（纺织工程专业论文）防电磁波辐射织物的性能研究.pdf

防电磁波辐射织物的性能研究提要 提要 电子产品的r 蕊耱及，使环境中电磁波辐瓣的强瘦增艇，惫害人类毽壤，开 发防电磁波辐翦织物备受人们豹裳注。 将不锈钢纤维与普通服用纤维混纺所生产的织物具有防电磁波辐射的功能， 毽不锈镪缍维戆特骸傻褥织物的瑕焉往缝受到影斌，本课题遴避测试不锈钢纾维 屏蔽织物的屏蔽效栽及服用性能，分析不同不锈钢含萱对其织物性能的影响，提 出比较台理的设计方案。 将臆绘纱避弦魅联生成含c u 9 s 5 熬导电舞| 孽纶纱，雳它野发爨有茨电磁波疆鸯季 功能的针织物，课麟巾，通过设计、织涮几种针织织物，禊4 试熊各项性能，说明 这几种织物不仅舒邋、柔软，而且能达到不同的防护要求。 关键词：不锈钢纤维电磁群蔽效能服用性能导魄腈纶纱针织面料 传菪：文瑗 指导老师：杨旭红 校外指导老师：徐浩贻 防电磁波辐射织物的性能研究 提要 p r o p e r t i e so fe l e c t r o m a g n e t i cr a d i a t i o ns h i e l d i n gf a b r i c s s u m m a r y w i t ht h ee l e c t r o n i cp r o d u c tp o p u l a r i z i n g ，i tm a k e st h es t r o n go fe l e c t r o m a g n e t i c r a d i a t i o ni n c r e a s e ，h a r mt h em a n h e a l t h ，s op e o p l ep a ym o r ec o n c e m e di nd e v e l o p i n g t h ee l e c t r o m a g n e t i cr a d i m i o ns h i e l d i n gf a b r i c sn o w t h ef a b r i cc o m p o s e do fs t a i n l e s sf i b e ra n do r d i n a r yf i b e r sh a v et h ef u n c t i o no f s h i e l d i n gt h ee l e c t r o m a g n e t i cr a d i a t i o n ，b u tt h ep r o p e r t yo ft h es t a i n l e s sf i b e ra f f e c t e s t h ef a b r i c sw e a r i n gc a p a b i l i t y , t h et h e s i sa n a l y z e st h ei n f l u e n c eo f d i f f e r e n tc o n t e n t s o f s t a i n l e s sf i b e rt ot h ef a b r i cc a p a b i l i t yb yt e s t i n gt h es h i e l d i n ge f f e c ta n dt h ew e a r i n g c a p a b i l i t y ，p u tf o r w a r dt h es u i t a b l e rd e s i g nw a y p r o c e s s i n gt h ep a ny a m st om a k eu pc o n s i s t i n gc u 9 s 5 7 t h ep a nc o n d u c t i v e y a r n s ，i nt h e t h e s i su s i n gi tt od e s i g na n dm a k ek n i t t i n gf a b r i c s ，t e s t i n gt h es h i e l d i n g e f f e c ta n dt h ew e a r i n gc a p a b i l i t y , e x p l a i ni ti sn o to n l yc o m f o r t a b l ea n ds o f t ，b u ta l s o r e a c h i n gt h ed e m a n do f t h es h i e l d i n ge f f i c a c y k e y w o r d s ：s t a i n l e s sf i b e r , e l e c t r o m a g n e t i cs h i e l d i n ga f f e c t ，w e a r i n gc a p a b i l i t y , t h ep a nc o n d u c t i v ey a m s ，k n i a i n gf a b r i c w r i t t e nb yw e ns h a h s u p e r v i s e db yy a n gx u h o n g ( a s s o c i a t ep r o f e s s o r ) x uh a o y i ( p r o f e s s o r ) v 7 8 1 8 4 z 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权的声明 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏 州大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作 出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本 声明的法律责任。 研究生签名： 潲 日期：毒趟! 塑 学位论文使用授权声明 苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论 文合作部、中国社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论 文的复印件和电子文档，可以采用影印、一缩印或其他复制手段保存论 文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的 保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的 全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权苏州大学学位办办理。 研究生签名： 导师签名： 专孑m 日期：扩峨 桫：灶 黝刍琚蒡 防电磁波辆射织物的性能研究第一章绪论 1 1 滋波概述 第一章绪论 1 1 1 电磁波的一般概念 淹饕窀子援术豹不颧发震，大爨电工、电子、电器产品籀缝蠲遂。交变静电 场在其周阑激发磁场，交变的磁场叉熊在其周围激疑电场，电场和磁场交瞥产生， 在空气中转搔，我们称之为寇磁波。由予其器不见，摸不饕，短时| 、珏内接触不 会产生不适感觉，一艇积累成疾，很难治疗。嗣而科学界称之为“无形杀零”， 电磁波污染已成为继空气、水、噪鬻污染之后的笫四大污染源秘3 。 邀缀滚懿穗娄穰多，簸耱理掌懿角菠寒谎，禳攒渡长鞠皴窭霹戮努为麓绫密 波( 如长波、中波、短波、超短波、微波) 、光波( 如红外线、可见光、綮外线) 、 宇宙射线( 如x 射线、射线、8 射线、y 射线及中子射线 等类阱。不弼的电 磁波其肖不同的传播特性，常见的怒无线电技，谗称为射频电磁渡。当交流觅的 频率达剿每秒钟十一次及以上时，交流电路的周网就形成了射频电磁场，频率范 爨扶3 予餍一3 o 嚣嬲。 射频电磁波为菲龟离辐射 壬何魁频电磁璜的技射源的群溺均有两个俸愿场 存在，即以感应为主的近区场( 又称感应场) 和以辐射为主的远区场( 又称辐射 场) 。 1 1 2 电磁波辐射的来源 瞧磁波疆瓣懿浮染震源圭荽键摇嚣大类：巍然鍪电磁浮染澡与爻工鳖宅磁 污染源。 l ，自然型电磁污染源： ( 1 ) 大气污染溪：主要是鑫然菱串鹣火花菝惫、饕毫等雩| 起，宅戆频 率很瓶可从几千阁一直到几西兆周，甚至更高频率。 防屯磁波辐射织物的性能研究 第一章绪论 ( 2 ) 太阳电磁场源：主要出于太阳黑子活动与放射产生。 ( 3 ) 宇宙电磁场源：银河系恒星的爆发、宇宙阻j 电子移动产生。 2 、人工型电磁污染源： ( 1 ) 广播电视发射设备 辐射特征为大功率定时全向发射；转输信号送至天线辐射出去。 ( 2 ) 通信雷达及导航发射设备通信 包括短波发射台、微波通信站、地面卫星通信站、移动通信基站、专业通 信网站、寻呼通信基站。通信、雷达及导多为定向不定时发射，传输信号同样通 过天线辐射出去。 ( 3 ) 工业、科研、医疗高频设备 该类设备把电能转换为热能或其它能量加以利用，但伴有电磁辐射产生并 泄漏出去，引起工作场所环境污染。 i ：工业用电磁辐射设备： 主要为高频炉( 包括高频感应炉、高频淬火炉、高频熔炼炉，高频焊接 炉等) 、塑料热台机( 包括高频热合机、塑料焊接机等) 高频烘干机、高频杀菌 设备、电火化放设备( 包括高频制模机、线切割面和多头点焊机) 等。 i i ：医疗用电磁辐射设备： 主要为高频理疗机、超短波理疗机、紫外线理疗机、高频透热机、微波 电疗机、高频烧炉器、微波针灸设备等。 i i i ：科学研究及其它用途电磁辐射设备： 主要为电子加速器及各种超声波装置、电磁灶等。 ( 4 ) 电力系统电磁辐射 高压输电线包括架空输电线和地下电缆；变电站包括发电厂( 升压站) 和 变压器电站( 降压站) 。 ( 5 ) 交通系统电磁辐射干扰 电气化铁路、轻轨及电气化铁道、有轨电车、无轨电车等。 ( 6 ) 电器设备 家用电器及办公设备，如电视、微波炉、电脑、手机及复印机等川。 防电磁波辐射织物的性能研究第一章绪论 1 2 电磁波辐射对人体的作用机理及其危害 l 。2 1 电磁波辐射对人体的作用机理 电磁波辐射危害入律豹辊毽主要是热效应、菲熬效应和豢计效应等。“。 热效应：高强度的电磁波辐射对生物体系统的作用主要怒热效应。生物体受 到强憩黻波辐射会馒零物体物质产生极化移定恕瞧豫现象，分予产生热运动，丽 摩擦煲| j 键馈生物体滋艨拜高，称为热效应。当热效瘟温度超进体温调节裁力时， 人体温度平衡功能失调，并由此产生生理功能紊乱和病理变化等各种生物效应。 嚣热效应：人体的器富积组织都存在微弱蛉电磁场，它镪是稳定帮京垮的， 一量受别外界电磁场的干扰，处予平衡状态韵徽秘电磁场邵穗遒刭酸塥，使纲麓 原尘质和遗传基因发生突变，人体遭受损伤。 累诗效应：当热效应彝菲熬效废终耀 二久律屡，对a 体黪伤寒港未柬祭及盎 我修复之前，再次受翻电磁波辐射的话，其镪髯稷度会发生累积，久之成为永久 性病态，甚至危及生命。 l 。2 2 电磁波辐射对人体豹危密 电磁波辐射对人体健康的危寄生要集中在人体的三大系统，即遗传系统、神 经系统、免疫系统”1 。 生碴系统：女性用经紊乱、学蚋流产、畸胎、死胎，男性黎丸功能损伤较大 产生不孕，严重豹会嚣致基因突变，健后代低餐弱餐； 神经系统翡驻紊鼠；导致神经系统功糍兴裔藏挣制，蕊藤瘫状蔻头蓉、失眠、 多梦、疲劳、四肢无力等； 免疫功能下降：彝矗球减少，易感置，霹黢弓l 发小儿臼敷瘸； 心赢管系统出现：心动过速、心率不齐、心魏缺氧等。 电磁辐射对人体的危害是多方面的，女性和儿耄尤其容易受到伤害，调查表 明：( 妇表卜l 所示) 贿电饿波辐射纵物的性能研究 第一章绪论 表1 - 1电磁辐射对胎儿的影响 儿章生理机能不健全，对电磁辐射较成人更敏感。可使脑组织、骨骼发育受 到影响免疫力下降，严重的可导致白血病。研究证实，长期暴露在电磁辐射下， 电磁强度只要达到l m g ，就可使抗体无法与血细胞结合，达到l o m g ，则可使胸腺 细胞死亡，免疫力下降，如果达到4 0 m g ，则胚胎发育异常，导致畸形儿。 此外，电磁波辐射还可影响电子设备和仪器仪表的正常工作，造成信息失真、 控制失灵，甚至火车、导弹或人造卫星失控等严重后果。 1 3 电磁波辐射的屏蔽 1 3 1 电磁波辐射的屏蔽原理及方法 对电磁波辐射的防护可采用以下3 种方式：时间、距离、屏蔽，即与电磁波 接触的时恻越少越好，与波源距离越远越好，在不得不接触时，应采用屏蔽措施， 对活动的人体，最好的方法就是穿有屏蔽功能的服装。 根据电磁辐射屏蔽原理，防电磁波辐射面料的屏蔽效能由材料豹表面反射损 耗、内部吸收损耗和内部反射损耗三部分组成。 根据s c h e k u n o f f 电磁屏蔽原理m 3 ，屏蔽效果( s e ) 可用下式表示 s e = r + a + b ( 1 一1 ) 式中：r 为电磁波的反射损耗： a 为电磁波的吸收损耗： b 为电磁波在屏蔽材料内部的多重反射损耗。 当a 1 5 d b 时，b 可忽略，式( 1 ) 可表达为 s e = r + a ( 1 2 ) r = 1 6 8 1 0 l o g ( u 。f a 。) ( 卜3 ) 防电磁波辐射织物的性能研究第一章绪论 a = i 3 1 t ( u f a ，) “( 1 4 ) 式中：u 为屏蔽材料的相对磁导率： a 为屏蔽材料的相对导电率； f 为电磁波的频率( h z ) ： l 为屏蔽材料的厚度( c n l ) 。 由此可见，材料的屏蔽效果( s e ) 与其导电率、磁导率、材料的厚度及入射 的电磁波频率密切相关。若材料为良导体，大则r 值大，即在高频电磁场的屏 蔽效果主要取决于表面的反射损耗，而对高磁导率材料( 例如，f e ，f e a i 合 会等) ，材料的衰减主要由吸收衰减值a 决定，因此，低频屏蔽须有良好的导电 率及磁导率，且材料有足够的厚度。 目前，电磁波辐射防护服的制作主要有两种方法：纤维表面会属化和将会属 纤维掺入织物中。 电磁波辐射屏蔽织物的屏蔽机理主要是利用会属纤维或会属化纤维，如镍、 不锈钢、铜等的导电功能，这些导电性很好的金属对电磁波具有强烈的反射功能 ”。，当电磁波辐射在织物上时，织物中均匀分布的会属或会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。随着织物中导电纤维含 量增多，导电介质区域增大，反射能力愈强，透过量愈小，屏蔽作用也就愈好。 纤维表面金属化的方法主要有：物理法、电解法、化学法。物理法是在 一般的稚类上，镀上一层金属薄膜，成本较低，由于这种金属薄膜是镀上去的， 所以会属密度很高，防护效采很好，多用于重点部位的重点防护，但会属与纤维 间的结合力较小，所以加工性差，耐洗涤和耐腐蚀性也较差。用这种薄膜做防护 服装时，一般把薄膜当做晕衬，衬在普通布料下面，在洗涤时镀膜布最好取下来， 以免揉搓时使会属膜脱落，会属膜一旦大面积磨损，泼服装也就失去屏蔽作用了。 这种面料屏蔽量大透气性差，手感差，不耐洗涤。电解法要求基底有较高的导 电性，所以仅适用于碳纤维和石墨纤维。产品主要用于航空领域的复合材料增强 其缺点是成本高，难以纺织加工。化学法这种方法不大幅度地恶化纤维的其它良 好的性能，如密度、柔软性、手感，所以可采用一般的纺织技术加工成型，主要 用腈纶纤维作会属化处理。 将会属纤维掺入织物中制备电磁辐射防护服的方法最灵活最有效，会属纤维 防电磁波辐射织物的性能研究第一章绪论 可以与基体纤维以混纤、混纺、交捻、交编、交织等方式混用，可以根据不同的 频率屏蔽要求选择不同的防电磁辐射纤维。最初尘产的是金属丝混编织物，它由 会属丝和服用纱( 线) 混编而成，效果尚好，但是存在缺陷：织物厚、重、硬、不 耐折，为了改善屏蔽物的服用性，就把会属丝通过冷拉抽成纤维状，同服用纤维 混纺成纱，再织成布，所选用的会属纤维主要是镍纤维和不锈钢纤维两种，其直 径有2 5 、2 0 、1 0 、8 、6 、4 5 微米等。这种织物手感柔软、色谱较多、透气性 好、轻巧舒适、比较耐沈涤、使用寿命长，而且服装的屏蔽效能与环境温度、湿 度无关，防护作用可靠。 会属纤维虽柔性类似于纺织纤维，但其表面摩擦系数大、比重大、抗弯刚度 差，弹性回复率差、抱合力较小，因此在会属纤维屏蔽织物的丌发中也存在一些 问题，如其可纺性较差，梳理时易打结，纺制9 8 4 t e x ( 6 0 ) 以上的高支纱有困难， 只能纺制2 8 1 2 t e x ( 2 1 、) - 1 9 8 6t e x ( 3 0 “) 的低支纱，织物水洗后容易起皱，并且 难以熨烫平整，影响织物风格由于金属纤维不能上色，露在纱表面的部分影响 织物的外观，特别是对浅色织物的影响更大。因此，怎样改善金属纤维织物的服 用性能以及丌发新的电磁波辐射屏蔽服成为各国争相研究的课题。 1 3 2 表征织物电磁波辐射屏蔽性能的指标 表征电磁波辐射屏蔽性能的指标有屏蔽效能s e ( s h e l d i n ge f f e c t i v e n e s s ，又 称衰减水平) 和吸收率，分别对应于电磁波屏蔽技术的电磁波辐射防护和吸收防 护技术的f 邑磁波辐射防护。屏蔽效能指的是用对数表示的功率、电压、电流等电 量大小之比的量，单位为d b ( 分贝) “”1 。若屏蔽效能为3 0 分贝( d b ) ，也就相 当于能量衰减1 0 0 0 倍，即透射量仅为入射量的1 1 0 0 0 。屏蔽效能的计算式如下： s e = 1 0 1 0 9 ( p 1 p 2 1 ( i - 5 ) 其中：p l 有屏蔽材料时的接收功率； p 2 无屏蔽材料时的接收功率； 如果接收器的读数是以电压为单位的，屏蔽效能s e 可用以下的计算式计算 s e = 1 0 1 0 9 ( v l v 2 ) ( 1 6 ) 其中：v l 有屏蔽材料时的电压值： 6 防电融波辐射织物的性能研究第一章结论 v 2 无屏蔽材料时的电压值： 衡量布料的屏蔽性能一般是在指定频率下进行的。如美国m e l 8 2 9 6 a 规定了 在电磁波频率为0 2 - 1 0 千赫功率密度为2 0 0 w c m 2 环境中，远场区工作人员的 防护面料必须至少减弱2 0 分贝。通常基本掌握在2 0 一4 0 分贝。抗电磁波辐射布 料的主要考核项目是某一指定电磁波频段的屏蔽效能d b 值。电磁波屏蔽效果是 在有问题的频率范围附近，评定材料对其电场和磁场的屏蔽性，在超低频率范围 内，这些材料对电场屏蔽有效，但对磁场屏蔽却几乎是无效的。评定方法的原理 是测定频率可调的一定量电磁波发生器附近，用天线接收到的有试样和无试样情 况下的电场和磁场。但必须有防止电磁波从测定部分向外泄露和反射等问题的方 法。 1 3 3 电磁波辐射屏蔽织物的应用范围 防电磁波辐射织物可应用于： ( 1 )长期在电子电器比较集中的各类地面工作站、机房、实验室、调 度指挥中心、数据处理中心、分析检测中心、监视检测中心等环 境的专业工作人员； ( 2 ) 在党政机关、科研院所、出版社、报社、电视台、电台、银行、 保险、电信、学校、医院、工厂等企事业单位中，长期使用电脑、 电子仪器的工作人员： ( 3 ) 使用电脑、游戏机、家用电器较多的家庭主妇、儿蕈、厨师等： ( 4 )对电磁波伤害抵御能力较低的孕妇、儿索、带心脏起搏器的人员 等； ( 5 ) 长期在广播、电视、电台、通矾发射系统和发射塔周围工作的人 员； ( 6 ) 长期在发电厂( 站) 、商压输送线路、送变电站、共频电器环境 的操作和维修人员：从事雷达、微波发射接传、电予对抗、电子 干扰等特种工作岗位的作业人员等； 除了上述个体防护的范围外，还可以根据实际需要，做成窗帘、屏障， 对特殊环境给予防护：做成罩、套，对有关的电磁波辐射进行屏蔽防护。 防电磁波辐射纵物的性能研究第一章绪论 1 4 防电磁波辐射织物的历史及发展 8 0 年代到9 0 年代初期西方发达国家为防止家用电器的辐射危害，特别是 对孕妇与少年儿童的影响，采用了“主妇”穿屏蔽围裙，屏蔽大褂以及青少年穿 屏蔽马甲，屏蔽西服的方法。自9 0 年代开始，防电磁辐射屏蔽服逐步进入家庭， 成为一大市场。 我国在6 0 年代就丌始研究电磁辐射与防护服7 0 年代至8 0 年代正式生产 铜丝与柞蚕丝混纺靠制成的屏蔽服和微波吸收防护服。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，但真币进入大众市场则是 9 0 年代中期至今。 过去这些功能和环保服装主要用于军用，国防和特殊领域( 如冶会、化工制 造业等) ，很少应用于民品，自9 0 年代丌始，随着多功能保护服的丌发和应爵， 以及新闻媒体有关电磁波对人体影响的报道的增多。人们环保意识加强，环保服 装开始走向民用市场并得到消费者青睐。目前国内已_ 丌发的电磁辐射防护服有： 防护衬衫、防护围裙、防护马甲、防护大褂、孕妇裙、央克套装等。 最早的防电磁波辐射纤维当属美国的b r u n s w ic k 公司生产的余属纤维 b r u n s m e t 。它是一种出不锈钢纤维经反复穿过模具精细拉伸制成的纤维。纤维的 直径为4 1 6 um ，比电阻仅为1 0 4 q c m ，它柔软纤细，采用特殊的纺织工艺和 设备，可以编织成与普通纤维混纺。 目前世界上生产的不锈钢纤维的国家有美国、比利时、日本、俄罗斯、中国 等，不锈钢纤维的产量在2 千吨左右，日本的生产企业有精线、铃木等四家，精 线的产量最大约4 0 0 吨。我囡目前也有数家单位生产不锈钢纤维。 盒属纤维相对密度较大，强伸度和摩擦特性与有机纤维相比均有很大不同。 r 本住友、美国杜邦和3 m 公司等先后丌发出了比电阻为1 0 4 1 0 4 q c m 的铝 系和铜系等更加柔软、纤细、外观酷似棉花等天然纤维豹金属系纤维。由于这类 纤维的相对密度仍较大，断裂强度和初始模量远大于普通纤维在混纺、交织中 仍有不少困难。 8 防电磁波辐射织物的性能研究第一章绪论 此后丌发出的在合成纤维表面沉积0 0 2 2 5 m 的会属层，使纤维比电阻降 至l o 一1 0 4q c r f l 的表面金属化纤维，目前与不锈钢混纺纤维一起被广泛用作 防电磁波辐射纤维。 闩本住友公司在聚酯纤维的表面镀以铜、镍和铝三种会属的合会，丌发出了 与单一纤维层相比，更好的保持了原纤维的柔软性和手感的防电磁波辐射纤维。 此外，采用余属络合物处理聚合物纤维也可制成比电阻在1o c r l l 以下的纤维。 东华大学以腈氟纶( p a n p v c 的共聚物纤维) 为基材，先用硫酸铜溶液，继而用 含硫的还原剂进行导电化改性处理，在适合的工艺条件下，可制出对基体的物理 机械性能不影响，而纤维的比电阻由1 0 m 1 0 ”q c m 下降到1 0 一1 0 t q c m 的阻燃型纤维。近年来国内还开发出以c u 。s ；为导电成分的金属络合物纤维。 自从1 9 7 7 年人们发现聚乙炔掺杂后具有导电性以来，结构型导电聚合物的 研究已经取得了很大的进展，现已合成出了聚毗咯、聚苯胺等系列结构型导电聚 合物。但由于这类聚合物通常为不溶、不熔性物质，或由于分子量低，热、氧稳 定性差，将结构型聚合物直接防成导电纤维的愿望一直未能实现。 近年来人们已合成了可溶、可熔性的聚3 一烷基噻盼和可溶性聚苯胺，并 采用凝胶纺丝的方法制成了高取向的聚苯胺纤维，使得结构型导电纤维纺成织物 越来越接近现实，但它存在合成困难、价格昂贵、掺杂后有时具有毒性，目前主 要用作光电转换材料、电极和磁盘静电防止荆等，能否真证用于防电磁波辐射还 需要进一步研究。 丌发防电磁波辐射功能织物要针对不同的电磁辐射频率及不同辐射强度工 作环境，采用不同的防辐射面料，使得既能发挥其防辐射效果，又能降低成本， 同时丌发新型纱线结构，提高面料外观效果，在保证防辐射功能性的基础上，进 一步改进服装的款式及面料的结构、外观，使其时装化，提高服装的档次及适用 性，此外采用先进技术，进一步提高服装的舒适性，降低服装的成本，以促进防 辐射服装的消费市场。 目6 口，防电磁波辐射服装的屏蔽主要以反射、散射和吸收的方式，将来的屏 蔽织物，应当对电磁波反射近于零，对空间环境不产生或少产尘二次污染，保护 型再赋予保健性是将来的发展方向。 防电磁波辐射织物的性能研究 第一章绪论 1 s 本课题的目的意义及主要研究内容 电磁波辐射的危害已越来越引起人们的关注，联台国人类环境会议已电磁辐 射污染将它列为环境保护项目之，世界卫生组织( w h o ) 96 年5 月设立了 个国际项目，从事电磁环境对健康影晌的评价( e m f 计划) ，这个计划持续5 年，集中主要圜际机构和国家机构、科研院所的可利用资源进行科学研究，以便 提出频率在0 - - 3 0 0 g h z 范围内的静态的和随时问变化的电磁场对健康影响的评 估意见。这一范围包括静念( 0 h z ) 、极低频率( e l f ， 0 3 0 0 h z ) 和电波频 率场( r f ，3 0 0 h z - - 3 0 0 g h z ) 。设计计划的目的是提供权威的独立的科学文献， 并通过实施相容的、可比的方法的研究，通过鼓励更好的电磁场对健康的研究， 从而填补科学知泌的空白。我国环保总局在“全国电磁辐射环境污染调查报告 会”上指出：电磁辐射环境污染确实存在，国家已拟定了电磁辐射环境保护对策， 并要求对重点电磁辐射坏境污染源进行环境影响评价。根据电磁辐射对人体产生 的损害，国家环保总局决定，加大对电磁辐射的管理力度，并把电磁辐射环境污 染管理纳入正常工作r 程中。中国消费者协会2 0 0 2 年8 月6 同发布第九号消费 警示：r 常生活须防电磁辐射。 如何防护电磁波辐射，已经成为各国科学家竟相研究的科研课题，f | 本在这 方面起步早，研究也比较深入，目前已经丌发出了多种防电磁波辐射面料，韩国、 美国、和欧洲一些国家对防电磁波辐射面料也都有一定的研究。我国在这一领域 的研究始于6 0 年代，两真证进入市场是在9 0 年代，目前国内市场上的电磁波辐 射防护服主要是从国外进口，价格昂贵。开发既能达到防电磁波辐射的功能，又 价格比较适中、服用性能比较好、款式多样的面料，使更多消费者能抵御电磁波 辐射的危害，具有重大的现实意义。此外，多功能服装是服装行业发展的必然趋 势，功能化和产业化是纤维丌发的两大趋势，在高附加值纺织品越来越被重视的 今天，这些新兴的面料也将会成为推动纺织行业发展的新的经济增长点。 在课题中，针对在防电磁波辐射领域应用广泛的不锈钢纤维因为弹性回复率 低、抗弯曲能力小、切向阻力大、比重大，因此用会属纤维与普通纤维混纺的织 物的服用性能受到影响的特点，在产品设计时，根据电磁波辐射的强度，合理设 计命属纤维的比例，使织物既能满足对电磁波辐射的防护，又使其服用性能达到 o 防电磁波辐射织物的性能研究 第一章绪论 要求。同时采用腈纶导电纱线，在横机上开发防电磁波辐射的针织服装，能满足 人们对功能性服装具有体闲、舒适特点的要求，研究其组织结构、织物密度、织 物厚度对电磁波屏蔽性能的影响，从而可以设计、生产出在不同电磁波辐射强度 下的针织防护服装。 防电磁波辐射织物的性能研究第二章不锈钢纤维混纺织物的性能研究 第二章不锈钢纤维混纺织物的性能研究 2 1 不锈钢纤维混纺织物的特点 2 1 1 不锈钢纤维的性能 不锈钢纤维具有良好的导电性能和机械力学性能。所生产的不锈钢纤维呈连 续的长丝束状结构，其直径可以细到几微米，比普通的纺织纤维还要细，且纤维 比较柔软，有一定的强度，因此具有可纺性。通常比电阻达到1q c m 以下的导 电纤维具有电磁波屏蔽性能“，不锈钢纤维的比电阻仅为1 0 4 q c m ，因此被广 泛用作防电磁波辐射织物的原料。它与其他纤维相比，虽柔性类似于纺织纤维， 但弹性回复率低、抗弯曲能力小、切向阻力大、比重大，因此用不锈钢纤维与普 通纤维混纺的织物的服用性能受到影响。不锈钢纤维与其他纤维基本性质的比较 ，见表2 1 ： 表2 1 不锈钢纤维与其他纤维基本性质的比较 2 1 2 不锈钢纤维的加工特点 金属纤维按其生产方式不同可分为集束拉拔法、熔融喷丝法、切削法等几种 形式。这几种形式生产的纤维其形状、用途各不相同。而适台于在纺纱机械上进 行加工的目前只有集束拉拔法生产的会属纤维。集柬拉拔法生产的不锈钢纤维均 为长丝束，每米束重约为5 克左右。不能直接用于纺纱或织布。为了适应纺纱的 舫电磁波辐射织物的性能研究 第。章不锈钢纤维混纺织物的性能研究 需要，把长丝柬按工艺要求的长度制成短纤维。有两种方法可选择：一种是直接 剪切成短纤维，这样可以得到整齐度很好的等长纤维；一种是利用纺织上的牵切 原理把长丝束牵切成短纤维。剪切的纤维成散乱状，在纺纱中适合于在梳棉机上 混合。通过牵切得到的纤维是不等长纤维，其成品是均匀的条子，在混纺工艺中 可在并条工序与其他纤维混并。牵切纤维的长度可根据纺纱品种两定，选择范围 一般在5 0 一1 2 0 m m 之间，牵切条子单量在1 z g m 之闯。 不锈钢纤维的混纺比例是根据产品的用途决定的。用牵切的不锈钢纤维条在 并条工序与选用的其他纺织原料的条子进行混并，然后经相纱、细纱纺成所需纱 号。不锈钢纤维与其他纤维混纺一般情况下所占比例降低，在可纺性上占主导地 位的还是那些普通的纺织纤维。但不锈钢纤维与合成纤维或天然纤维相比，其可 纺性有很大差异，不锈钢纤维的摩擦系数较大，横截面是不规则的多边形，纤维 的外表极不平整，呈干裂树皮状，纵向呈沟槽状条纹结构。因此，混入不锈钢纤 维后纤维间的摩擦力会增大。所以在混纺的并、粗、细各工序，工艺上要采取重 加压、大隔距、通道光洁、防缠防堵等措施。保证牵伸的稳定。否则会造成牵仲 效率低，条干和重量不匀率增大，甚至出现牵伸不开，“出硬头”等不良后果。 同时在混纺中我们还要注意以下一些问题： ( 1 )并条工序：由于不锈钢纤维的颜色较深，混并后条子呈明显的黑 条纹现象，为了使纤维达到充分的均匀混合，提高最终产品的外 观质量，我们要采用多道并条。般为三道。 ( 2 ) 粗纱工序：在粗纱捻度的选择上要偏低掌握，粗纱定最不| 直过大， 以减少细纱的牵伸力。 ( 3 ) 细纱工序：出于在混纺纱中有会属纤维，故对纺纱部件的磨损明 显增大。尤其是对细纱机的导纱钩和钢丝圈磨损更为严重。为了 减少断头保证纺纱质量，必须勤换丝圈。 由于不锈钢纤维具有弹性回复率低抗弯曲能力小，切向阻力大，比重大的 特点，在开发不锈钢纤维屏蔽织物时存在一些问题，如其可纺性较差，梳理时易 打结，纺制9 8 4 t e x ( 6 0 5 ) 以上的离支纱有困难，只能纺制2 8 1 2 r e x ( 2 15 ) 一1 9 8 6 t e x ( 3 0 3 ) 的低支纱，织造时最好用剑杆织机织制。 防电磁波辐射织物的性能研究第二章不锈钢纤维混纺织物的性能研究 2 1 3 不锈钢纤维混纺织物的特点 1 由于不锈钢纤维的导电性，使得其混纺织物具有电磁波辐射屏蔽功能， 它利用不锈钢纤维的导电性来反射电磁波，从而对人体进行保护。 2 由于不锈钢纤维弹性回复率低、抗弯曲能力小、切向阻力大、比重大的 特点，特别是弹性回复率低，造成织物手感差。水洗后容易起皱，并且难以熨烫 乎整，影响织物风格。 3 由于不锈钢纤维不易梳理均匀和本身不能染色，露在纱表面的部分影响 织物的外观，特别是对浅色织物的影响更大。这些现象大大降低了不锈钢纤维防 电磁波辐射织物的外观效果和使用范围，目前还不能把它制成高档的面料。 要获得防电磁波辐射性能优良，同时又具有良好服用性能的不锈钢纤维混纺 织物的，必须充分了解不锈钢纤维的用量、配震等对织物屏蔽性能及外观服用性 能的影响，以便能进行合理使用，达到比较理想的防辐射效能和服用效果。 2 2 不锈钢纤维混纺织物的屏蔽性能及分析 如何协调好织物屏蔽性能与服用性能之闯的关系，是不锈钢纤维屏蔽织物生 产所面临的问题。本文以不同不锈钢含量的屏蔽织物和普通涤棉织物为对象，通 过测试其屏蔽效能与服用飙格，来分析不锈钢纤维含量对屏蔽效能与服用性能的 影晌，以期获得既有优良的防电磁波辐射性能，又具有良好服用性能的不锈钢纤 维混纺织物。 2 2 1 实验材料 本文选取了几种不同不锈钢合量的屏蔽织物( 由上海桑纬纺织科技有限公司 提供) 和一种普通涤棉织物，试样规格如表2 - 2 所示。 防电磁波辐射织物的性能研究 第_ 二章不锈镶纤维混纺织物的性能研究 表2 - 2 试样规格 其中不锈钢纤维直径6 微米，不锈钢纤维织物的生产加工方法致。 2 2 2 电磁波辐射屏蔽效能的测试方法 本课题测定防电磁波辐射面料的屏蔽效能是在中国上海测试中心进行的，所 用的测试方法是a s t md 4 9 3 5 平面材料电磁波屏蔽效能标准测试方法。这种测试 方法的试验条件是温度为2 0 0 c ，相对湿度为4 8 ，所用的基本仪器设备的配备如 图2 1 所示。，其中信号发生器用的是h p 8 3 7 3 2 b 信号发生器，在i o m h z - 1 5 g h z 频率范围内产，主不同频率的电磁波，它附有一个5 0 欧姆输出阻抗，从而使反射 降低到最小。典型的接收器仪器有频谱分析仪或场强仪，本试验中用的是 t i p 8 5 6 3 e 频谱分机仪。附有一个5 0 欧姆的输入阻抗。样品握持器是用来固定样 品的。样品在进行试验前要进行调湿处理，在温度为2 3 。，相对湿度为_ + 2c 5 0 + 5 9 6 的条件下调湿处理4 8 小时，从调湿环境中取出样品后必须立即进行测试。频谱 分桥仪与计算机相连，编写程序对所得的数据进行处理并输出试验结果，可以直 接打印出来。测试的结果有抗电磁波辐射面料的屏蔽效能( d b ) 和透过布电磁波 能量的屏蔽率( ) 。 信号发生器l o d b样品握持器l o d b h p 8 3 7 3 2 b 接收器 h p 8 5 6 3 e 图2 一l a s t md 4 9 3 5 平面材料电磁波屏蔽效能标准测试的基本仪器设备 防电磁波辐射纵物的性能研究 第二章不锈钢纤维混纺织物的性能研究 2 2 3 结果与讨论 不锈钢纤维混纺织物试样的屏蔽性能测试结果如表2 - 3 所示。其中s e ( s h e l d i n ge f f e c t i v e n e s s ) 为表征电磁波辐射屏蔽性能的指标，单位为d b ( 分贝) ： 屏蔽率为被屏蔽掉的电磁波能量所占的百分比。 表2 - 3不锈钢纤维织物在不同频率条件下的屏蔽效能及屏蔽率 、频率洲。 i o3 0i o o3 0 01 0 0 03 0 0 0 试样 2 1 s e d b 3 4 2 3 3 73 4 23 4 03 5 23 34 屏蔽率届 9 9 9 6 9 9 9 6 9 9 9 69 9 9 6 9 9 ，9 7 9 99 4 2 - 2 2 s e d b 3 2 o3 2 o3 2 o3 2 o3 0 ，o2 64 屏敞率 9 9 9 49 9 9 49 9 9 49 9 9 49 9 9 00 9 7 7 2 - 3 s e d b 2 1 82 l22 1 02 0 82 l ，02 1 0 屏敲率 9 9 3 09 9 2 09 9 2 09 9 2 09 9 2 09 9 2 0 2 4 一 s e d b 1 2 o1 2 01 2 01 1 5l o 01 0 0 屏献率 9 0 2 09 0 2 09 0 2 09 0 1 69 0 o o9 0 0 0 注：试验条件为：温度2 0 “c ，相对湿度4 6 ，测试报告委托中国上海测试中 心测试完成。 不锈钢纤维食量对屏蔽效能的影响见图2 2 。 6 舫电磁波辐射织物的性能研究 第二章不锈钢纤维混纺织物的性能研究 1 0 2 1 0 0 9 8 芝9 6 褂 蜒 盐9 4 9 2 9 0 8 8 一i 锈钢纤维含量 图2 2不锈钢纤维含量对屏蔽效果的影响 从图2 - 2 可看出，当不锈钢纤维含量增加，屏蔽效能及屏蔽率提高，但屏蔽 率的增长幅度逐渐减缓。稚样2 4 。的屏蔽率偏低，仅为9 0 0 0 左右，布样2 一l 4 的屏蔽率最大，为9 9 4 0 以上，佰样2 - 2 。、2 - 3 的屏蔽率比较接近靠样2 一l 。达 到9 9 0 0 以上，根据电磁波辐射防护服的要求，对于大功能射频应用设备的强 场防护，要求屏蔽效能值在3 0 d b 以上，对于一般设备，如家电、办公自动化等 设备的防护，要求屏蔽效能值在l o - 2 0 d b 即可满足要求”。因此，对一般设备的 电磁波辐射防护，不锈钢纤维的比例控制在5 - 1 5 的织物能满足要求，对于大 上力能射频应用设备的强场防护织物中不锈钢纤维的比例须在2 0 以上。 2 3 不锈钢纤维混纺织物的服用性能分析 织物的品种繁多，用途广泛，不同用途的织物对服用性能有不同的要求，服 用织物一般在外观上要求能保持美观的外形，有一定的抗伸长能力、抗褶皱能力 和抗压缩能力；有理想的悬垂性、色彩与光泽。在舒适性方面，要有一定的透气 性：能维持满足人体生理需要的热湿平衡，既透渝又保媛：具有一定的手感。在 防电磁波辐射织物的性能研究第二章不锈钢纤维混纺织物的性能研究 耐用性方面，具有定的抗拉强度、撕破强度、耐冲击能力、耐磨和酣疲劳能力。 在耐用性方面，希望耐热、耐光、耐汗及耐化学试剂等等。此外，还要求上述性 能稳定，即服装在制备时所具有的性能，在使用一定时问后，仍保持这些性状。 以上诸性能是织物作为衣料使用时所要求的总性能，称之为服用性能”。但不 同用途的服装对衣料性能的要求也是不同的，作为功能性服装材料，除了要求材 料的功能达到要求外，还必须具备良好的服装加工性能和服用性能。本文通过对 不锈钢纤维织物的透气性、抗皱性和机械性能以及利用f a s t 仪器对织物在低负 荷下的变形性能的测试，分析了不锈钢纤维织物的可加工性及服用性能。 2 3 1 织物在低负荷下的变形性能测试与分析 2 3 1 1 实验仪器与方法 服装在被穿的过程中承受各种活动的力的作用，如四肢伸届、胸背部、肘、 膝部等，这种力主要表现为拉伸负荷、剪切负荷、弯曲和压缩等。虽然有多种力 的作用，但其负荷非常小，不会超过其断裂负荷的5 ，通常称这种负荷为低负 荷。 在低负荷作用下面料会发生多种变形，如弯曲变形、剪切变形、拉仲变形、 压缩变形等综合变形，这种变形行为直接影晌服装的服用性能，例如穿者的舒适 性、成形性、手感等，主要的影响指标有：面料的弯曲剪切性能影响面料的硬挺 和柔软程度，表面摩擦性能与面料的滑檑滑爽有关，面料在厚度方向的压缩性能 与面料的丰满蓬松程度有关。此外，织物低应力下力学性能还与服装加工生产有 着密切关系，因为服装缝纫对小负荷区域的力学性能更敏感，小负荷区域的织物 伸展性会引起织物辅料、裁剪及缝纫过程中起皱等1 。本文采用f a s t 风格仪对 不锈钢织物在低负荷下的变形性能进行了测试。 f a s t ( f a b r ica s s u r a n c eb ys i m p l et e s t i n g ) 风格仪是澳大利亚联邦科学 院纤维研究所研制开发的，用于对服装面料进行客观、简单的钡4 试，得到关于面 料的厚度、表面厚度、剐度、延伸性能等基本指标，根掘这些指标柬判断和预测 面料的服装风格性能“。它由f a s t 一1 压缩厚度仪、f a s t - 2 弯曲长度仪、f a s t - 3 拉仲仪、f a s t 一4 尺寸稳定性实验方法组成。 防电磁波辐射织物的性能研究第二章不锈铜纤维混纺织物的性能研究 实验条件：( 1 ) 为了获得稳定的测试结果，在裁剪试样之前必需将样品在标 准大气条件下( 2 0 ”c 、6 5 ) 放置2 4 小时：( 2 ) 不要用有折痕的试样；( 3 ) 离 布边至少5 c m 处裁剪试样。 2 3 1 2 实验结果与分析 2 3 1 2 1f a s t - i 压缩厚度仪： 它是通过两个预定负荷分别作用在被测试样上：即轻负荷2 9 f c m 2 和重负荷 1 0 0 9 f c m 2 ，得到织物的厚度t 2 、t 1 0 0 及表面厚度s t ( s t = t 2 一t 1 0 0 ) ，测试结果 见表2 - 4 。 表2 4 织物压缩性能 各织物压缩性能的比较见图2 - 3 图2 - 3织物压缩性能比较 由图2 3 可以看出：不锈钢纤维面料的t 2 、t 1 0 0 、s t 值比普通面料大，不 9 防电磁波辐射织物的性能研究第一二章不锈钢纤维混纺织物的性能研究 锈钢纤维含量越高，值越大，这说明会属纤维织物比较蓬松、厚实。 2 3 1 2 2f a s t - 2 弯曲长度仪： 它是利用电感测装置澳8 羹织物的弯曲长度。它采用了英国标准b s ：3 3 5 6 ( 1 9 6 1 ) 中描述的悬臂弯曲原理测得数据，面料边界的检测是用光电管，而不是 用人的眼睛，可避免人为的误差。当织物下垂与平面成4 1 5 ”角时，从仪器屏幕 上读取弯曲长度c 的数掘，然后经过换算：弯曲刚度b = w x c 3 x9 1 8x1 0 一，其中 w 为织物的每平方米克重，得到弯曲刚度的指标，测试结果见表2 - 5 。 表2 - 5 织物弯曲性能 各织物弯曲性能的比较见图2 - 4 、图2 - 5 。 图2 - 4 织物弯曲k = 度比较 2 0 防电磁波辐射织物的性能研究 第二章不锈钢纤维混纺织物的性能研究 图2 5 织物弯曲刚度比较 由图2 - 4 、图2 - 5 可知： ( 1 ) 每种织物经向的弯曲长度、弯曲刚度都比纬向大； ( 2 ) 不锈钢纤维织物的弯曲长度、弯曲刚度比普通织物小，不锈钢纤维含 量越多，弯曲长度、弯曲刚度越小。 弯曲刚度决定织物抗弯曲的性能，弯曲刚度值高的织物在诸如展平布料和缝 纫等工序中受到外力时，抗弯曲能力高，挺括不易变形；弯曲刚度值太小，面料 柔软而易弯曲，这些织物难以裁剪和搬运。 2 3 1 2 3 f a s t - 3 织物拉伸性能测试仪： 它模拟了织物在服装生产过程中所经受的那种变形。因为面料是各项异性材 料，从理论上可以证明，任意方向上的力学性能，可由经、纬、斜向的力学性能 推算而得。测试时，利用杠杆原理测量织物在微幅负荷下的仲长量，包括5 、2 0 及1 0 0g f c m 三种负荷下经、纬向的伸长值( ) ，分别为e 5 、e 2 0 、e 1 0 0 ：斜向 在5 9 f c m 负荷下的伸长值e b 5 ( ) ；并计算出：成形性f ( t o n y ) c f = ( e 2 0 一e 5 ) x b 1 4 7