（纺织工程专业论文）抗菌抗静电防微波辐射多功能文胸的研制.pdf

摘要 v l ， _ j c r 3 0 3 本文旨在介缓抗菌、抗静电、防微波辐射多功能文胸的研 潮过程。其多功能佳楚漓精不锈销纤维来实现静。 首先论证了不锈钢纤维的功能机理，在抗菌机理方面，进 行了较全萄静分褫，并逶过v o y a g e r 瑟谱仪溅定了抗菌成分， 正 明了抗菌耐久性。 详绥讨论了文璃肉菇支撑菸戆实筏工艺。通过正交浚计分 析了各影响因素的显著性，并确定了纤维原料、针刺工岂参数 及混雳不锈钢纾维瓣魄铡。 以此工艺为穗础，进行了四种工艺流程的比较分析，最终 确定了较灌惩教王艺浚纛。1 研究表明，把不锈钢纤维应用于文胸的生产中是切实可行 瓣。辑铡蹬粒文麓具有其憩同类产鑫无可 l 拟的优点。 【关键字】多功能文胸抗菌，抗静电防微波辐射 不锈钢纤维 a b s t r a c t t h i s p a p e rm a i n l y i n t m d u c e dt h er e s e a r c h o fp o l y f u n c t i o n b r a s s i e r ew h i c hp o s s e s s e st h ep r o p e r t i e so f a n t i b a c t e r i u m ，a n t i 。s t a t i c a n dm i c r o w a v e p r o o f a 1 1o fi t s f u n c t i o n sa r er e a l i z e db ym i x i n g s t a i n l e s ss t e e lf i b e r i nt h eb e g i n n i n g ，d a m o n s t r a t e dt h ef u n c t i o n a lp r i n c i p l eo f s u c h f i b e r , a n df o c u s e d o n a n a l y z i n g i t sm e c h a n i s mo f a n t i b a c t e r i u m - t h e np a r t i c u l a r l yd i s c u s s e dt h ep r o c e s so f b r ai n n e r - s u p p o r t i n g w a d d i n g ，d e t e r m i n e d t h e p a r a m e t e r s o fn e e d l e p u n c h i n gp r o c e s s b a s e do nt h er e s u l t ，岛u rp r o c e d u r e s w e r ec o m p a r e d ，a n df i n a l l y s e l e t e dt h ei d e a lo n e c 1 e a r l y , i ti s r e a l i z a b l et oe m p l o ys t a i n l e s ss t e e l f i b e rt ot h e m a n u f a c t u r eo fb r a a sf a ra sf i m c t i o ni sc o n s i d e r e d ，t h eb r a i sb e t t e r t h a na n y o n em a d eb yt r a d i t i o n a lm a t e r i a l s ， k e y w o r d s p o l y - f u n c t i o n b r a s s i e r ea n t i b a c t e r i u m a n t i s t a t i cm i c r o w a v e - p r o o f s t a i n l e s ss t e e lf i b e r 抗菌抗静电防微波辐射多功能文胸的研制 h u 吾 一、背景 文胸又称乳罩，是现代女性必不可少的生活用品，电是女性荧 晦簸鸢镣之一。它酶2 生曲畏b 久。举= 莲吉埃及阱，雾洧 、静毫 织的带带紧束自日胸。据史料记载，文胸的正式诞生是在1 9 1 4 年，美 国天瑙嚣鞘舞塞猿备布取褥了第令文秘羲发黉专羁t ，该产菇 采甩两块手帕和粉红色的缎带结合起来制作而成，取名为“露背式 骢罩”，这裁怒 程e 藏 露姣疆瓣囊形。 自胸罩问世以来，越来越踅到人们的青睐。自第一次世界大战 牙媲瑟，文骢褥螺抉鼢翅翊蛰及。“坎凑式”、“嚣羲式”、“无繁 式”、“三点式”等2 ，文胸的式样随着时代的发展和人类文明的进步 蔼演变。它不仅是女燃门粒必嚣晶，恧曼已戏为一糖个性穰燕跨的体 现，成为一些服装设计师和生产厂家关淀盼焦点，成为美和利润的载 体。 文胸的产生和发展是在人们对萁功能的不断认识和发展中实现 的。如果谢目对固定的外在支托感以及收身塑体的美学功能会使以前 的日女对之青睬的话，那么奁秘懒日此发达盼今天，在入们觉相追求 生活质量的意识下，这两种功能已经远远不能满足现代女性的需求 了。舔有关资糟掇道，城市女麓麴买文褥多集中夜3 0 - 1 0 0 元的中商 档次 ：。柔软、透气、轻薄的内层支撑物和贴身秀美的设计只是桥 志豌衣箍质静个方瑟，抗静毫、茨辐射、灭菌豫嶷、傈懿皮获等特 殊功自更是厂家推陈出新占领市场的焦点。因此开发研制功能胸衣已 成为消费者稻瑟家豹共淄呼声，本谦怒裁跫奁这撵黥背景1 f 产生酶。 二、课题的意义 本漯楚努精l 豹产鑫一文魏，茧只是绣织品孛数拿小小懿缰袋 部分，但作为服装辅料和纺织成鼎的一种，开发其功能性怒具有普遍 意义憝。 1 研究抗静电纺织品的慧义 自三卡年代合成纾绻翘世以来，因具诲多天然纾缨无法 瓠的优 抗苗抗静电防微波辐射多功能文胸的研制 良性能，如弹陛好，强度高，耐磨损，耐腐蚀等，而迅速发展，但在 生产和使用过程中也暴露出一些缺点，如吸湿l 生差，造成静电现象比 天然纤维严重。关于静电的危害主要表现在以下n 卜方面： 在纺织加工过程中，产生的静电会使正在开松的纤维贴附于接地 的机框、管道等处，造成输出的纤网不匀；在粗梳、精梳、并条等过 程中，由于静电吸引发生缠绕皮辊和罗拉的现象同时由于静电排斥 又会造成飞柳象；在织造过程中，异陛电荷的吸引和同性电荷的排 斥，造成纱线毛羽增多，纱线之间纠缠以及纱线之间相互排斥形成特 殊气圈；在印染加工过程中，由于烘干、热定型等高温立e 理及织物与 机牌的摩擦，同样会产生数千伏的静电压，带同性电荷的织物间的排 斥作用，在折叠工序中会使织物表面起皱。 从眼装卫生学的角度看，在人体带电电压大于2 - 3 i ( v 以上，织 物比电阻在l o ”欧姆- 厘米以上时，般就会有明显的静电影响和感 觉，表现在对人体不j 舌和污染两个方面。关于不适，主要是外捉、裙、 裤等的缠身，行走困难，不好脱下，妇女的内衣往e 缠绕、内衬语的 缠贴身体，穿脱内衣时有放电刺激，甚至有电：k 花等现象；关于污 染，是由于带相反电荷的物体相互吸引所致。其作用力的大小如下式 f d t , ：f = 脞s 式中：q 1 物体1 所带电荷量； q 物体2 所带电荷量； r - - 1 、2 两物体问的距离； k 一常数。 作用力f 为负值时为吸引力，由于这个吸引力造成了吸引灰尘、头屑、 皮屑等静电污染。研究指出，织物静电对浮尘的吸附眭最强，而正电 荷能吸引更多的灰尘。实际上，在织物放置不带电时，合成纤维的污 染性低于天然纤维织物，但在穿用时，合成纤维的污染i 生明显增高， 是天然纤维的1 8 2 4 2 6 倍。织物的摩擦电血越高，无论正负，由于 感应而吸引灰尘、皮屑等引起织物的污染程度越高。 2 研究防电磁辐射纺织品的意义 抗菌抗静电防微波辐射多功能文腊的研制 电磁辐射是指电磁场能量以频率为3 0 - - 3 0 0 0 0 t 心t z 电磁波的形式 向外发射的过程。 人们日常生活中使用的电子设备和产品，如高频加热炉、高压 输电线、微波和雷达等发射装置，以及空调、电热毯、电冰箱、电脑、 电视机等都会产生电磁辐射。 电磁辐射作用于工作中的电子设备和产品，将引起干扰现象， 严重时还会酿成大祸。电磁辐射作用于人体，将直接危害 体健康。 处在1 5 - 2 0 1 m z 的中、短波电磁辐射下，主要是中枢神经系统功能失 调，表现为植物神经紊乱等；在3 0 - 3 0 0 0 0 l v 氍i z 的短波和微波电磁场作 用下，其伤害表现为：微波辐射的热作用引起皮- f 温度升高，呼吸、 心率加快，如果微波功率过大，组织产热大于散热，体温调节失去平 衡，最终导黟呒亡：微波辐射对予0 血管系统的作用使长期接触微波 的人j 曲珈出茵或i 丑缓，经心电图检查可发现a 房、一队垂传导时间过长， 还可出现冠状动脉供血不足：微波对血液、内分泌功能也存在破坏作 用；电磁波对中枢神经系统有破坏作用，高强微波可使人休克；微波 对晶状体和视网膜也具有损伤作用。 电磁辐射还能诱发癌症，有关资料表明，常在高压输电线附近 工作的人，体内癌细胞生长速度比一般人快2 4 倍。7 3 研究抗菌纺织品的意义 在自然界物质循环消长的过程中，微生物存在极为广泛。一般 情况下，纤维e 会吸附很多微生物，其数量依环境条件和纤维种类而 不同，约为1 0 2 _ l0 3 个c 群之间。如果环境条件适宜，这些微生物细 菌就会i 丑速繁殖，产生种种危害。 在医院中，空气内常漂浮细菌。医护人员的服装上、患者的服 装上以及床单、窗帘、地毯等医院日用纺织品上有很大的带菌可能性。 这不仅易造成患者的交叉感染，也会把病菌传给健康 和医院之外的 环境中。 作为食品加工工厂、餐厅饭店及家庭厨房保洁工作的一个重要 方面，工作服、围裙、抹布、食品包装布等纺织品必须考虑到抗菌功 能。 抗葡抗静电静徽渡辐射多功能文鹣的研制 日用缆织是上缨萤农生活环境中会避趱繁殖，锬其卫生瑟化， 祷剐是自臌内的气候构成细菌滋生繁殖的窝好条件。邋些细菌脊金黄 色葡萄球馥、大肠$ f 菌、黑曲霉菌等，& b 使镬些缨嫠楚非致命蕊类， 氇会产垒一定的瘸瑷瓣激。龙萁是在茬装洁裔 、体分泌的汗液和皮脂 时，由于细菌的分勰作用，公产生氨气等恶舆气味，遨转体臭翘往绘 生活壤蠡a 灏灌，与臻钱生溺建隶努逶静方囱$ g 违背。， 4 为女睦稀哆功能文胸的意义 在奎今毒圭会，女牲翡技会逮篷不叛提篱，在社会室港瓣备个方 筒起着不w 戏缺的作用。由于在生活栖工作中，接触狲毽稿哒多的静 邀、辐齄、缨莹，熊害女毪努俸塞寮，嚣鼗蠹女瞧黪 援生防护矮最 存着骚的现实意义 尤其炫对哺乳期的妇女驻为重要。穿用多功能 文腌毒害溅嚣孚b 蹲攀洪不黪攀甍甄写l 起婴j b 怒纛遵霉麟鞭跨 瓤康复乳母乳头因裂儿吮吸授伤丽致的急性乳房炎、穿用部位的疖脓 黔等，另岁 ，对静魁靛防护舔l 予嘴孥k 麓女装糨妥j 醇酵疆鳓晦0 境，列微波的防护珂以降低峨形儿的出生率磐等。 三、本课题的研究重点 1 功能纤维不锈科纤维的鍪产、性能、应用殿其抗静电、防 微波、撬藏蛰1 理的撩过。 2 文胸肉层支撑体的加工。指市场调研，文胸内层支撑体多数 为海槔或喷暌瞧，而本课题联究的是用错未4 薄强昨为内麒支撑 钵，盛予工髦还不裁熟，函就需考察各工艺参数对支撑俸注能 的影响，以确定较优工艺。实现从原料选择至物工工艺的忧化。 3 本瀑嚣骚爨豹蓑终慧蓬：采溺奉课憨靛方法生产酶交瀚支撑 体，在增加了功能胜的同时，其机械、服用性能与普通文胸相 毙不会降羝。 4 因为对不锈锕纤维的生产加工性能不熟悉，所以还需通过实 验寒考察宅穰避辍了萌麓瞧翁潮霹，慧否还煮葵链方嚣熬影 晌。 抗菌抗静电防微波辐射多功自文胸的研制 笫一章不锈钢纤维综述 1 i 不锈钢纤维的生产及主要陡能 不锈钢纤维是种人造无机纤维，与铜、铝游纤维同属金属纤 维，它的加工方法有目下几种： j 单丝拔丝法 | 集柬蔽丝法 l旋鸯法 i 高频振荡切削法 羧绣织黪毒- 锈锈簿垂鐾是蜜童径为艇魏龛罄隈黼残，鸯 于金属熔点高，拉伸应力大，要制取高细、柔软、纤度均一的纤维， 在技零上要壳溅不少困难。 寝卜i棚纤维与其他金牌纤雒性隧的嵫” 、萎能 攀丝直径密蹙按强强力弹性楼鳖熔点 麟 耻m 雷潦h p a g f 鱼c 不锈钢3 0 41 57 82 31 9 6】1 7 7 不锈锈戳 7 。8& s 21 9 6i 1 7 7 c u 1 0 0 08 9o 5 4 1 0 8 3 c u1 0 08 90 4 4 - 0 ，4 51 镐 澈9疆3 82 。81 4 4 6 可见不锈钢纤维在单丝直径远远小于其他金属纤维的情况下 萤眭憨要键予獒它驽缝。 1 2 不锈钢纤维的表面形态及成分分析 抗茁抗静电防微波辐射多功能文胸的研制 图1 1 为不锈钢纤维截面电镜图。图卜2 为不锈钢纤维表面电 镜图。 从图中可以看出，不锈钢纤维的横截面呈不规则的圆形，这是 由于扦拔拉伸所造成的。 其成分定性和定量分析见图卜3 和表l 屹。该工作是在具有s u n s p a r c 工作站的v o y a g e r 能谱仪t 完成的。它具有智能的定| 生分析在 自动鉴定样品中的元素时极少发生错误，另外它的p r o z a 程序是定量 分析的一个极有效的方法，表1 1 2 显示的就是样品由p r o z a 基体修正 所得的定量分析结果。 b q k v l 图卜3v o y a g e r 自酿轧；c j c j 不锈钢2 刊浙含元素的定生分析 e l e m e n tk r a t i o z a fa t o m e l e m e n tw t e r r t a l c )w t ( 1 一s i g m a ) a 1 k0 0 0 0 3 22 0 10 1 300 6 + 00 1 s i k 00 0 0 31 6 5 100 9 0 0 5+ 一00 1 m o - l0 0 0 1 1 1 3 2 500 80 1 5+ 一0 0 2 c r k 0 2 0 6 409 0 41 9 8 3 1 8 6 5+ 一0 2 1 m n k0 0 2 1 010 2 5 21 621 5 + 一0 2 8 f e k 06 8 3 610 2 56 9 3 4 7 0 0 6+ 一05 1 n i k00 8 2 71 0 7 4 83 688 8 + 一02 3 。total i 0 00 0 i 0 0 0 0 表卜2v o y a g e r 能普雠对- r 蝴纤维所含元素的定量分析 i 3 不锈钢纤维产品简介 不锈钢纤维是种高强度、耐热、耐磨、耐腐蚀、，且具有良好导 电性能的材料，由它加工的制品被广泛应用于航天、航空、石油化工、 6 抗菌抗静屯防微波辐射多功能文胸的研制 冶金、纺织、电子、机械、环保、原子能各领域，其应用前景非常广 阔。不锈钢纤维工艺技术，目前只有少数几个国家掌握。6 0 年代， 先是由美国，继而e 匕工0 时、日本等国开发研制成功。我匡对该技术研 究起步较晚，e l 前从事该产品的工艺研究并拥有其技术的研究单位和 厂家只有三家( 国外技术水平仍然比国内高，产品规格可以达到2u m ，国内只能l 产4 u m 以上的纤维) 。5 不锈钢纤维按其性能丽言，应用领域非常广阔。但因其开发生 产较晚，其制品的开发更晚，因而在我国实际应用上，其量其面仍较 小，较窄。按使用量，有6 0 用于各种过滤器，3 0 用于纺织品，l 蹶 用于改性材料e 。 纺织所用的不锈钢纤维，生产厂家提供的系每束1 2 4 0 0 0 根的长 丝束纤维。经纺织的欠切工序欠切成不锈钢短纤维条子，欠切的长度 可按纺织混纺纤维的要求，加工成不锈钢纤维条子后，用并条方法 与涤纶或棉条按比例混纺，最后成纱，织成各种织物9 ( 在后文中， 湖南卫生防疫站的检测报告中提到的州抗菌混纺纱及其织物就是这 样生产的) 。 用不锈钢纤维开发的纺织品主要有防静电过滤布、防静电工作 服用织物、防电磁波用织物、高压带电作业服用料以及纯不锈钢纤维 制品。以上月科鳃物的主要区别是不锈钢纤维含量不同，如按含量排 列大致如表卜3 ，防静电服的含量最低，高压带电作业服的含量最高。 表卜3不同含量不锈钢纤维的产品名称及用途； 不锈钢纤维含量*产品名称用途 0 5 一l防静电工作服用于有静电危害场所 3 5 防静电e 嘴布 过滤带电粉尘 3 5 防雷达侦察障布坦克、大地伪装 5 - 1 5防微游魏射服用作人身防护 5 - 1 5 翅藏用贴墙布防! p 外来信号干扰及防 止敌方侦察 2 0 假雷达靶子、除电布迷惑敌人、消除器皿或 材料带电 3 旷4 0 高压带电作业眼不停e 凇电路用 1 0 0 纯不锈钢纤维布 高温气体酸、碱性液体 及污水处理过滤用 抗苗抗静电防微波辐射多功能文胸的研制 1 4 国内现状及前景分析 1 生产瑚状6 生产工艺路线为：热挤压( 8 0 0 4c ) 一一冷拔一退火一一( 多 次重复) 。这种流程为大多数厂家所采用。 年产5 t 规模的不锈钢纤维厂投资构成： 设备：i 0 0 万元工人：1 5 人 1 0 0 0 m 2 ( 轨高4 m ) 厂房：1 0 0 万 蒸汽消耗：2 t 天 循环水：l o t f l 天 耗电：3 0 0 k w 天 以直径为8 “i 1 1 为测算依据，国内市场8 0 0 元k g ，国外1 5 0 美 元k g ，而日本为1 2 0 美元k g 。 年产5 t ，总产值为3 0 0 万元 总成本2 1 0 万元 贷款科息3 0 万元 折旧1 4 万元 利税4 6 万元 据测算，国内市场每年需求量2 0 万t ，国内现生产量大约为1 5 万t ，尚有缺口，但并不很大。 从性能上来说，每根纤维均匀度可达1 5 ，优于日本水平，长度 在2 0 4 0 米之间，规格均在4um 以上。长沙产不锈钢纤维与国外 同类产品相比，除8um 纤维的单纱强力小于比利时的外，其他方面 均相当于进口产品。国产纤维强力低的原因是原料钢材含杂太多，国 外纤维用的钢材，专用小炉生产，所以纯度较高。而国内均是大钢厂 生产的，故含杂多，拉拔后的强力也就嘲氐。 以下是国夕卜及国内不锈钢纤维陛能的比较： b t u n s m e t ：比重7 9 ，融点1 4 0 0 - - 1 5 0 0 c ，比热0 1 2 ，热传导 率0 0 3 9 ，固有比电阻7 2 微欧厘米，表观弹性模量1 9 0 g p a ，拉伸强 度27 4 5 克旦，伸长率1 _ o 一2 0 9 6 。“ 我国的不锈钢纤维：融点1 1 7 7 。c ，固有比电阻搿微欧厘米， 抗营拭静电薅擞波辐辩多功熊文艟豹螃铡 弹陛模量1 9 6 g p a ，断裂强力8 0 - - 1 2 0 k g i i m 2 ，其他陛能均相同。 2 。 l 莓景分毒厅 豳前来看，我国不锈钢纤维的生产，在技术上已经过关，今后 产量魄将大攮痰增如。健不锈钢多黪翳晶开发无论从枣场嚣求，还跫 经济效益，比开发生产纤维更商吸引力。 暇豳是无鬻前期投资，没露太大风险，开发出来的产品附加德 比不锈钢纤维滋高；不锈钢纤缀不仅具有般金糯的特牲一一导热静 电性镰，而且舆有纺织纤维的特性一一可纺性，既可与纺织纾维混纺， 也可荦独纺织；应用领域广，聪已在化工、航天、航空、电子、汽车、 军事婶领域作为代用材$ 4 、新产品开发等方面引超新一轮开发重点， 毽在纺织簇城中不锈钢纤维制晶尚未穰爵静开发，对已有筛品应罐 高产黼质量，争取扩大出口，开拓国外市场，对尚未开发的不锈钢纤 缁 织迄蒂、小锌察麓凝压延骥翻晦瞬笋髓痰，疆取代僦盈产 品。 抗菌抗静电防微波辐射多功能文胸的研制 第二章不锈钢纤维抗静电机理 2 1 摩擦起电机理 1 偶电层理论 一般的摩擦起电现象，由两摩擦物体的接触和分离两个过程组 成。在摩擦接触表面层间距小于2 5 x l o - 7 c m 的情况下，界面两侧的 分子就会相互吸引。这种吸引作用是由分子内部原子核对彼此的电子 相互吸引产生的。这是因为表面层分子的电子，既受该物体的原子核 吸引，又要受到界面另钡4 的不同物质的原子核吸引，而两侧电子核 吸引电子的能力不同，同时位于界面两侧的电子又有相互排斥作用， 其共同作用的结果，吸引电子能力强的那种物质的原子核，会使界面 另侧的部分电子偏向界面移动，同时使它原来吸引的部分电子被排 斥到离开界面的方向。这样在界面两倒相对集中了相反电荷的吸附 层，这是种有一定分散程度的吸附层。离开界面的方向上，又分布 着与各自界面侧电荷符号相反的离子扩散层。以上电子移动伴随着 离子化，形成了如图2 1 所示的偶电层。还有极性基团的纤维高分 子材料由于受接触电位差的影响发生极化；接触时材料的压电效应； 摩擦时的不对称l 生导致的两块材料的温度差，引起电荷转移等，都能 促使或加强偶电层的形成。 r 、，、 一一 i f 一一 一 i ! o ； !。l 、 ! 一一+ 一一f 2 c 图2 一l偶电层的形成t 在两物体充分接近的情况下，它们所形成的电场相互抵消，对 外界没有显示电场。但实际上，偶电层间存在着电位差，其定量关系 抗苗抗静电防微波辐射多功能文胸的研制 式中：u 一一偶u m 甚2 _ 问的电位差( v ) ； q 一一偶电层上所带的电荷量( c ) ； c 一一偶电层之间的电容( f ) 。 以上是接触过程或者说电荷移动形成偶电层的过程。在分离过 程中，分离所必需的力学的能量向带电能量转换，使带电物体的能量 渐渐e 升。实际上在这1 螺中，同时伴随着放电和电荷的泄漏，使 部分电荷散失。通常所说的带电，是指材料不断发生的电荷量与散 失电荷量的差，也就是指达到平衡的残留电荷量。如图2 1 所示的 两个形成偶电层的固体物质快速分开，必然是个物体表面带正电， 个物体表面带负电。从式( 2 1 ) 可以看出，若能完全避免两物体 分离时电荷的泄漏中和，则偶电层产生的电量q 不变。另外摩擦接触 面间距越小，电容趔汰，由于在分离列程中两层接触面分开，两令物 体问电容c 大大减小，造成静电电幽大大升高。因此高分子材料 快速分开时，尽管绝对电量l 刚、，但可以带上极高的上万伏的电压， 这就是纤维材料摩擦起电以致放电、产生火花的原因。这里指出一点， 摩擦起电的过程是在瞬间完成的。例如几秒，几分之秒，甚至几毫 秒以内，否则电荷容易逸散。 2 量子力学理论 关于摩擦起电机理还有量子力学理论学说，它认为自由电子中的 电子具有完全固定的能量级，并由一定的禁区相互隔离。物体的静电 序列是由物体原子核对电子吸引力大小及能量级高1 氐来决定的。 它对静电放电的解释是：摩擦静电电压可自酎艮高，但摩擦功的 大小可能有限，所以带电量是有限的。因此即使与此带电体接触，或 被其放电击中，也不会对人体造成危险。 2 2 纤维材料静电积聚过程 纤维材料的静电积聚过程，实际是电荷的产生和电荷的逸散的 动平衡过程。在纤维材料的摩擦接触中，产生了静电积聚，此时与大 地的静电差就会增加，所以泄漏的电荷量也会增加。纤维束绕经导辊 抗菌抗静电防微波辐射多功能文胸的研制 的过程中，与导辊先摩擦接触而后分离，产生静电的过程如图2 2 所示。 离直 图2 - 2 纤维束绕经导辊产生静电的示意图4 纤维束在与导辊表面摩擦接触时，两物体表面产生电荷移动。 根据两材料的固有静电陡质及接触与摩擦的形式，结果导辊与纤维束 表面，个带正电，一个带负电，在接触表面e 形成偶电层。在接触 区，对系锹i - 部不显示静电性，导辊和纤维束两物体间的电荷呈中和 状态。但从纤维束离开分离点开始，两物体则分别带正电或负电分开。 纤维束进入逸散区后，通过与导辊间的放电、自身的传导和与空气中 离子的吸引、排斥、中和等，使电荷逸散或称为电荷衰减。电荷的逸 散速率如式2 2 所示： d q _ 一 d t 里 _ ( 2 - 2 、 。rp 。 式中：q - 一封闭曲面内包含的电量( c ) ； 掣一在封闭曲面内，由于电荷逸散而导致电量q ul 的减少速率( c s ) ； 。一空气的绝对介电常数( 。= 8 8 5 4 x 1 0 - “f m ) ； e ，两接触物体表面层介质的相对介电常数，真空 时。r = l ； p 。介质的体积比电阻( 欧姆厘米) 。 式2 - 2 中，当时间t = o 时，曲面内电量吨，则可以导出电量 抗菌抗静电防微波辐射多功能文驹的研制 随时间衰减的方程式2 3 ： 一t 嘲e - 了i 从式2 3 可以羲出，封闭曲面内麴电量是拔指数规律衰减的。 当t = t = e 。p ，时，电量q 衰减为起始值镉的i e 。 在摩擦起电过程中，若单位时间内产生的电量为i 。，则封闭曲 面肉，在d t 时阉内产生的电鬟为i o d t ，联系式2 2 的封闭蓝面肉 的电衙的逸散速率，则在d t 时间内，封闭曲面内的电荷的净增量d q 为： d q = i o d t 当t = 0 时，o = o ，贝u 从式2 4 可以解出 - t q = i oe 。e ，p ，( 1 一i ) 因惫 t 。，p 。 所以舻i 。t ( 卜i e ) 令懋= i 。t 上式的q s 为时间t 时的积累起电鬃，则t 时刻的带电量为： q = q s ( i l e ) ( 2 6 ) 从式( 2 - - 6 ) 看出，在电壁衰减时闻常数t 时刻的带电量为积 累起瞧量的( i - i e ) 。 2 3 导电纤维作用机理 众所周知不锈钢终维是导电纤维的一种，导邀纡维的导电性熊 t e 抗静电纤维更好，靛生的静电能更决的泄漏和分散，有效地防止了 静电的局部誉嶷。同时，导电纤维还具商电晕放电自& 力，能起到向大 地放掉静电的效采。遮种电晕放电是种极微弱的放电现象，已经确 认它不可能成为可燃性气体的豢火源。因此导电纤维在不接地的情况 下，也可雳亳晕敖电的方法清除静电。蒋导电纤维帝嗡接触大地，掰 在电犟放电的蚓时，静电也剜蹬导电方式泄漏入大地，其带电量就髓 小了。 抗菌抗静电防微波辐射多功能文胸的研制 电晕放电受导电纤维形状的影响。导电纤维的纤度越细、表面 越粗糙、或有突起处，越容易电晕放电。当然外界电压越高，电晕放 电也越容易。接地导电纤维的消除静电机理：人们穿着含导电纤维的 织物接触大地( 特别是穿抗静电靴时) 时，其消除静电的机理是在电 晕放电的同时，诱导电荷聚集在导电纤维周围，进而泄漏入大地。具 体过程是当导电纤维与带单体接近时，在带电体与导电纤维间形成了 电场，特别是在导电纤维的周边收敛了电力线，形成了局部的离子活 化领域。图2 3 为带正电的带电体与接地的导电纤维接近时的状况， 在导电纤维周围的空气，由于绝缘被击穿，电晕放电生成了正、负离 子，其中负离子向带电体移动而中和，正离子通过导电纤维向大地泄 漏掉。 不接地导电纤维的消除静电机理：图2 - 4 为导电纤维在不接地 的情况下消除静电的示意图。其消除静电的步骤为： 1 ) 含导电纤维的织物由于摩擦而带上静电： 2 ) 织物( 带电体) 中发生的电荷向导电纤维汇集，导电纤维诱 导了与织物符号相反的电荷； 3 ) 导电纤维附近被诱发产生强电场，使其周围的空气受此电场 的作用而电离。这1 螺就是所谓的电韵放电过程： 4 ) 电晕放电产生的正、负离子中，与织物所带电荷陛质相反的 离子向织物移动，与织物所带电荷中和，从而消除静电。 纤 雏 一一。 图2 q 不黼电纤准消除静电原理 f立：一 一 隆 抗菌抗静电防微波辐射多功能文胸的研制 第三章不锈钢纤维抗微波辐射机理 3 1 不锈钢纤维的作用机理。 根据电磁辐射屏蔽原理，屏蔽材料的屏蔽效能由材料的表面反 射损耗、内部反射损耗和内部吸【懒耗三部分组成。作为电搿鬲射屏 蔽材料，在3 0 - - 3 0 0 0 0 姗i z ( 兆赫) 频率范围内对电磁波的屏蔽和衰减 ( 通常用电磁波通过屏蔽材料后能量的衰砒妊平s e 来表示，单位为 d b ) 应达到3 5 d b 以上，导电塑料的电磁屏蔽效应可用下式表示： s e = 5 0 - l o l o g ( p xf ) + 1 7 t ( f p ) 垅 式中旷一导电塑料的比电阻，欧姆厘米； f 一电磁波的频率，h z ： t 一塑料的厚度，c m 。 当s e 为3 5 d b 时，比电阻p 的值为l 欧姆厘米。通常比电阻达 到1 欧姆厘米以下的导电纤维具有电磁辐射的屏蔽性能。而不锈钢纤 维的比电阻只有0 0 7 4 欧姆厘米，因此它对电磁辐射的屏蔽是显而 易见的。 d 1 微波测量通常是衰减量的测量，即l ( d b ) = l o l g 篙；p 1 为进波 r 功率，p 2 为出波功率。若屏蔽效率达3 0 d b ，也就相当于能量衰减1 0 0 0 倍，即透射量仅相当于 射量的1 1 0 0 0 。 3 2 防微波织物屏蔽效应的影响因素 防微波织物，其防护功能是纺织品中的金属纤维在起作用。当 金属纤维含量在织物中达到足够的比测时，通过经纬交织或混纺，使 织物中的金属纤维构成纵横交错或杂乱的隔离网，把微波与被保护体 隔开，使其能量毒磊成到一定程度，达到防护目的。 防微波织物是金属纤维和纺织纤维的混合物，其织物对电磁波 就不是金属纤维的单一反射，还有介质( 纺织纤维) 对电磁波可能存 在的衍射等综合问题。下面举例说明防微波织物对金属纤维含量及密 度有一定量的要求，与纱线排列关系密切，即与金属纤维网的密度关 系密切。“ 抗菌抗静电防微波辐射多功能文胸的研制 试样纱支完全相同，2 # 与3 # 试样的唯一区别是3 # 未经染色。 l # 经密大于纬密：2 # 经纬密相同；1 # 经密与2 # 经密相同。金属 纤维含量1 # 经纬纱达1 0 ，2 # 经向无金属纤维，纬向金属纤维含 量达2 0 。试样经隔离度( 屏蔽效率) 检测数据如表3 1 。 表 l隔离度单位：d b 瓣 2 0 0 04 0 0 08 0 0 01 2 0 0 0 国 圳z嘲z z蛆也 1 #经向3 3 9 83 3 9 83 0 4 63 0 4 6 纬向2 7 9 62 79 62 7 9 62 6 0 2 2 #经向o 3 80 3 60 5 4o 9 2 纬向 2 9 9 23 8 4 23 3 9 83 3 9 8 3 抖经向o 3 7 03 6 0 3 6o 7 2 纬向3 0 1 03 8 4 23 3 1 53 3 1 5 注：微波检测的发射源为纵向发射( 单一方向) ，对织物经向检 测时，纬向金属纤维对隔离度的影响很小。 1 ) 金属纤维含量对隔离度的影响 金属纤维含量 2 # 经纱 1 # 经纱 2 # 纬纱 o 1 0 2 0 隔离度：2 # 经向 纬向，说明隔离度与密度有关：密度大，隔离度好。 3 ) 纱的排列影响 表3 1 小样澳i 腻结果得到以后，单因素对防护功能的影响趋势 己能看出。以此为基础批量生产了一批布( 试样4 # ) ，金属纤维含 量控制在1 1 。经纬纱均用a 、b 两种纱，a 为含金属纤维纱，b 为 不含金属纤维纱。织物经纬密度相同，经纬向a 、b 纱的 玎芋排列不 同，经测试该织物对微波的防护功能十分理想。见表3 2 。 抗蕴抗静电踌微波辐射多功能文胸的研制 表 24 # 够涮弼稍嫩的隔离度( d b ) l 频率( m t t z )经向纬向 2 03 3 9 84 1 9 4 4 0 0 05 3 9 86 0 0 0 6 0 0 05 2 2 26 0 o o 溯5 z 毖胬r 1 2 0 0 04 0 0 05 2 0 4 注：表中、6 0 0 0 t z 波段澳4 试络采超过袭魏l 度6 0 d b ，实 际数据应大于6 0 d b 。 从表3 2 中看爨，4 # 试榉经纬纱支、金属纤维含爨、经纬密 度相同，经纬纱排列不间，测试结果相距很大，表中纬向隔离度明懿 高于经向。说明在其他祭件相同的情况下，隔离度与a b 纱扫眵4 关系 甚大。 缀观这些现象，可黻得密：织物中鑫属纤缭含量这至定程度 后，熟含量在提高，屏蔽效率提高明显减缓，存在饱和现象；在金瘸 纤维慧含量致盼猜况下，含金耩纤维豹移在织耪中的封眵骥l 的作瞒 很大；织物采用含金属纤维纱与不含金属纤维纱交织，屏蔽效果好于 全帮麓金羁绎绻纱缀遥鹃缀麓，盈与吉金满纤维纱稻不禽金疆纤维纱 的排列有关，即金属纤维以纱的形式所构筑的金属屏蔽网的疏密程度 缀关鼹，藏或密瑟瑟簸效率毒影淀。 当然，要上升到理论高度，推导公式定量解决金属纤维含量与 绥物亵疫，含众震纤维纱嬲三老_ 之阕粒关系逶毒较大鹣差g 基，它 必须以大量实黢为基础才能做到。 了 抗苗抗静电防微波辐射多功能文胸的研制 第四章不锈钢纤维抗菌机理 8 0 年代初，抗菌纤维因其具有较好的抗菌陛、耐久性、安全陛 和服用性等性能而受到推崇。当前，抗菌纤维正在呈现多样化的发展 态势，大体可分为四个方向：一是采用化学技术：二是采用物理改性 技术；三是把抗菌剂掺到纺丝液中纺出纤维：四是复合纺丝技术。1 2 与其他抗菌纤维不同的是，不锈钢纤维是为研制防静电布料而开 发伟! 随的，在使用过程中发觋它具有抗菌眭。因此不同于其他抗菌纤 维，在采用了某种抗菌剂或抗菌基团制造纤维的过程中，就己知道了 抗菌初理，对于不锈钢纤维的抗菌机理 、们还知之甚少。 本章的主旨即对不锈钢纤维的抗菌机理作一下初步的研究。以示 比较，表4 1 列出了各种抗菌整理剂的抗菌机理：” 整理剂类型抗菌机理 无机炭活性氧和银离子逐渐溶出，在细胞内扩散，破坏细胞内蛋 白质的构造，引起代酬目碍。 可与纤维配位的金在银离子作用下，电子传达体系受阻，细胞内蛋白质的构 属类造遭破坏，或与d 帆( 脱氧核糖孩酸) 反应所致。 有胡季铵盐类季铵盐阳离子与微生物细胞表面的阳离子部位静电吸附， 在加疏水性作用，从而破坏细胞表层结构，使细胞内物 质渗漏，从而停滞呼吸。 胍类与季铵盐类同，阻碍了细胞溶菌酶的作用，使细胞表层结 构变性丽破坏。 铜化合物铜离子破坏微生物的细胞膜与细胞内酶的跚基结构，从 而降低酶的活眭，阻碍其代谢功能，抑制其生育而死亡。 天然核聚糖纤维表面核聚糖分子内带正电荷的氮基吸附细菌，与细胞 壁阴离子成分结合，阻i e 细胞壁内外物质的主动传递。 要研究抗菌机理，首先必须了解细菌的结构功能、生长特点及环 境影响因素，然后才能根据纤维的特性找出它与细菌生长的抑制关 系。 4 1 寄生于 皮肤匕的常见病原微生物及其危害 皮肤粘膜上存在着一些对人体有害的微生物，称病原微生物， 可以使人发病。常见得病原微生物有绿脓杆菌、金黄色葡萄球菌、伤 寒杆菌、痢疾杆菌、泡疹病毒、枯草杆菌、肠病菌、产气荚膜杆菌， 以及引起皮肤癣病的真菌和引起肝炎的病毒等。5 这些病原微生物不 抗菌抗静电防微波辐射多功能文胸的研制 但引起自身感染发病，还可以引起他 感染。经其传播的常见病有： 肠趟传染、皮呋化脓性疾病、泌尿道阴道炎及眼炎等。 4 2 细菌的细胞结构 几乎所有的细菌都具有细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核等结 构，称其为基本结构，其中任何部分遭到破坏，都会导致细菌死亡。 这里需要说明的是，细菌的细胞核比较原始，是由一条环状双链的d n a 分子高度折叠缠绕而成，因含磷酸基，而带有很强的负电荷，其结构 虽简单，但同样具黼遗削言息、决定和倘蓥遗侉出状的功能。 4 3 微生物的生长规律 微生物的生长规律一般可以用微生物的生长曲线来反映，整个 生长曲线可划分为四个时期：停滞期、生长旺盛期、平衡期、衰老期。 生长旺盛期细菌个数呈几何倍数增长，在平衡期，细菌个数趋于稳定， 达到最大值。 如图4 一l 为潮湿的棉织物经过2 4 h 后金黄色葡萄球菌的增长。 其过程是将l m l 水中含有1 0 5 个菌落的水用于将近0 5 9 的棉上，几 个小时候菌落会呈对数增长，每毫升将由10 5 个菌落增长到1 0 。个。 然后细菌数稳定下来，这是这个系统所能具有的最大微生物量。c 8 图4 - 1 为经抗菌处理后细菌的生长曲线。可9 已l 抗菌效果主要表 现在停滞期，使细菌数量腔市$ 左最f 氏水平，井使之稳定。 图4 _ l 细菌生长曲线” 4 4 生物酶的特点和作用 生物酶，亦称酶，是一种生物催化剂。生物体中的一切化学变 8 4 o 睡景每譬 抗菌抗静屯防微波辐射多功能文脚的研制 化，或者说，生物的切生命活动，都是在酶的催化作用下进行的。 酶本身，就化学本质来说，是蛋白质。 酶对环境条件极为敏感，迄今为止，已知所有酶的化学组成与 一般蛋白质并没有不同。它和蛋白质一样，在高温，高压，强酸或强 碱，重金属盐，紫外线等条件下，都会因蛋白质变生而降低甚至丧失 催化活性，也常因温度、p h 等的变动或抑制剂的存在而使其潘f 生发 生变化。 4 5 理化因子对细菌生长的影响 1 温度 任何一种微生物都有自己的生存温度范围，当环境温度超出此 范围时它们将无法生存。微生物在其最佳生长温度范围内能迅速而大 量的生长繁殖。采用抗菌纤维抑菌的过程中，温度的影响并不重要。 2 p h 值 微生物的生命活动和物质代谢都与环境的p h 值有着密切的关 系，不同的微生物要求不同的环境p h 值。大多数细菌需要在酸| 生或 偏酸眭的环境中生活，最适p h 值范围为3 _ 6 。因此凡能使细菌生存 环境的p h 值改变的因素都会相应的影响细菌的生长。 3 有害物质 对微生物生长能产生不利影响的有害物质主要有重金属盐类、 卤素以及其他氧化荆和部分有机物。 4 6 不锈钢纤维的成份与抗菌陛的关系 1 不锈钢纤维的成分 表卜2 显示了不锈钢纤维成分的能谱分析结果。可见其中富含 重金属元素c r 、n i 、等。 2 抗菌机理分析 一 不锈钢纤维呈阳离子性，带正电荷，而细菌生存繁殖的最佳介质 是中性或弱酸性，带负电荷，因此正负电荷相吸可有效束缚细菌 活动的自由度，抑制细菌生存与繁殖。另外，细菌的染色体带负 电眭，所以带正电性的不锈钢纤维对细菌的遗传物质也会有+ 定 的抑制作用。 抗菌抗静电防微波辐射多功能文胸的研制 一 不锈钢纤维具有抗静电陛，自戡f 抄尘埃的吸附，从而减! ! 尘埃e 所带细菌的吸附；另外，尘埃的减少相应的减少了细菌增殖所需 的底物，在一定程度上抑制了细菌的生长。 金属的存在会使细胞周围环境的p h 值发生变化，影响其对营养 物质的吸收；另一方面，会使重金属比其离子形式更易进入细菌 机体，产生毒害作用。 一 由于重金属元素的存在，在人体弱酸陲环境下，会有一定量的重 金属离子存在，被结合到细胞表面，由于渗透压的作用，进入细 胞中，而使细胞液渗出，造成毒害作用。 金属离子j 拄入细胞同酶或蛋白质上的s h 结合发生反应，致使 酶活性丧失或是蛋白质变性。 一重金属离子在细胞内与主要的代谢物发生螯和作用，或者是取代 细胞结构上的主要元素等等，从而抑制暾生物生长或导致机体死 亡。 _ 金属离子j 赴 细胞内，也会改变细胞内的弱酸性环境，影响酶的 活1 生，从而抑制生化反应的进行。 3 不锈钢纤维抗菌性测试 以下抗菌测试所用试样均混是由含5 不锈钢纤维的混纺纱通过 柳l 难始鸭 l 的方法制成的。织物抗菌性钡悔凇见f z 广r0 1 0 2 1 9 2 。 表4 _ 2l n 抗菌混纺布对细菌生长繁殖的抑制效果 菌名可引起的疾病抑菌率( ) 大肠菌群尿道、肠道、呼吸道感9 9 3 6 ( 兀d = 2 5 9 2 2 7 ) 染等 金黄曾斯黼肺炎、骨髓炎、疖痛等 ( a 1 2 5 9 2 3 7 ) 溶血蝴菌猩红热、风湿、丹毒、 9 9 8 6 ( 3 2 1 7 2 )扁挑炎、脓度 姻嚷痛 绿脓杆菌为腐败菌株，可引起败9 鱼8 6 ( a 1 1 u = 2 7 8 5 )血症等 伤寒杆菌( 5 0 4 0 2 )伤寒、肠炎等 9 9 淋病双球菌淋病等 9 7 0 9 白色念球菌脚癣、皮肤、脏器粘膜9 7 9 7 感染等 抗蕴摅静电骑微波壤射多功能文鹪的研制 表争3抗菌混纺纱对黄曲霉( 致癌真菌) 孢子萌发的影响 辩嶙况 孢子总数孢子萌发个萌发率锺j 别率 纱线 幞( 令)数( 令) 涤l n 混纺纱 3 1 71 44 4 18 8 i 捣心混纺纱 3 3 41 23 。6 09 0 ，2 l 缝棉纱 3 2 1l 堪3 & 8 表4 1 4细菌和真菌在抗蔺混纺纱e 的存活f 觏 蓥静太弱抒藩童垒寝黼皇龟念糖薅薤| 实验 个 存活与对个群活与对 a 存活 蘸j 结果h 1 盎 照比 m 1 擞 照比c m 塞 纱线秘蹙 x l 蒜 较 x 1 0 4甏 较舞 x l 篱 涤l n 混纺纱3 10 0 1o o l70 ，0 6嘎0 63 6o 8 508 5 | 棉l n 混纺纱2 5 0 1 0 81 0 86 5 04 4 64 4 67 1 01 6 91 6 9 1 营逶终泐 2 3 。l l l 销l l 瓣l l | 以上三个表为湖南省卫生梭疫部门检测数据的部分摘录，原始报 告见蝌表2 。从攘录的h 翅数撼番，溻鸯不锈钢绔维豹抗蘸混纺纱及 其织物的抗蔚功能是彳陵理想的，具有良好的自我浩净作用，即使污染 了细麓，经过2 4 h 囊，可自我游净到相獭水平( 薅彩4 数据均为撵 用2 4 h 的结粜) 。 4 不锈钢纤维的抗菌特性一一永久性广谱抗菌 所鞫1 黼恙菌是擒；c 誊革兰氐阳性菌、革兰氏阴性菌、真菌等均肖 显著戏部分抑菌作用。在表 2 、 3 、4 - 4 中，绿虢 _ 干菌、大肠抒菌、 伤饕糈菌属予革兰氏戮程藩；鬻陲i 瘟、锈藉 蘸满子革兰氏阳性菌； 黄曲霉菌属予真菌；而念球菌、双球菌属于其他的s e c t i o n ，所以说 不锈镄纤维其有广谱撬麓将整。 抗菌耐久性是对抗菌织物的主要要求之一。从前面的论述中， 我镪了解蘩，不锈钢绎维豹撬蔬经是自冀鬃有斡物理符睦阪及掰禽燕 金属成分在起作用，其物理性质是不会燮的，所以只要其成分能在反 复浚涤及雾掰忿囊中绦持摇霹熬誊定，那么其菝蘩淫蕊是瓣久静。 波4