不銹鋼電磁屏蔽織物的屏蔽效能

不銹鋼電磁屏蔽織物的屏蔽效能閆鑫鑫;謝春萍;劉新金;蘇旭中【摘要】研究紗線結(jié)構(gòu)和雙層織物的排列方式對(duì)織物屏蔽效能的影響.采用新型sirospun、sirofil-spun和全聚紡,分別紡制相同線密度的滌綸/不銹鋼長(zhǎng)絲包芯紗滌綸/不銹鋼長(zhǎng)絲包纏紗，以及T/S80/20混紡紗，并采用上述紗線織制了3種單層平紋機(jī)織物,采用法蘭同軸法對(duì)單層織物、同種紗線雙層織物、不同紗線雙層織物及不同排列角度雙層織物的屏蔽性能測(cè)試,結(jié)合電磁屏蔽理論對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析.結(jié)果表明:所紡紗線密度相同時(shí),包纏紗毛羽最少且強(qiáng)力最高,混紡紗的毛羽最多強(qiáng)力最低;經(jīng)緯紗均采用包芯紗織制織物時(shí),其屏蔽效能最好;雙層織物成45°交叉排列屏蔽效能有所提高.期刊名稱】《絲綢》年(卷),期】2018(055)010【總頁數(shù)】6頁(P35-40)【關(guān)鍵詞】不銹鋼短纖;不銹鋼長(zhǎng)絲;電磁屏蔽;紗線結(jié)構(gòu);紗線排列【作者】閆鑫鑫;謝春萍;劉新金;蘇旭中【作者單位】江南大學(xué)生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇無錫214122;江南大學(xué)生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇無錫214122;江南大學(xué)生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇無錫214122;江南大學(xué)生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇無錫214122【正文語種】中文中圖分類】TS106.4對(duì)于人體防護(hù)電磁輻射而言，穿戴具有防輻射功能的織物較為便利，研究及開發(fā)具有電磁屏蔽性能的環(huán)保型織物逐漸得到了人們的青睞［1］。有研究表明：對(duì)于一般設(shè)備（頻率在30~3000MHz）屏蔽效能在10-20dB的材料即可達(dá)到屏蔽要求。在眾多屏蔽材料中，金屬纖維或金屬化纖維有較高的導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性，且能與常規(guī)纖維采用混紡、交織、并線、包芯、包纏的方法，制得防輻射織物［2］。相比一般屏蔽材料，不銹鋼織物則屏蔽效能更加持久，且多次洗滌屏蔽效能不減［3］。有關(guān)不銹鋼抗磁性紡織材料，國內(nèi)外均有研究，其中從紗線出發(fā)探究其結(jié)構(gòu)對(duì)織物屏蔽效能的影響頗多，但是結(jié)論不盡相同。K.B.Cheng［4］等探究了不銹鋼紗線的結(jié)構(gòu)、織物的不同規(guī)格對(duì)織物屏蔽效能的影響，發(fā)現(xiàn)不銹鋼絲與短纖紗織物的屏蔽效能高于不銹鋼短纖和銅絲混紡織物，紗支不同，屏蔽效能也有所差異。肖倩倩［5］等認(rèn)為不銹鋼包芯紗織物的屏蔽效能高于不銹鋼混紡紗織物；鈔杉［6］等認(rèn)為相同不銹鋼含量、相同間距情況下，不銹鋼混紡紗織物的屏蔽性能高于不銹鋼包芯紗織物，并驗(yàn)證了此結(jié)論與不銹鋼紗線模型所得結(jié)論一致。本文為了探究紗線的不同結(jié)構(gòu)、同種紗線雙層織物、不同紗線雙層織物及不同排列角度雙層織物的屏蔽性能，采用不同的紡紗方法，設(shè)計(jì)出3種紗線并制成織物，采用法蘭同軸法測(cè)試其屏蔽效能1實(shí)驗(yàn)原料全聚混紡紗所用原料為滌綸/不銹鋼短纖粗紗條（江蘇省紡織技術(shù)研究所），混紡比為80/20,其中不銹鋼短纖的規(guī)格為直徑8pm,長(zhǎng)度40mm。賽絡(luò)包芯紗和賽絡(luò)菲爾包纏紗所用原料為316L型不銹鋼長(zhǎng)絲（上海普盛金銀絲紡織品有限公司）,規(guī)格為直徑30pm,最大拉伸強(qiáng)力800N/mm2，相對(duì)電導(dǎo)率0.023，電導(dǎo)率1.12e6s/m，滌綸粗紗定量3.4g/10m。設(shè)備QFA1528型全聚紡細(xì)紗機(jī)、QFA1528型細(xì)紗機(jī)（無錫第七紡織企業(yè)有限公司），烏斯特茲HL400型毛羽測(cè)試儀（瑞士烏斯特技術(shù)有限公司），丫G068C全自動(dòng)單紗強(qiáng)力儀（蘇州長(zhǎng)風(fēng)紡織機(jī)電科技有限公司），AgilentE5061A型矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（美國安捷倫科技有限公司）。紗線的紡制在QFA1528型全聚紡細(xì)紗機(jī)上紡制T/S80/20混紡紗。全聚紡是緊密紡的一種，它是在普通三羅拉牽伸皮圈的基礎(chǔ)上，將前羅拉設(shè)計(jì)成直徑為50mm表面帶窄槽的空心羅拉。全聚紡成紗毛羽少，生產(chǎn)穩(wěn)定，并且對(duì)原料有很好的適應(yīng)性。在改造的QFA1528型細(xì)紗機(jī)上紡制賽絡(luò)包芯紗和賽絡(luò)菲爾紗。細(xì)紗機(jī)的改造：在QFA1528型全聚紡細(xì)紗機(jī)的基礎(chǔ)上加裝單槽導(dǎo)絲輪裝置，長(zhǎng)絲退繞裝置和張立盤裝置，單槽導(dǎo)絲輪裝置可在搖架上左右移動(dòng)，以便控制長(zhǎng)絲喂入前羅拉的位置，并通過工藝優(yōu)化選出最佳包芯效果的紗［7］。賽絡(luò)包芯紗和賽絡(luò)菲爾紗的紡紗原理如圖1、圖2所示。紡紗工藝配置如表1所示。1-不銹鋼長(zhǎng)絲；2-導(dǎo)絲輥；3-導(dǎo)絲輪；4-滌綸粗紗；5-后羅拉；6-中羅拉；7-前羅拉；8-吸風(fēng)插件；9-阻捻膠輥；10-氣流導(dǎo)向裝置；11-前膠輥圖1賽絡(luò)包芯紗紡制原理Fig.1SpinningprocessofSiro-spinningcore-spunyarn1-手動(dòng)搖架；2-導(dǎo)絲輪；3-長(zhǎng)絲張立盤；4-粗紗；5-前羅拉圖2賽絡(luò)菲爾紗紡制原理Fig.2Spinningprocessofthesirofilcore-spunyarn表1紡紗工藝Tab.1Spinningparameters線密度/tex羅拉隔距/mm細(xì)紗總牽伸/倍細(xì)紗捻系數(shù)隔距塊/mm鋼絲圈號(hào)數(shù)錠速/（r?min-1）2170x70x6017.70~47.093602.8069032/08000不銹鋼纖維織物的制備實(shí)驗(yàn)所用的織物由全自動(dòng)劍桿小樣織機(jī)織造，經(jīng)緯紗分別采用自制紗線，采用統(tǒng)一的織機(jī)工藝參數(shù)，統(tǒng)一織制平紋織物。分別采用YG141D織物厚度儀、SZT-2A四探針電阻測(cè)試儀測(cè)量織物厚度及織物表面電阻?？椢锏幕緟?shù)如表2所示，為了便于描述給三塊織物分別命名為1#織物、2#織物、3#織物。表2織物基本參數(shù)Tab.2Basicparametersoffabrics樣布編號(hào)平均厚度/mm所用紗線經(jīng)密/（根?10cm-1）緯密/（根?10cm-1）織物總緊度/%織物體積電阻率/（Qcm）1#0.320全聚混紡紗273.7263.769.8220.882#0.322賽絡(luò)菲爾包纏紗273.7263.769.8210.033#0.335賽絡(luò)包芯紗273.7263.769.8211.43紗線及織物性能測(cè)試方法紗線性能測(cè)試溫度為20°C,相對(duì)濕度為（65±2）%。紗線毛羽測(cè)試：采用烏斯特茲HL400型毛羽測(cè)試儀，測(cè)試紗線毛羽，設(shè)置測(cè)試紗線長(zhǎng)度為1000m,并分別記錄100m紗線的1、2、3、4、6、8mm毛羽數(shù)。紗線強(qiáng)力測(cè)試：參照《紡紗實(shí)驗(yàn)教程》紗線強(qiáng)力測(cè)試方法，采用YG068C全自動(dòng)單紗強(qiáng)力儀測(cè)試紗線強(qiáng)力。測(cè)試時(shí)選用上下夾頭夾持距離50cm，預(yù)加張力0.5cN/tex，下降速度50cm/min，每種紗線測(cè)試40次，取平均值?？椢镄阅軠y(cè)試溫度為23C,相對(duì)濕度為50%~70%。屏蔽性能測(cè)試：采用法蘭同軸法，AgilentE5061A型矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、頻譜分析儀、TS0210A1型網(wǎng)絡(luò)衰減器測(cè)試織物的屏蔽性能。為了提高測(cè)試的準(zhǔn)確性、減少誤差,采用多次實(shí)驗(yàn)并取平均值。本實(shí)驗(yàn)采用每塊樣布取5個(gè)不同位置的試樣（避開布邊）,分別測(cè)試5次,取平均值。測(cè)試時(shí)將試樣放置于同軸小室的法蘭之間,之后和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀連接，如圖3所示。參考ASTMD4935—2010《測(cè)量平面材料的電磁屏蔽效應(yīng)的試驗(yàn)方法》及QJ2809—1996《平面材料屏蔽效能的測(cè)試方法》。圖3法蘭同軸示意Fig.3Thecoaxialdiagramofflange織物電阻率測(cè)試：采用SZT-2A四探針電阻測(cè)試儀，儀器預(yù)熱30min，然后將4cmx4cm的織物放置于四探針平臺(tái)上，探針間距為1mm，保證探針?biāo)嗅樇馀c織物良好接觸，并調(diào)節(jié)SB118的電流輸出量程為1mA。2結(jié)果與分析2.1紗線性能分析三種不銹鋼纖維紗的基本性能測(cè)試結(jié)果如表3所示。由表3可以看出，對(duì)于不同結(jié)構(gòu)的紗線，不銹鋼混紡紗毛羽最多，長(zhǎng)絲包芯紗次之，包纏紗毛羽最少。毛羽形成的原因之一：在加捻三角區(qū)中，由于纖維的幾何位置和紡紗張力的不同，導(dǎo)致一根纖維從外到內(nèi)、再從內(nèi)到外發(fā)生多次轉(zhuǎn)移，當(dāng)纖維頭端被擠出后，由于沒有張力和向心壓力的作用，纖維就停留在紗的表面形成毛羽。在混紡紗中不銹鋼和滌綸均以短纖維的形式存在，纖維之間摩擦加劇，內(nèi)外轉(zhuǎn)移次數(shù)增多，毛羽增多。包纏紗中不銹鋼長(zhǎng)絲包裹在滌綸纖維的外部，對(duì)滌綸纖維在紗表面形成的毛羽起到包纏貼服作用，因此，包纏紗毛羽最少。而包芯紗中，只有滌綸短纖裸露在紗線表面，不銹鋼以長(zhǎng)絲的形式存在于紗芯，在一定程度上，紗芯的存在對(duì)滌綸纖維的加捻三角區(qū)有一定破壞，使毛羽增加。表3紗線基本性能Tab.3Basicspropertiesofyarn紗線品種強(qiáng)力/cN斷裂伸長(zhǎng)率/%3mm以下毛羽根數(shù)/（根?lOcm-l）賽絡(luò)菲爾包纏紗792.4212.43576.6賽絡(luò)包芯紗708.159.36834.7全聚混紡紗572.719.651078.4由表3還可知，包纏紗強(qiáng)力最高，斷裂伸長(zhǎng)最大，這是因?yàn)椴讳P鋼絲以螺旋的形式包纏在滌綸纖維表面，其強(qiáng)力利用系數(shù)達(dá)到最大；對(duì)于包芯紗，不銹鋼長(zhǎng)絲的加入會(huì)破壞纖維之間的抱合力，使紗線強(qiáng)力降低。對(duì)比包芯紗和混紡紗強(qiáng)力，可以看出包芯紗的強(qiáng)力高于混紡紗，這主要與纖維的形態(tài)和成紗方式有關(guān)。不銹鋼長(zhǎng)絲連續(xù)性好，剛性大，承擔(dān)拉力大，而不銹鋼短纖和滌綸短纖抱和力差，強(qiáng)力相對(duì)較低包芯紗和混紡紗的斷裂伸長(zhǎng)率相差不大。由拉伸理論分析可知，在拉伸時(shí)紗條中心的長(zhǎng)絲纖維首先被拉斷，接著剩下的長(zhǎng)絲繼續(xù)斷裂，此時(shí)滌綸纖維仍處于抽拔滑移過程，并未達(dá)到最大斷裂伸長(zhǎng)，因此包芯紗中的不銹鋼長(zhǎng)絲對(duì)紗體的斷裂伸長(zhǎng)影響不大［8］，又因?yàn)榧喚€特?cái)?shù)和捻度相同，故斷裂伸長(zhǎng)相差不大。2.2織物屏蔽性能分析2.2.1紗線種類對(duì)屏蔽效能的影響不同紗線結(jié)構(gòu)織物的電磁屏蔽效能，如圖4所示。圖4不同紗線結(jié)構(gòu)織物的電磁屏蔽效能Fig.4Electromagneticshieldingeffectivenessoffabricswithdifferentyarnstructures由圖4可知，頻率在0一1500MHz時(shí)，包芯紗和包纏紗織物電磁屏蔽效能的峰值往往在20dB以上，而混紡紗織物的電磁效能峰值卻難以達(dá)到20dB,限制了混紡紗織物的使用范圍。在混紡紗中不銹鋼短纖和滌綸纖維充分混合，此時(shí)不銹鋼以非連續(xù)的方式存在于紗體中,電阻值高,且質(zhì)量不勻率大,導(dǎo)致不銹鋼短纖分布不均勻,使紗線沿軸向缺乏有效的電連接。因此,包芯紗織物的屏蔽性能高于包纏紗織物。當(dāng)把織物看成含有網(wǎng)孔的屏蔽體時(shí),孔隙則影響織物的屏蔽性能?？椢镄纬傻目谆蚩p相當(dāng)于一個(gè)矩形波導(dǎo)管,波導(dǎo)的截止頻率主要與孔隙的線徑大小有關(guān),線徑越大,波導(dǎo)的截止頻率越低,當(dāng)電磁波頻率達(dá)到截止頻率時(shí),則無屏蔽性能［9］。包纏紗中長(zhǎng)絲纏繞在滌綸纖維的外側(cè),所形成的孔或縫相比包芯紗更大一些,所以包纏紗織物的屏蔽性能更弱。2.2.2雙層織物的排列角對(duì)屏蔽效能的影響為了探究雙層織物的排列角對(duì)織物屏蔽性能的影響,采用1#和2#織物、1#和3#織物、2#和3#織物、1#和1#織物、2#和2#織物、3#和3#織物兩兩疊合,分別測(cè)試在0°、45°、90°排列角度下的屏蔽性能,如5圖所示。由圖5可以看出,當(dāng)兩塊織物成45°排列時(shí),織物的屏蔽性能最好。一方面是因?yàn)?5°交叉排列織物中,經(jīng)緯紗縱橫交錯(cuò),形成的網(wǎng)格孔隙最??；另一方面,在測(cè)試時(shí)，電場(chǎng)和磁場(chǎng)在樣品圓形平面沿半徑方向均勻分布，而45°排列的織物在4個(gè)方向上均有不銹鋼紗線，導(dǎo)致入射到織物上的電磁波垂直分量增加，電磁屏蔽效能增強(qiáng)。當(dāng)織物成0°、90°排列時(shí)，屏蔽效能相差不大，這是因?yàn)榇怪保ㄆ叫校┙徊娴目椢锟梢云帘蔚艋ハ啻怪钡碾妶?chǎng)和磁場(chǎng)［10］。采用Matlab雙因素方差分析方法對(duì)上述織物的電磁屏蔽性能進(jìn)行分析［11］。在0~1500MHz頻段對(duì)織物兩兩交叉排列的排列方式和紗線結(jié)構(gòu)進(jìn)行雙因子方差分析。分析時(shí)，在0~1500MHz內(nèi)取200、400、800、1000、1200、1400MHz的織物屏蔽效能平均值。返回值P大于a時(shí)，假設(shè)成立，因子之間無顯著差異，設(shè)定a為0.05。0~1500MHz雙因子方差分析結(jié)果見表4。表4雙因子方差分析Tab.4Two-factoranalysisofvariance方差來源偏平方和自由度方差P值列因子16.58323.900.0559行因子805.167575.780由表4可以看出，0~1500MHz雙因子方差分析所得P值分別為0.0559、0,P1大于0.05,P2小于0.01,說明列因素有差異、行因素有顯著差異。即在0~1500MHz內(nèi)紗線的結(jié)構(gòu)對(duì)織物屏蔽性能的影響較為顯著，排列角對(duì)其影響較小。3結(jié)論對(duì)不同結(jié)構(gòu)的紗線和不同排列方式的電磁屏蔽織物進(jìn)行細(xì)微分析,多角度出發(fā)找出影響屏蔽性能的因素,探究各因素與屏蔽效能的相關(guān)性。1） 通過不同的紡紗方法,得到賽絡(luò)包芯紗、賽絡(luò)菲爾包纏紗和全聚混紡紗三種紗線在相同紡紗工藝條件下,不銹鋼混紡紗毛羽最多強(qiáng)力最低,長(zhǎng)絲包芯紗次之,包纏紗毛羽最少強(qiáng)力最高。2） 當(dāng)織物中不銹鋼含量、經(jīng)緯密、緊度等參數(shù)相同時(shí),包芯紗織物屏蔽效能最好。這是因?yàn)榘炯喛椢镄纬傻目紫断鄬?duì)較小。由孔隙導(dǎo)磁可知,孔隙越小,屏蔽性能越好；又因?yàn)榘炯喼胁讳P鋼是連續(xù)的,導(dǎo)致其電阻值相對(duì)較低。圖5不同排列方式的織物電磁屏蔽效能Fig.5Electromagneticshieldingeffectivenessofyearnswithdifferentarrangement3）織物中不銹鋼紗線的排列方式對(duì)其電磁屏蔽效能影響規(guī)律較為明顯。當(dāng)兩塊織物成45°交叉排列時(shí)，織物在4個(gè)方向上均含有不銹鋼紗線，形成的網(wǎng)格最密。此時(shí)電磁波垂直分量增加，織物對(duì)電磁波的反射量增加，屏蔽效能增強(qiáng)。參考文獻(xiàn)：【相關(guān)文獻(xiàn)】劉君妹，賈立霞?不銹鋼長(zhǎng)絲排列對(duì)復(fù)合板材電磁屏蔽效能影響[J].棉紡織技術(shù),2017,45(7):19-22.LIUJunmei,JIALixia.Effectofstainlesssteelfilamentarrangementonelectromagneticshieldingeffectivenessofcompositeboard[J].CottonTextileTechnology,2017,45(7):1922.肖紅,施楣梧.電磁紡織品研究進(jìn)展[J].紡織學(xué)報(bào),2014,35(1):151-157.XIAOHong,SHIMeiwu.Researchprogressonelectromagnetictextiles[J].JournalofTextileResearch,2014,35(1):151-157.秦燕萍，王巖，劉海英,等.不銹鋼纖維混紡織物防輻射性能研究[J].棉紡織技術(shù),2015,43(11):29-32.QINYanping,WANGYan,LIUHaiying,etal.Radiationprotectionstudyofstainlesssteelblendedfabric[J].CottonTextileTechnology,2015,43(11):29-32.CHENGKB,CHENGTW,LENKC,etal.Effectsofyarnconstitutionsandfabricspecificationsonelectricalpropertiesofhybridwovenfabrics[J].Composites,2003(34):971-978.⑸肖倩倩，張玲玲,宿霞菲?含不銹鋼纖維織物電磁屏蔽效能影響因素研究[J].絲綢,2010(2):26-30.XIAOQianqian,ZHANGLingling,SUXiafei.Studyoninfluencingfactorsofelectromagneticshieldingeffectivenessoffabricwithstainlesssteelfibers[J].JournalofSilk,2010(2):26-30.⑹鈔杉?含金屬纖維電磁屏蔽紡織品屏蔽效能的影響因素研究[D].上海:東華大學(xué),2014:41-47.CHAOShan.TheInfluenceFactorofShieldingEffectivenessofElectromagneticShieldingTextilesContainingMetalFibers[D].Shanghai:DonghuaUniversity,2014:41-47.[7]曹夢(mèng)龍，徐伯俊，謝春萍,等.基于sirofil-spun新型花式紗的紡制及性能分析[J].絲綢,2016,53(6):1-5.CAOMenglong,XUBojun,XIEChunping,etal.Spinningofnewfancyyarnbasedonthesirofil-spunanditsperforman