组织结构对防电磁辐射针织物性能的影响

贺玉东，马伟伟，孔令红，王东升，张焕侠

(1.嘉兴学院材料与纺织工程学院，浙江嘉兴 314001; 2.嘉兴市华严花边织造有限公司,浙江嘉兴 314001; 3.通标标准技术服务(上海)有限公司，上海 200233)



组织结构对防电磁辐射针织物性能的影响

贺玉东1，马伟伟2，孔令红3，王东升1，张焕侠1

(1.嘉兴学院材料与纺织工程学院，浙江嘉兴 314001; 2.嘉兴市华严花边织造有限公司,浙江嘉兴 314001; 3.通标标准技术服务(上海)有限公司，上海 200233)

研究了组织结构对牛奶蛋白/金属纤维防电磁辐射针织物屏蔽效能等性能的影响。实验证明：衬垫组织的电磁屏蔽效能最好，其次是纬平针。添纱织物的电磁屏蔽效能一般，但若增加金属纤维含量，其屏蔽效能大幅度提高。

防电磁辐射 组织结构 针织物 屏蔽效能

随着电子产品的普及，电磁辐射对人体产生的危害日益严重，电磁波辐射给人们健康带来的危害已成为一个不可忽视的问题[1-5]。同时随着人们对生活质量要求的提高，一些相关行业对工作人员的安全防护、精密仪器防电磁辐射的干扰等的需求，都要求减少电磁辐射的危害，由此产生了电磁屏蔽织物[3]。

目前市场上普遍采用的防电磁辐射织物[2]：金属涂层织物，采用工业上已经成熟的涂层技术，把导电磁性物质渗入到涂层浆料内，在织物面料表面获得金属涂层，这种改良后的织物面料由于涂层的存在对电磁波辐射具有一定的屏蔽效能。金属涂层内的导电和导磁性物质通常为：铁粉、铜粉、银粉和石墨粉等导电粉末。金属涂层的主要特点是：透气性较差、屏蔽性能不佳、手感不好等。因此，在工业上至今也未得到广泛应用。

虽然电磁波传播的渗透能力强，但优良的导电或导磁材料可用来屏蔽电磁辐射，具有优良的导电性能的织物即起到电磁屏蔽作用[6-7]。利用不锈钢纤维优良的导电性及金属丝在一定频率范围内对电磁波有突出的反射性能[8]，可以起到吸收、屏蔽电磁波的作用，达到屏蔽电磁辐射的效果。将包芯金属丝材料纺成针织用纱在针织机上编织即可制成防辐射针织物。在针织横机上编织的防辐射针织毛衫，具有穿着舒适、时尚、高档、典雅及功能性的优点。

采用金属丝和服用纱线混编交织的方法，将普通常规的纺织纤维和金属纤维混纺成纱，通过针织工艺，使得纱线交织形成织物。由于不锈钢纤维不仅具备良好的导电性能、机械性能，还具有良好的绕性、柔软化与细微化的优点。在满足纺纱、织造、缝制等加工条件的同时，对一定频率范围内电磁波的反射性能有很大的提高，故选用不锈钢纤维作为金属纤维。常规纤维选用的是牛奶蛋白纤维，由于其具有较好的可纺性，在顺滑度和手感方面可以与真丝媲美，在一定程度上提高了产品档次。但由于不锈钢丝具有比重大、弹性回复率差、抗弯刚度差、抱合力较小等一些对织物服用性能有不良影响的缺点，故混纺纱线采用包芯纱的混合方式，使得混纺纱线同时具备常规纤维和不锈钢丝的优点。本产品采用针织结构服装面料，改善了传统防电磁辐射织物舒适性和功能性的的缺点，较之涂层织物有很好的透气性，在穿着舒适的同时，其功能性设计也有明显性能的改善。

1 试验部分

1.1 试验仪器与原料

原料：不锈钢丝/牛奶蛋白纤维包芯纱。购自河北三源纺织公司的18tex、28tex的不锈钢纤维(SS)与涤棉(T/C) 混纺纱。18tex不锈钢纤维的混纺比为SS/T/C 30/45/25，28tex混纺比为SS/T/C 30/45/25。

仪器：STOLL型电脑横机，机号：7.2G。

YG(L)811-DN型织物动态悬垂性风格仪， DR-913G 型电磁频谱分析仪，FSY131型柔软度测定仪。

1.2 防电磁辐射机理

电磁波通过导电介质材料时，导电材料会产生涡流而抑制电磁波的能量传递。材料的导电性越强，涡流对电磁波的抑制越强烈。防电磁辐射织物的基本原理是：采用低电阻的导体材料，利用电磁波在屏蔽导体表面的反射及在导体材料内部产生与源电磁场相反的电流和磁极化，使电磁波能量的继续传递受到阻碍，从而限制电磁能量从防电磁辐射织物的一侧空间向另一侧空间传递，将其削弱到不能危害人体健康和干扰仪器工作的程度，起到屏蔽作用。在低频时，电磁屏蔽效能主要取决于反射，而电磁波的反射与材料表面的阻抗相关，材料导电性能越好，反射越强，屏蔽效能也就越好；而高频时，电磁屏蔽效能主要取决于电磁波在材料内部传播时的吸收损耗，吸收损耗与材料的厚度、磁导率和电导率相关[7]。

1.3 织物编织参数

为了研究组织结构对防电磁辐射针织物屏蔽效能的影响，本文以牛奶蛋白纤维包缠金属长丝作为原料(1根红色纯棉纱+2根牛奶纤维/钢丝包芯纱)，编织纬平针、2+2罗纹组织、衬垫组织、罗纹型复合组织四种防电磁辐射针织面料，并分别进行舒适性、透气性、保温性、防电磁屏蔽效能等性能测试与分析。四种组织织物的技术规格及基本参数如表1所示。

表1 四种织物的基本参数

2 结果与讨论

2.1 悬垂性测试

织物悬垂性取决于组成织物的纱线的抗弯性能、织物的组织结构和密度，并且随着织物的厚度增加而增加。四种试样的悬垂性测试结果参见表2。

表2 四种织物的悬垂性能

织物的悬垂性是指织物因自重而下垂的性能，用悬垂程度和悬垂形态两类指标表示。悬垂程度指织物在自重作用下，其自由边界下垂的程度，通常用悬垂系数表示。悬垂形态是指悬垂的织物能形成优美的曲面造型，给人以视觉上的美感。将织物试样悬垂曲面的自由边界展开成波纹曲线，通过计算机专用软件可自动算出反映织物悬垂形态的指标——包括波纹数、活泼率、美感系数等。织物的悬垂性取决于组成织物的纱线的抗弯性能、织物的组织结构和密度，并且随着织物的厚度增加而增加。悬垂系数越小，则表示织物的悬垂性越好；波纹数、活泼率和美感系数越大，织物的悬垂性越好。各织物试样的悬垂性测试结果如表2所示，可以看出，无论是动态还是静态，纬平针组织防电磁辐射针织物的悬垂系数最大，纬平针组织的波纹数最小，平针衬垫组织的活泼率最大，纬平针组织的美感系数最大。

试样a是纬平针，试样b是2+2罗纹织物，试样c是平针衬垫，试样d是双罗纹型复合组织。从表2中可以看出，无论是动态还是静态，试样c的悬垂系数最小、波纹数最多、活泼率最大、美感系数最小，所以悬垂性最好，试样d次之，试样b较差，试样a最差。

2.2 柔软度测试

四种试样的柔软度测试结果参见表3。

表3 四种织物的柔软度

从表3可以看出，织物的横向与纵向柔软度存在很大的差异。纬平针、2+2罗纹织物和双罗纹型复合织物的纵向柔软度都高于横向柔软度，其中，纬平针和2+2罗纹织物更为明显。平针衬垫的纵向柔软度明显低于横向柔软度，其中可能的主要原因是织物反面悬挂着许多不封闭的圈弧。总体来看，2+2罗纹织物的柔软度最好，其次是纬平针和平针衬垫，双罗纹型复合织物最差。

2.3 防电磁屏蔽效能测试

本实验采用电子行业标准《材料屏蔽效能的测量方法》推荐的改进型法兰同轴测试法。测试具体过程参照SJ 20524和ASTM-D 4935标准。各种织物的防电磁辐射效能测试结果如图1所示。

图1 各织物防电磁屏蔽效能曲线

从图1可以看出，电磁波频率在752MHz～1600MHz之间，织物的防电磁辐射效能已经在逐步减弱。测试的数据表明：相同原料的四种不同组织结构织物，平针衬垫的电磁屏蔽效能最高，纬平针优于2+2罗纹组织，2+2罗纹组织优于双罗纹型复合组织。

2.4 透气性和保温性测试

各种织物的透气性和保湿性变化如图2、图3所示。

图2 不同组织透气性变化

图3 不同组织保湿性变化

可以看出，双罗纹型复合组织的透气率最好，平针衬垫组织次之，2+2罗纹织物较低，纬平针的透气率最差。因为相同原料的四种不同结构组织中，纬平针的密度最大，相比较于其他三种，织物更加紧实，空气的透过率也就降低了。

可以得到平针衬垫的保温性优于2+2罗纹织物，2+2罗纹织物优于双罗纹型复合组织织物，双罗纹型复合组织织物优于纬平针。纬平针是单面组织织物，2+2罗纹和双罗纹型复合组织都为双面组织。因此，相对于纬平针，2+2罗纹和双罗纹型复合组织更为厚实，保温性比纬平针好。平针衬垫的保温性比双面组织好的原因是其紧密度比2+2罗纹和双罗纹型复合组织大。

3 结论

针织防电磁辐射织物由于其线圈结构是串套的网状结构，所以能够达到良好的屏蔽效果。针织物的密度对防辐射性能有比较大的影响，在达到一定的密度条件下，才会具备防辐射功能；但并不是密度越大屏蔽效能就越高，屏蔽效能先是随密度增加而增大，到达最大值后随着密度的增大屏蔽效能反而减小；为了达到更好的防辐射性能，需要对上机工艺进行不断优化。

针织物的组织结构对服用性能和防辐射性能有一定的影响。通过对悬垂性、柔软度、透气性和保温性的试验测试，结合试验数据对比分析后得出平针衬垫的综合服用舒适性能最好。与2+2罗纹、纬平针和双罗纹型复合组织相比，平针衬垫组织织物的柔软性一般，但是透气性较好，悬垂性能和保温性能最好，所以平针衬垫织物具有良好的服用舒适性能。针织结构越紧密，防辐射性能就越好。上述测试分析表明，不同的组织结构，防辐射性能各有差异。单面纬平针织物相对于花色组织线圈结构的密度较大，电磁波透过量相对比较少，防辐射性能良好；但本论文中的某些花色组织织物虽然比较厚实，并且存在网孔，但是织物的组织密度较大，网孔的透过量就大幅度减少，从而使得防电磁辐射性能比单面纬平针组织要好。

[1] 李卫斌，赵晓明.防辐射纤维的研究进展[J].成都纺织高等专科学校学报，2016(3)：187-191.

[2] 刘元军，赵晓明，李卫斌.吸波材料研究进展[J].成都纺织高等专科学校学报，2015(3)：23-29.

[3] 刘元军，赵晓明，拓晓，等.聚吡咯吸波材料性能探讨[J].成都纺织高等专科学校学报，2015(4)：60-63.

[4] 赵晓明，李卫斌.织物介电常数的影响因素分析[J].成都纺织高等专科学校学报，2016(2)：1-5.

[5] 赵晓明，鲁亚稳.吸波材料的最新研究进展及发展趋势[J].成都纺织高等专科学校学报，2016(3)：120-124.

[6] 鲁亚稳，赵晓明. 电磁屏蔽织物的研究现状及影响因素[J]. 成都纺织高等专科学校学报，2016(3)：206-210.

[7] 张娜. 电磁波屏蔽织物发展现状及测试方法[J]. 广西纺织科技,2010,39(1):50-52.

[8] 王建忠,奚正平. 不锈钢纤维织物电磁屏蔽效能的研究现状[J]. 材料导报,2012,26(10):33-35.

Effect of Organizational Structure on Anti-electromagnetic Radiation Property of Knitted Fabric

HEYu-dong1,MAWei-wei2,KONGLing-hong3,WANGDong-sheng1,ZHANGHuan-xia1

(1. Material and Textile Engineering College,Jiaxing University,Jiaxing 314001; 2. Jiaxing Huayan Elastic Manufacturing Co.,Ltd,Jiaxing 314001; 3.SGS-CSTC Standards Technical Service (Shanghai) Co.,Ltd,Shanghai 200233)

The effect of organizational structure on the shielding effectiveness of milk protein/metal fiber anti-electromagnetic radiation knitted fabric was studied. The Experiments showed that the electromagnetic shielding effectiveness of liner organization was best,followed by weft plain stitch; electromagnetic shielding effectiveness of Tim yarn fabric was general and its shielding effectiveness was greatly improved with the increase of metal fiber content.

anti-electromagnetic radiation organizational structure knitted fabric shielding effectiveness

2016-11-30

浙江省纱线材料成形与复合加工技术研究重点实验室开放课题(MTC2014-002)。

贺玉东(1992-)，男，学士，研究方向：织物功能整理。

TS101.92+3.9

A

1008-5580(2017)02-0166-04