服装用涤/棉织物的防电磁辐射整理及性能

江西工业职业技术学院轻纺服装学院， 江西 南昌 330000

随着电子技术的发展，电磁波的危害愈加显著，开发具有电磁防护性能的纺织品与服装尤为重要[1]。常见的电磁防护织物的制备方法，一是采用纺织纤维与金属纤维混纺、织造，利用金属纤维吸收和反射电磁波，常用的金属纤维有不锈钢纤维、铜纤维、银纤维等[2]；或者通过化学镀的方式对织物进行后整理，使织物具有电磁防护性能，可采用一种金属的化学镀如镀镍、银、铜等金属，也可采用多种金属的复合镀，经整理后织物的电磁屏蔽效果各不相同[3-5]。早期的电磁防护织物，尤其是用于孕妇装的防辐射织物，大都含有一定量的不锈钢纤维，考虑到织物的服用舒适性能，不锈钢纤维的含量一般不高，故其电磁防护效果受到限制。

基于此，本文借鉴杨苗苗等[6]5， [7]， [8]41和詹建朝等[9]15， [10]25利用化学镀对涤/棉织物进行电磁防护整理的相关原理与结论，对服装用涤/棉混纺织物进行表面活化后再进行电磁屏蔽整理，并对织物的电磁防护、导电、服用等性能进行研究，以期为涤/棉混纺织物的电磁防护整理的进一步研究提供新的思路和方法。

1 试验

1.1 试验准备

(1) 试样：涤/棉织物，其规格见表1。

表1 试样规格

(2) 试剂：氢氧化钠(NaOH，分析纯，国药集团化学试剂有限公司)；OP乳化剂(分析纯，无锡市晶科化工有限公司)；氯化亚锡(SnCl2，分析纯，上海展云化工有限公司)；氯化钯(PdCl2，分析纯，上海展云化工有限公司)；次亚磷酸钠(NaH2PO2·H2O，分析纯，上海展云化工有限公司)；柠檬酸钠(C6H5Na3O7·2H2O，分析纯，上海展云化工有限公司)；硫酸镍(NiSO4·6H2O，分析纯，国药集团化学试剂有限公司)；氯化铵(NH4Cl，分析纯，上海展云化工有限公司)。

(3) 仪器：Quanta FEG 250型场发射环境扫描电子显微镜(广州贝拓科学技术有限公司)；DR-913型织物防电磁辐射性能测试仪(温州大荣纺织仪器有限公司)；MF30型指针式万用表(吉时利仪器有限公司)；YG(B)811E型全自动织物悬垂性能测试仪(温州大荣纺织仪器有限公司)；YG026D型电子织物强力机(温州大荣纺织仪器有限公司)；YG461E/I型数字式织物透气量仪(宁波纺织仪器厂)。

1.2 电磁防护整理工艺

本文采用镀镍的化学镀方式进行电磁防护整理，具体的工艺流程：

1.2.1 前处理工艺

1.2.1.1 除油工艺

除油的目的是除去残留在试样表面的油剂等杂质，确保后续反应顺利进行。具体的除油工艺[6]12：取100 g试样并放入1 L质量浓度为80.0 g/L的氢氧化钠溶液中，添加5～10 mL OP乳化剂，在85 ℃下处理70～90 min后取出，再经水洗、烘干。

1.2.1.2 敏化-活化工艺

敏化的目的是使试样表面能吸附更多的亚锡离子，为活化反应做准备。具体的敏化工艺：取适量氯化亚锌并加入蒸馏水中溶解，再加入适量稀盐酸确保氯化亚锌完全溶解，使氯化亚锌的质量浓度达到20.0 g/L，形成敏化液；然后将除油后的试样放入敏化液中，在室温下反应5 min后取出，用蒸馏水仔细漂洗，除去多余的亚锡离子。

活化的目的是利用敏化后的试样上的亚锡离子的还原性，将试样从活化液中吸附的钯离子还原为钯颗粒，为镀镍做准备。具体的活化工艺[6]15：取适量氯化钯并加入蒸馏水中溶解，再加入适量稀盐酸确保氯化钯完全溶解，使氯化钯的质量浓度达到0.5 g/L，形成活化液；然后将敏化后的试样放入活化液中，在室温下反应5 min后取出，水洗至试样上无钯离子存在。

1.2.2 镀镍工艺

将经过敏化-活化处理的试样放入镀镍溶液中，试样上的钯颗粒可直接引发镀镍反应，反应结束后取出试样，经水洗、烘干，测试织物增重率。具体的镀镍工艺[9]16：取硫酸镍20.0 g溶解于1 L去离子水中，依次添加次亚磷酸钠30.0 g、柠檬酸钠20.0 g、氯化铵15.0 g，搅拌均匀，调节溶液pH值至9，形成镀镍溶液；然后将敏化-活化后的试样放入镀镍溶液中，在室温下反应1～5 min后取出，再经水洗、干燥。1#和2#试样经镀镍整理后，分别编号为镀镍1#和镀镍2#。

1.3 性能测试

1.3.1 织物表面形态

采用Quanta FEG 250型场发射环境扫描电子显微镜观察织物的表面形态。

1.3.2 镀层与织物结合牢度的测定

采用透明胶带法[11-12]测定镀层与织物之间的结合牢度(简称“镀层与织物结合牢度”)。以粘在胶带上的金属粉末质量评定镀层与织物结合牢度。测试结果分5个等级，其中1级的结合牢度最差，5级的结合牢度最佳。

1.3.3 镀镍速率测定

镀镍速率可采用镀镍整理后的织物增重率间接表示[8]42， [10]27。按式(1)计算织物增重率。

(1)

式中：w表示织物增重率，%；W0表示镀镍整理前的织物质量，mg；W1表示镀镍整理后的织物质量，mg。

1.3.4 电磁屏蔽性能测试

采用DR-913型织物防电磁辐射性能测试仪测试织物的电磁屏蔽性能。测试频率采用2 250～2 650 MHz，试样尺寸为10.7 cm×6.4 cm。评价指标为屏蔽效能(SE)。

1.3.5 电阻测定

采用MF30型指针式万用表测试织物的表面电阻。试样尺寸为11.0 cm×11.0 cm，每块织物选取3块试样进行测试，结果取平均值。

1.3.6 织物服用性能测试

采用YG026D型电子织物强力机测试织物的拉伸性能，试样尺寸为20.0 cm×6.0 cm，拉伸速度为200 mm/min；采用YG(B)811E型全自动织物悬垂性能测试仪测定织物的悬垂性能；采用YG461E/I型数字式织物透气量仪测试织物的透气性能；采用YG(B)022D型全自动织物硬挺度仪测试织物的刚柔性能。

2 结果与分析

2.1 织物表面形态

图1所示为2#试样在镀镍整理前后的织物表面形态。

(a) 镀镍整理前 (b) 镀镍整理后

(c) 镀镍整理后织物

表面纱线

图1 织物表面形态

由图1可知：经镀镍整理后，织物表面覆盖了一层较为致密的镀层，镀层分布较为均匀，部分纱线表面偶尔出现絮状物，这可能是由于镀镍反应速率过快，金属镍颗粒沉积在纱线表面的毛羽上造成的。

2.2 镀层与织物结合牢度

镀层与织物结合牢度测试结果见表2。

表2 镀层与织物结合牢度

由表2可知：经镀镍整理后，镀层与织物结合牢度分别为4级和5级，说明镀层与织物结合牢固，不易脱落。

2.3 镀镍速率

镀镍速率测试结果如图2所示。

图2 镀镍速率

由图2可知：随着镀镍反应时间的增加，织物增重率逐渐增大。在最初的25 min内，织物增重率基本呈线性增加，表明织物增重明显；之后，织物增重率变化缓慢，至35 min后趋于稳定。在镀镍反应初期，由于镀镍溶液中硫酸镍和次亚磷酸钠的浓度较大，反应速度加快，所形成的镍附着在织物表面，使得织物表面的活性提高，这促进了镀镍反应的发生，因此织物增重明显。随着镀镍反应的持续发生，镀镍溶液中的硫酸镍含量减少，镀镍反应速率变慢，织物增重趋于平衡。

镀镍1#与镀镍2#试样的织物增重率变化规律相似，且镀镍1#试样的织物增重率明显低于镀镍2#试样。根据表1，2#试样中含有质量分数为15%的不锈钢纤维，它的存在使得2#试样的织物表面活性大于1#试样，更易促进镀镍反应的发生和进行，加上反应过程中能形成更多的镍，因此2#试样的织物表面活性更强，镀镍反应速率更快，织物增重更明显。

2.4 屏蔽效能与导电性能

电磁波的屏蔽效能包含两部分：反射效能与吸收效能。前者与电磁波频率及镀层反射率有关，后者主要与电磁波频率、镀层电导率及镀层厚度有关[13]。当电磁波频率一定时，镀层电导率越大，反射效能越大；当电导率一定时，电磁波频率越高，则反射效能越小。对于吸收效能，电磁波频率一定时，镀层电导率越大，吸收效能越大；当电导率一定时，电磁波频率越高，吸收效能越大[10]27。因此，对于低频率的微波辐射，织物的电磁屏蔽效能主要由反射效能决定[14]。本试验分别测试了镀镍整理后织物的屏蔽效能(图3)和表面比电阻(图4)。

图3 屏蔽效能

图4 织物表面比电阻与织物增重率的关系

由图3可知：试样经镀镍整理后具有明显的电磁屏蔽性能。其中，镀镍1#试样的屏蔽效能为23.13 dB，镀镍2#试样的屏蔽效能达到46.96 dB。经镀镍整理后，织物表面沉积一定量的镍，形成金属镀层，其具有很好的吸收和反射电磁波的能力，故织物的电磁屏蔽性能得到提升。镀镍2#试样的电磁屏蔽性能明显优于镀镍1#试样，其原因除了不锈钢纤维本身可以反射和吸收电磁波外，还与镀镍反应有关。不锈钢纤维可增加织物表面的反应活性，诱使镀镍反应更易进行，织物表面更易沉积镍，形成镀镍层。

由图4可知：随着织物增重率增加，织物表面比电阻逐渐减小，而且在织物增重率相同的情况下， 镀镍2#试样的织物表面比电阻小于镀镍1#试样。当织物增重率为30%时，2种试样的织物表面比电阻均明显下降，这是因为镀镍反应是一个发生在金属材料表面的自催化氧化-还原反应，随着镀镍反应的进行，织物表面的镍镀层由不均匀逐渐向均匀过渡，这时镍镀层的均匀性占主导作用。随后，织物表面比电阻的变化较为缓慢，这主要与织物表面镀层的致密性和内部缺陷有关[15]37。

2.5 织物服用性能

织物服用性能测试结果见表3。

表3 织物服用性能

由表3可知：经镀镍整理后，织物的拉伸断裂强力有所增加，而织物的透气性、悬垂性及柔软性有所下降，且1#试样经镀镍整理后其各性能指标的变化幅度均明显大于2#试样。其原因可能是镀镍整理后织物表面形成一层较为致密的镍，导致纱线之间的缝隙变小，织物的孔隙率减小，因此织物的透气性、悬垂性及柔软性下降，而织物的拉伸断裂强力增大。

3 结语

(1) 经镀镍整理后，涤/棉混纺织物与涤/棉/不锈钢纤维混纺织物均具有一定的电磁防护性能，且后者的电磁防护性能优于前者，屏蔽效能为46.96 dB。

(2) 织物的电磁防护性能和导电性能随织物增重率增大而提高，且含有不锈钢纤维的织物的提高更明显，说明不锈钢纤维可与镍镀层产生协同作用，利于增强织物的电磁防护性能。

(3) 经镀镍整理后，织物的透气性、悬垂性下降，织物的拉伸断裂强力和硬挺度系数提高。与涤/棉混纺织物相比，涤/棉/不锈钢纤维混纺织物经镀镍整理后具备更好的防电磁辐射性能，且织物服用性能受到的影响不大。