殊 场合，如航天航空、国防、石油、采矿、化工、电子、纺织、轻工、食 品、建筑、出版、医疗卫生、农业以及涉及人们日常生活诸多方面都能 得到广泛的应用。作为外衣用产品的主要有： 1 仿真丝和仿毛抗静电纤维 通过抗静电纤维的应用使化纤具有真丝的品质，毛的风格。并且具 有真羊毛所不具备的一些特殊性能，如耐洗、防污染等。 2 无尘无菌工作服 无尘无菌工作服不允许因积聚静电而吸引灰尘和细菌，所以织物必 须具有抗静电性能。主要方法有采用抗静电涤纶长丝，在基本材料中混 入少量导电纤维。其中，导电纤维混入法在较低的相对湿度下电能获得 较好的效果，且不受摩擦对象、织物种类的影响。 3 抗静电地毯。主要采用导电纤维制作而成。 4 防火防爆型工作服。 5 防污、防缠的民用纺纵品及室内装饰品。 6 ，在其他工业生产部门的应用：如传送带、滤材等。 1 1 3 抗静电织物的研究概况 自上世纪4 0 年代前后相继发明p v c 、p a 6 6 、p a 6 、p a n 、pe 1 等合成 纤维，并在6 0 年代日# 后得到广泛应片j 后，合成纤维在加工和陵刖中的静 电问题促进了纺织材料抗静r 【：! j 技术的发展。 从纺织材料抗静电加工的技术思路来看，一方面是降低摩擦程度， 控制电荷的产生：另方面是提高纤维的导电性能，以加快电荷的泄漏。 由于在加工和使用中摩擦现象不可避免，故后者成为实际可执行的技术 思路1 。 从纺织工程的角度来看，可以采用抗静电纤维、导电纤维与普通合 成纤维的混纺、交并、交编、交织或嵌织的方法提高纤维集合体的导f u 能力，克服静电干扰。 青岛大学硕士学位论文 从材料科学的角度来看，纺织品抗静电技术的关键在于低阻、长效、 普适的新型导电纤维的研制和应用技术研究。纺织材料抗静电技术的发 展经历了三个阶段盯1 ： ( 1 ) 用表面活性剂对纤维或织物进行亲水化处理，经过浸、轧、焙烘 使得亲水性高分子物粘附在合成纤维或其织物上，利用其吸湿机理增加 纤维的导电性，从而降低纺织品的电阻率、加快织物表面的静电荷散逸。 此类方法能解决穿着使用过程中的吸尘、粘污以及粘缠现象，但在洗涤 以及摩擦的情况下缺乏持久性。此方法难以满足对工业制品的抗静电要 求。 ( 2 ) 对成纤高聚物进行共混、共聚合、接枝改性引入亲水性极性基团， 或在纤维内部添加抗静电剂，利用抗静电剂的极性基团在聚合物外层形 成导电层或与空气中的水相结合，使聚合物的电阻减少，加速静电荷的 散逸，以使纤维本身具有抗静电性。此类抗静电纤维的电阻率为l0 “ l0 “q c m ，由它们制造纺织品、或混用较高比例到普通合成纤维中，可 消除加工和使用中的静电困扰，但仍以高湿环境作为电荷逸散的必要条 件，在低湿度下几乎失去抗静电性，所以它的应用范围受到限制。 ( 3 ) 导电纤维的研制和应用研究，包括金属纤维、碳纤维、导电聚合 物等导电物质均一型导电纤维的研究、合成纤维外层涂覆碳黑等导电成 分的导电物质包覆型导电纤维的研究、碳黑或衾属化合物与成纤高聚物 复合纺丝得到的导电物质复合型导r ! 纤维的研究。导电纤维的f b 阳率一 般低于l0 iq c m ，优良者在10 ：lo ；q c m 甚至更低的比f u 阻范困内。在 合成纤维织物中嵌入导电纤维，利用导电纤维之问的电晕放电使静电消 除。由于导电纤维的导电性能主要是基于自由电子的移动，而不依靠吸 温和离子的转移，采用较低的混用比例就能使织物具有良好的抗静电效 果，此种方法在产业用纺织品中得到了广泛的应用，并司应用于防静电 ： 作服等特科r 功能性纺织品中。但此种方法的缺点是导电长丝断裂后， 织物的抗静电效果会降低。 除以卜三种常用的抗静电方法外，还有采用有机导电短纤维与合成 第一章综述 纤维混纺织成织物，其导电原理与嵌织方法一样，利用导电纤维的电晕 放电原理消除纺纱、织造过程中的静电，解决了前三种方法存在的织物 受磨损后抗静电性减小的问题。因而此法已成为重要的抗静电方法之一。 产业化方面，2 0 世纪9 0 年代后，同本的东丽、三菱、钟纺、帝人、 可乐丽等公司都进行了导电纤维系列研究。东丽公司开发出高白度导电 复合纤维和将导电性聚合物与p a n 共混纺丝，制得了比电阻为7 3 1 0 6 q c a 的抗静电腈纶。f l 本三菱人造丝公司采用皮：笛复合型纺制了导 电腈纶“s u p e re 1e q u i l ”，其内层是混入高比例白色导电微粒的聚丙烯 腈聚合体，外层是p a n 聚合体，它具有导电性优良、永久性抗静电、用 途广泛等特点。可乐丽公司开发出由炭黑和热塑性弹性体组成的具有永 久导电性能的合成共扼纤维，还丌发了用于军装和工作服的白色抗静电 聚酯长丝纱，用此纱制成的织物不仅具有优良的抗静电性能，还具有和 普通衣料样优良的手感，并具有优良的染色性、强度、抗沈涤性和耐 化学性；而由i c i 纤维公司丌发的e p n r o p lc 纤维则是一种独特的导电 纤维，其应用非常广泛。这种纤维j 占屡是聚酯，皮层为聚酯和间苯二酸 酯的共聚物，在生产时，它是浸渍于炭黑粒中的。 法国纤维制造商r s t a t 公司专门丌发牛产出一些多功能导电纤 维，这些产品由尼龙或聚酯组成，它们被涂上一薄层硫化铜，从而能导 电和抗菌，根据产品的种类，其电导率可分别达到1o2 】0 1 。并且铜还 能阻l 【j 细菌生长。这些纤维和纱线可应用干地篷、飞机用毡、 业用非 织造和、过滤介质和防护服等场合。 圈内导电纤维研究起步较晚，2 0 世纪8 0 年代初中圉纺织大学、华 东理工大学等单位丌始研究添加型抗静电腈纶，山西榆次化纤厂曾批量 生产，中国纺大还用导入金属盐和聚吡咯的方法制得了导电脂纶。北京 服装学院在2 0 世纪8 0 年代初已经丌发成功并已形成一定生产舭模，山 东合纤所与华南理：r 大学采用其混技术，成功研制了抗静电丙纶。 其后，浙江大学、浙江省冶金研究所与杭州蓝孔雀化纤集团股盼有 限公司丌发了一种镀层复合导电涤纶，它用普通p e t 作为基体，在其表 青岛大学硕士学位论文 面镀上一层聚丙烯腈，再在聚丙烯腈上镀覆导电的c u ，s ，制得具有与普 通p e t 基本相同的物理性能的导电纤维，该纤维的导电性能是具有耐久 性的，由其纺成的3 8 支纱的比电阻可小于1 0 0 0 0 c m ：另外还有中国纺 织大学、北京服装学院、中国纺科院等都进行了抗静电涤纶的研究和开 发，但未形成规模生产。 1 2 防电磁辐射织物的国内外研究概况 随着人类科学技术发展的日新月异，各式各样的科技产品如计算机 通讯网络、移动电话、视听设备、微波炉等的日益普及，在给人们的生 活和工作带来便利的同时，也给人类带来了一定程度的危害。它们工作 时随时都在发出电磁波，电磁波向空中发射或泄漏的现象，通俗叫“电 磁辐射”，它己成为继水、空气、噪声之后的第四大环境污染。大量的调 查和实验结果表明，电磁辐射除了干扰广播、电视、通讯等设备的f 常 工作之外“，较强的电磁辐射更会直接危害人体的健康”1 。为了减少 或消除电磁波辐射对人体造成的危害，各种电磁屏蔽材料也就应运而生 并得到迅速的发展，抗屯磁辐射织物便是其中的一种。 1 2 【电磁辐射的来源 常见的电磁辐射源从频率上可以分为射频场( 包括低频、中频、高 频和微波) 、工频场、静电场和恒定磁场，辐射功率小的有几瓦( 如通 汛发备) ，功率大的可达几百千瓦( 如一些工业射频设备) ，它们辐射的 主要频率段从几b i h z 到几g z 。这些常见的辐射源1 见表1 1 。 表1 1 常见的电磁辐射源 辐射源f i , o 场类刑 常见的电磁辐射源 射频也融场 i 。颁l u 磁场 静电场 恒定磁场 捕、电视等通讯殴备；f ：业、科技、等射频设备 高压输电设备，l b 气化铁路翁 住造纸、制革、化纤等行业 箱一章综述 1 2 2 电磁辐射对人体的怠害 目前，电磁辐射对人体产生的危害主要表现在以下三个方面：热效 应、非热效应、累积效应。”“1 1 热效应 高强度的电磁辐射对生物体系统的作用，主要是热效应，生物体受 到强电磁辐射会使生物体物质产生极化和定向驰豫现象，分子产生热运 动，摩擦将促使生物体物质的温度升高，这种使温度升高的效应称为热 效应。 当热效应温度超过体温调节能力时，温度平衡功能失调，并由此产 生生理功能紊乱和病理变化等各种生物效应。例如局部组织或体温明显 上升，当微波功率为1o m w c m 2 时，受到辐射的人的体温将上升1 左右， 当功率密度更强时，人体的体温会进一步升高，进而将产生高温反应， 昏迷、抽搐和呼吸障碍等。当频率为2 4 g h z 的微波，辐射强度为l5o m w c m ! 时，j 分钟足阻使白鼠死亡。频率为l2 0 0 m h z 微波，辐射强度为3 3 0 m w c l i l ! 时，l5 分钟内能使5 0 的狗死亡，辐射强度大于3 0 0 m w c m ! 时，容易使人 的眼睛形成白内障。 2 非热效应 长时问低电频的电磁辐射，也会产g i 电磁生物效应，称为非热效应。 热效应与非热效应的分界线也并非很明确，不过可以引入一个电磁辐射 生物剂量单位，称为比吸收率。比吸收率表示生物体每单位质量吸收的 电磁辐射功率，臣位为( w kg ) ，一般比吸收率大于1 w k g 为热效应，小 于0 1 w k g ，为非热效应。 发生“非热效应”时，生物体的体温没有明显的升高，但是在弱场 的睦期作用一1 - 或某一定的频段的电磁波辐射作用下，| ：乜会引起对生物体 的伤害。一般认为在某一。定的频段照射作用下，将使细胞分子产生共振 作用，使生物体神经系统功能紊乱或失调，以及影响心血管系统。 3 累积效应 青岛大学硕士学位论文 上述热效应、非热效应作用于人体后，对人体的伤害还未来得及修 复之前，若又再次受到电磁辐射时，其伤害程度就会发生累积效应。这 样久而久之，最终将会造成永久性的病态，乃至危及生命。 1 2 3 常见电磁辐射源的辐射频率与限制标准“ 一般常见的电子仪器都会在工作时产生电磁辐射，各种仪器的辐射 频率是不同的，针对电磁辐射的危害，f c c ( 美国联邦通讯委员会) 、c i s p r ( 国际标准委员会) 和世界各国对电磁辐射的强度作了相应的限制，以 便保护人们的日常安全生活。 表1 2 常见家用电器辐射主频率【1 ：i 1 也器名称 辐射士频率 计算机 | 乜视机 吸尘器 录像机 叱雨 家川无线l b 话 移动电活 洗攻机 微波炉 3 0 0 4 5 0 m h z 2 0 m l z 2 0 0 m l - l z 6 1 1 1 1 z 2 0 0 b l h z 2 5 0 3 8 0 m h z 7 0 0 】9 0 0 i h z 3 0 1 1 - 1 z 2 5 0 0 m h z 表1 3f c c 辐射干扰场强的极限值【1 8 】 第一章综述 表1 4c i s p r 辐射干扰场强的极限值【1 9 】 上列表格中的a 、b 分别表示民用和商用。 表1 5 世界一些国家微波辐射对职照与居民的安全限值陋” 我国在19 8 8 年公钸的r 邑磁j ；i i = 境标准g b 8 7 0 2 8 8 规定了电磁辐射的 标准限值，最近根据国内外列电磁辐射对人体产生的危害f 在积极制定 更加严格的限制标准，减少电磁辐射剥人体产生的危害1 。 因此，住屏敞这些仪器的辐射时，防电磁辐射织物的选用要有所不 同，在应用时应考虑辐射频率和电磁辐射安全限值。 1 24 防电磁辐射织物的研究概况 防辐刺纺织品足利1 jf i 身对微波辐射的吸收和反射性能来对人体进 行防护的。最早的防电磁辐射纤维当属美国的b rl - n s w ic k 公司生产的 b t u n s m e t 金属纤维。它是种由不锈钢纤维经过反复穿过模具精细拉伸 制成的纤维，纤维的直径为q l6 u r n ，比电阻仅为1oo c m 。它柔软纤 细，采用特殊的纺彭l 工岂和设备，可以编织或与普通纤维混纺。此后” 发的在合成纤维表而沉积0 0 2 2 5u m 的金属层，使纤维比电阻降至 1 0 1 0 o c i l l 的表面金属化纤维，h 时与不锈铡混纺纤维一起被广泛用 做防电磁辐射纤维”“。j c 典型的产0 6 如：以丙烯腈聚合物为非导电成 1 n 青岛大学硕士学位论文 分的主体聚合物，通过化学沉积法在主体聚合物纤维表面沉积铜、镍双 层金属，形成一种导电成分包覆层纤维一著名的t e x m e t 纤维。日本住友 化学公司在聚酯纤维的表面镀以铜、镍和铝三种金属的合金，开发出了 与单一金属层相比，更好地保持了原纤维的柔软性和手感的防电磁辐射 纤维。随后美国杜邦和其它公司又先后开发了铝系和铜系等更加柔软的 外观酷似棉花等天然纤维的金属系纤维”3 。 德国是最早研究电磁辐射防护材料的国家，并制定出相应评价标准。 德国开发的s m o w t e x 织物是用聚酯或聚酰胺纤维与铜、不锈钢、碳或其 他金属合金混纺后织制而成，可以保护人类免遭不可知的有害电磁辐射。 h o l a f a r y 公司用n o a x i i i 和不锈钢纤维( 2 5 ) 混纺并和棉纱交织生产出 射频防护服，其中不锈铡纤维用棉聚酯纤维包裹。在2 m h z lo g h z 范 围内其屏蔽效能达6 0 d b ，阻燃、耐磨、舒适，可机洗，用于直接从事电 磁波作! 【k 及问接受电磁波影响人员和带有心脏起搏器及其他对电磁辐射 敏感人群的防护。另外，德国最大的防护服生产厂家t e m p e x 股份有限公 司和纺织材料供应商p lo u q u e t 合作，用银涂覆在织物的两面丌发出的防 电磁辐射纺织品，具有很高的拉伸强度，并且透气，制成服装后屏蔽效 能不会因拉链和接缝而衰减。 美国n s p 公司和e uc d 服装制造公司共同合作制造了由微细不锈钢 纤维制成的织物。对于必须工作在很强的发射天线附近的人员来讲，织 物中的参属成分能大大降低对射频能量的吸收。 莫斯科纺织材料研究院，i ：发出能够屏蔽电磁波的防护材料和防护装 备，由极细的高含镍合会丝交织针织物制成。该织物己被批准制作视频 终端操作员防护服，对终端殴备散发电磁波的屏蔽效能为4 0 d b ( 相当于 使剧电场强度减小lo o 倍) 。该织物只要按一般针织品水洗条件洗涤，能 多次重复水洗，不损害功能和外观，且穿着舒适。 瑞士s w jsss he 1d 公司与s p e r ry 公司采用非常细的镀银铜丝 ( 2 0 un i ) ，外覆聚亚鞍酯膜或一种特殊的银合金，再在外层用专利纺纱技 术包覆一层棉或聚酯纤维，丌发出能提供有效电磁防护的薄型织物，屏 第一章综述 蔽效能可达5 0 d b 。所有织物可以成型、剪裁、折叠、缝制加工并可免烫。 e 1 本已经研制出纳米级的导电纤维，仅有一个分子粗细心“。但西方国家 防电磁辐射屏蔽服逐步进入家庭，并形成一大市场是从2 0 世纪9 0 年代 开始的。 我国在2 0 哇纪6 0 年代就开始研究电磁辐射及其防护服，7 0 年代至 8 0 年代正式生产铜丝与柞蚕丝混纺柿制成的屏蔽服和微波吸收防护服。 代表性的有军事医学科学院和河北任远集团利用专门技术将极细的金属 纤维均匀混入棉纤维中，同时采用特殊工艺加入某种能发射远红外线的 材料研制出多功能电磁波防护材料，具有电磁波防护与远红外线保健双 重功能。用该材料制作的产品，穿着舒适，透气性好，吸湿性强，手感 与棉布接近，适用于长期工作在电磁辐射环境中的人群( 包括直接从事电 磁波作业及问接受电磁波影响的人员，带有心脏起博器及其他对电磁辐 射敏感的人员) ，能有效防护f ! l 磁辐射伤害和改善电磁辐射引起的各种症 状。根据在电磁环境工作、生活的特点可以制成系列的安全防护用品， 包括防护上作服、防护工作帽、护畹、护刖、手套和乳罩等，1 二作环境 防护用品( 各类电子仪器屏蔽罩、屏蔽墙布耵l 窗帘) 以及军用伪装网等。 其屏蔽范罔5 0 h z l0 g h z ，屏蔽效能不低于2 7 db 。 我国红豆集团、利昂高科技公司己成功推出多离予织物产品，织物 经精纺加工，柔软舒适、色泽均匀、除臭抗菌性强、耐沈、酬磨、酬气 候、使用寿命长，电磁屏蔽衰减值达到9 9 ，1 ，t j 有效防i r 手机、电脑、 微波炉、电视机等电r 产品产，- 的 乜磁波对人体的危害。该织物呵广泛 用于劳动保障部规定的5 9 个需要作电磁防护行业的工种，还可运用于军 队的保密、伪装等领域。 上海华天电磁波防护材料有限公一j 研制丌发的h t c u 特种纤维是金 属币离子在纤维表层、中层和局部深层成膜的自机导电型纤维，获国家 专利，具有较强的电磁屏蔽功能和优良的抗静r b 功能。屏蔽析i 有各种规 格，机织布有平纹枷、斜纹析j ，针织f | 有双面们、单面佰，面密度从 l2 0 9 m2 6 0 0 9 m2 ，可制作孕妇服、：f ：作服、两装马甲、t 恤衫、羊毛衫、 1 2 青岛大学硕二b 学位论文 休闲服、袜子、鞋垫、帽子等：还可做发电厂、医院、变电站、歌剧院 等设施的工程用屏蔽材料。此后有关不锈钢软化纤维屏蔽织物，特殊工 艺镀膜屏蔽织物与服装也相继问世，但真正进入大众市场则是9 0 年代中 期至今。 在性能研究方面， 纶纤维混纺纱的强度、 属纤维的含量对混纺纱 物的抗静电性能好坏除 织物中的含量有关。 王绍斌“副等，对不同比例的不锈钢金属纤 捻度、耐磨等物理机械性能进行了测试， 物理性能的影响机理进行了分析，表明防 与导电纤维的性能密切相关外，还与导电 维、涤 并对金 静电织 纤维在 谭松庭”等以铜纤维和不锈钢纤维为导电填料，分别填充a b s 、h i p s 和p p 树脂基体，制得导电复合材料并研究了金属纤维含量及工艺条件对 复合材料的导电性能和力学性能的影响。结果表明，选择合适的工艺条 件以保证金属纤维有较大的长径比并在树脂中有良好分散状态，是制造 性能优良的导电复合材料的关建。 陕两省纺织科学研究所的王殖、蔡普宁采用一种金属纤维混纺织 物防微波辐射屏蔽效率较为实用的测试方法，列部分会属纤维混纺织物 的防微波辐射效率进行了测试和分折。结果表明：金属纤维混纺织物的 屏蔽效率与织物的紧度、组织结构、单位面积质量和厚度等因素有关。 1 3 含不锈钢纤维织物的研究概况 不锈铡纤维具有导电、传热、州高温、耐腐蚀等特点，其特性是其 它材料所无法替代的。近年来，我国不锈钢纤维制品已经在电力、军工、 冶金、化工等方面得到应用。 不锈纲纤维的丌发国外起始于2 0 世纪6 0 年代术，到7 0 年代得到了 广泛应用。我国从1 97 9 年丌始着手研究用不锈钢纤维研制防静电以i 料， 经过纺织、兵： 、冶金、f l b 力等不同： 业部门通力合作，经过一f 年时问， 从试纺试织引进不锈钢纤维到纤维制造的国产化，并且已制成不锈钢混 纺织品丌始出口，走过了从进口原料到原料国产化及成品出口的过程。 用不锈钢纤维开发 织物、防电磁辐射用织 品，这些织物的主要差 列大致见表1 6 ，防静 料的质量分数为最高。 表1 6 第一章综述 的纺织品主要有防静电过滤布、防静电工作服用 物、高压带电作业服用布料以及纯不锈铜纤维制 别在于不锈钢纤维质量分数不同，按质量分数排 电工作服的质量分数最低，高压带电作业服用布 不锈钢纤维纺织品按质量分数排列顺序 日前，国内生产的抗静电工作服大多采用涤纶，棉或。 长涤粘组成， 配比一般为6 5 3 5 ，混入不锈钢纤维质量分数为0 5 1 。其组织大多 数为平纹府绸或劁纹卡其，以及其他变化绀织的色织布料。按几本标准， 巾料带电量应小于7 “c m ? ，农服带电量小于1 c m = ，农服带t 乜量小于 1 肛c 件。不锈铡纤维与其他纤维混纺成纱具有永久的抗静电性能。用它 们生产的服装不受环境影响，在低湿下仍有良好的导r 乜，陆能，h 不受洗涤 影响，具有永久抗静电性。 用含会馗纤维制作的防微波屏蔽服，防护功能是纺织品中的金属纤 维在起作用。当金属纤维质量分数达到足够比例时，通过经纬纱交织， 使织物中的金属纤维构成纵横交 使微波能量衰减到一定程度达到 属材料，比导r c i 率大，表面反射 等高导磁材料，比导磁率大，吸 不锈钢纤维制作的防微波屏蔽服 错的隔离网，把微波与被保扩r 体隔丌， 屏蔽作f 日。刈于良导体银、铜和铝等分 损失大，反射起丰要作用：刈于铁和钢 收损失大，吸收起主要作用。因此用含 主要是利j 金属材料的吸收机埋而达 青岛大学硕士学位论文 到防护作用的，其防护性耐久且有效降低了对环境造成的二次污染。 工厂常利用不锈钢纤维的导电性，开发导电布及高压带电作业织物。 此外，医学界检验证明：不锈钢纤维制品可抑杀多种菌株，而且抑 菌效果令人十分满意。抑菌效果见表1 7 。 表1 7 不锈钢纤维抑菌效果 园此，不锈钢纤维可以和各种天然纤维、合成纤维混纺，加工出各 种保健纺织品和医疗卫尘用品，对人体无毒副作用，抗菌作用永久，且 符合健康纤维的发展要求。 近几年，国内外纷纷研制纯金属纺织品。如：2 0 0 3 年比利时n v b e k a e r t 公司设讨出一种金属纤维针织物，据称它在玻璃模塑产品制造 工艺中用作隔离御咧比现用材料有效。 不锈钢纤维作为一种新型实用材料，应用领域越来越广泛，但其产 品的生产无沦从品种上或数量上来看，还仅仅处于丌始阶段，尤其对不 锈钢余属纤维织物的丌发及综合性能的研究报道甚少。因此，有必要系 统地对不锈钢纤维的性能及其混纺纱、包缠纱和含不锈钢纤维交织物的 性能进行研究，丌发多功能防护性服装。 1 4 本课题研究的目的和意义 随着工业生产的高速发展，合成纤维、塑料、橡胶等电绝缘性高分 子材料的迅速推广，以及轻质油品、电火工品、固态电子器件等静电敏 第一章综述 感性材料的生产和使用，使静电的危害日益突出，因静电造成的事故日 益增多，由此引起了各国研究机构和学术组织的重视”“。1 9 5 3 年在伦敦 召开了第1 届静电学国际会议，我国自2 0 世纪6 0 年代起开始静电安全 技术的研究。”。 科学技术的迅速发展，各种电子产品、设备、仪器和家用电器层出 不穷，它们在使用过程中都会产生不同波长和不同频率的电磁波，而这 些电磁波的脉冲辐射可引起心血管系统、内分泌系统、神经系统和免疫 系统的功能失常，特别是对人们的大脑系统有较大的伤害作用。而屏蔽 对电磁波具有良好的遮挡作用，是预防微波辐射对人体伤害简单而实用 的方法，金属纤维混纺织物是对电磁波实施屏蔽物美价廉的材料。利用 防电磁波能力较高的金属纤维或金属化纤维，如镍、不锈钢、铜等，来 丌发防电磁波辐射服装的材料，由于这些导电性很好的金属刈电磁波具 有强烈的反射作用，当电磁波辐射到织物上时，织物中均匀分布的金属 或金属化纤维成为导电介质而将部分电磁波反射回去，减少了电磁波的 透过量，随着织物中金属纤维质量分数的增多，反射越强，透过量越小， 屏蔽作用电就越好。其中不锈钢还是良好的导磁材料，它对于电磁波的 吸收人于反射，能有效降低电磁波对环境造成的二次污染。因此，不锈 钢类导磁性高的材料是最为理想的防微波辐射利料。 据困外纺织研发部门测试：由l 不锈钢纤维制成的机织靠，在 18 0 ( ) i z 环境下的电磁屏蔽率为8 8 8 6 ，在2 t 5 0 m z 时! j ! i j 有9 2 3 3 的 膦艟率，而禽3 彳i 锈钢金属纤维的机织m j ，在18 0 0 川】z 下彳9 8 13 的屏蔽率，在2 4 5 0 , 9 i h z 下有9 8 4 9 的屏蔽率，至于混纺5 的= ；| i 锈钢纤 维，其产品均有9 9 以上的电磁屏敲率。 不锈钢纤维具有良好的导电、导热，防静电，防辐射，抑菌抗污染， 且柔软，耐磨性及强度高，弹性模量高等优点，具有可纺性”1 。将它与 棉、毛、涤、腈纶等纤维进行混纺，可制得一系列惟能优良的纱线及其 制品。 j 前常用于纺织行业上的f i 锈钢纤维，其直径在4 2 s u m 之问， 将它们。，普通纤维进行交并、混纺、交织和包缠制得的纺织品均具有良 1 青岛大学硕士学位论文 好的抗静电、抗菌、防辐射等功能“”。自2 0 世纪8 0 年代以来不锈钢纤 维成为国内的新型功能性纺织材料，用它开发出的抗静电，防辐射纺织 品有着本身独特的优势，它的耐磨，耐沈涤，耐化学腐蚀，强度高以及 环保性是有着相似性能的金属化纤维、有机导电纤维、及以各类染料助 剂所获得的纺织品所无法比拟的。”1 。因此丌发具有抗静电和防辐射性能 的不锈钢纤维纺织品，并对其性能进行研究对我国纺织业及国民健康均 有重大意义。 1 5 本文主要研究的内容 对其 新点 而： 文的主要研究内容是设计具有抗静电及防辐射功能的纺织品，并 能进行探讨和研究，其中设计的不锈钢包缠纱针织物是本文的创 对其性能的研究是本研究的核心内容之一。具体包括以下几个方 ( j ) 不锈钢纤维混纺纱及包缠纱的性能研究； ( 2 ) 不锈钢纤维质量分数及其性能对纱线和织物的 ( 3 ) 纤维类别、分布及织物组织对纺织品力学性能 波辐射及织物刚柔性、悬垂性及褶皱弹性的影响： 力学性能的影响； 、抗静电性、防微 ( 4 ) 对含不锈钢纤维织物的抗静电测试方法及指标进行了深入研究。 通过研究表明：在不锈钢质量分数较小时，织物的力学性能及服用 性不受影响；且随着不锈铡质量分数的增加，织物的抗静电性能和微波 屏蔽陛能增强：其抗静电效果优良，且可通过提高织物紧度及密度方法 改善织物的防辐射性能。在对织物抗静电性能的研究中发现，电荷面密 度测试方法是最佳的抗静电测试法，但通过在织物摩擦带电电压法中增 加相应测试指标，促使此法在评价织物抗静电性能日变得切实司行。本 课题试验数据精确、设计的织物基本达到研究目的，对于科研和生产有 一定的参考价值。 本性 ， 第二章纱线研制与性能 第二章纱线研制与性能 2 1不锈钢纤维的细度及拉伸性能 2 1 1 不锈钢纤维的细度 纺织纤维的细度是纤维的形态尺寸指标，与纺织加工及纱、布质量 密切相关。在粗细相同的纱线中，纤维越细，纱线截面中的纤维根数越 多，纤维与纤维之蚓的总的接触面积大，纤维之间抱和好，拉断纱线时， 纤维不易滑脱，成纱强度高。纤维越细，纱条的理论不匀越低，纱线条 干越均匀。细纤维的抗弯、抗扭刚度小，纱中毛羽数量少，纱表面光洁， 手感柔软，加工成的织物光泽柔和，悬垂性好。在纺织生产中为保汪成 纱质量，必须根据纱线的粗细与产品要求选择纤维的细度。在纺织加工 中，细纤维容易产生扭结和纠缠，因此丌松、梳理时纤维受力作用不。白 分剧烈，但存牵伸、加捻及成纱过程中，细纤维纱条抱和好，断头少， 加捻效率i 荔；粗纤维纱条容易断头，加捻效率胡、低。因此纤维细度与纺 织生产与产品质量有着密切的关系，! 凶须对每批原料测定细度，以掌握 原料性质确定合理的加工工艺。 纤维的细度指标有特、分特、纤度秆i 公制支数。 ( 1 ) 试样准备：从不锈钢纤维中取出一束纤维( 大约10 0 0 2 0 0 0 根) ， 整理两次，用一号镊子央取纤维束筲于限制器绒板上，反复移植两 次，叠成眭纤维在下短纤维在l ：的一端整齐、宽约5 6 m m 的纤 维束。 ( 2 ) 实验仪器：y l7 1 型纤维切断器( 1o m m ) 平扭力天平( 5 0 m g ) ( ： ) 参照标准：g b t 14 3 3 5 1 9 9 3 ( 4 ) 实验方法：中断称重法 ( 5 ) 相关公式： r = 嚣x 1 u 器x 1 陋)门u 。 7 j 一线密度( l e x ) ；”一纤维束中纤维的根数 青岛大学硕士学位论文 重量( g ) 。 ( 6 ) 测试结果得不锈钢长、短纤的线密度分别为5 7 t e x 和1 1 r e x 。 2 1 2 不锈钢纤维的拉伸性能 使用y g 0 0 1 型电子单纤维强力仪测定各种纤维的单纤维强度、仲长 及有关指标。它是通过非电量的电转换方法，用高灵敏传感器将纤维拉 伸使所受的力转换成电讯号，经放大和模数转换后直接由数码管显示出 纤维的断裂负荷值。纤维的拉伸采用步进电动机转动，脉冲计数，其断 裂伸长值也由数码管直接显示，精密度较高。传感器采用张丝结构，4 组电阻丝联成电桥，传感器未受力作用时，电桥平衡无讯号输出；传感 器受力作用后，电桥失去平衡，输出与受力大小基本成正比的电讯号， 经放大后输出。两头持器将的央持距离为1o m m ，实验结果如表2 1 所 7 阿： 表2 1 不锈钢纤维线拉伸性能数据 2 1 3 试验结果与分析 从表2l 中1 1 以看出：匠、短纤的拉伸性能相差较大，不锈钢长丝 的断裂强力及断裂伸氏分别为不锈铜短纤断裂强力及断裂伸长的48 和 2 1 3 倍，长丝的细度为短纤的5 2 倍，使得不锈铡长短纤的断裂强度相 差不大，短纤的比长丝的高1 o c n tex 。由于长、短纤所受拉力相同且 拉伸速度较小，当不锈钢纤维受到缓慢拉力作用时，不锈钢长丝有着很 大的可剃性，不锈钢长丝截面方向的周长向长度方向转移大，凶而不锈 钢长丝的断裂仲长率达短纤的2 l 倍之多。 2 2 纱线研市| j 第二章纱线研制与性能 2 2 1 不锈钢混纺纱的研制 棉纤维与不锈钢纤维混纺工艺流程如下： 首先将不锈钢短纤维和棉纤维混纺制成条子，混纺比为1 ：9 ，在梳 棉过程中，由于不锈钢短纤维脆性较大，不锈钢纤维常发生断裂流失， 从而降低了不锈钢在混纺纱中的实际质量分数。实测不锈钢纤维在混纺 纱中的质量分数为7 4 。 2 2 2 不锈钢纤维包缠纱的研制 不锈钢腈纶包缠纱采用h k v l 4 1 d l 型包覆丝机生产，其具有包覆 度变异数小，芯丝张力均匀，d i n g 速稳定，操作方便，高速高效的优点。 图3 1 表示了包覆丝机的工艺流程。 卷 取 奏寨銎鬣： 壹 伸 图3 1包覆丝机工艺流程示意图 雾磐一一 繁一 r 萋 醛鬻 。；鬈 青岛大学硕士学位论文 ( i 一喂料辊2 一不锈钢长丝筒3 预牵伸辊4 一龙带5 一空心锭子6 一外包 覆纱腈纶7 一双边筒子8 一气圈导丝钩9 一引纱辊10 一压辊1 1 一往复运动导丝 器1 2 一卷取辊13 一包覆纱平行筒子) 纺制过程如下：筒型不锈钢丝简2 在喂料辊1 的带动下积极退解， 经预牵伸辊3 后，喂入空心锭子5 。当不锈钢丝从空心锭杆引出后，空 心锭子在龙带4 的摩擦带动下高速回转，从而使套在锭子上的双边筒子 7 上的外包覆纱腈纶6 高速旋转而退解，在气圈导丝钩8 的作用下，腈 纶形成包覆气圈。包覆气圈绕锭杆中心一转，包缠纱就被加上一个捻回。 随着空心锭子的连续高速回转和芯丝不锈钢长丝被连续牵引输出，腈纶 就不断地包缠到芯丝不锈钢长丝上而形成单包覆纱。在卷取区，借助成 形机构控制的往复运动导丝器11 按一定的规律往复运动，从而将引纱辊