孫 天，趙曉明

(天津工業(yè)大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300387)

電磁污染被列為是繼水污染、大氣污染、噪聲污染后的第四大污染源[1-2]。隨著現(xiàn)代社會(huì)電器和電子設(shè)備使用范圍的迅速擴(kuò)大，隨之產(chǎn)生的電磁干擾、電磁泄露等問(wèn)題不僅影響電子設(shè)備的正常使用，還會(huì)影響人的身體健康[2-4]。隨著人們對(duì)生活環(huán)境要求的提高，電磁功能紡織品引起了廣泛的關(guān)注。

金屬被認(rèn)為是最好的電磁屏蔽材料，但是金屬密度大、體積大、剛性大和其可能會(huì)受到熱膨脹、氧化腐蝕問(wèn)題等特點(diǎn)，使其靈活性較差限制了其使用范圍[5]。與傳統(tǒng)的電磁屏蔽板相比，導(dǎo)電紡織品是一種高效的屏蔽材料，具有良好的靈活性、柔韌性、低成本、易生產(chǎn)等特點(diǎn)，近年來(lái)受到廣泛關(guān)注。目前電磁屏蔽織物有表面涂層織物[6-8]、金屬化纖維織物[9-10]、本征導(dǎo)電高分子填充型電磁屏蔽織物和金屬纖維混紡織物[11]等。研究開(kāi)發(fā)出滿足廣大消費(fèi)者需求，電磁屏蔽效果優(yōu)良的電磁功能性紡織品已成為熱點(diǎn)之一。

已有的報(bào)道中[12-14]，電磁屏蔽紡織品主要為機(jī)織物，多分析金屬纖維機(jī)織物不同纖維排列方式，金屬含量等對(duì)屏蔽效能的影響。針織物因組成結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，形成網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)，較機(jī)織物更柔軟、懸垂性更好，且同時(shí)能擁有較好的屏蔽效果，可用作生活中電磁防護(hù)手段，但已有文獻(xiàn)中，至今未有人研究分析網(wǎng)孔組織因素對(duì)織物屏蔽效果的影響。文獻(xiàn)研究中[12]，不銹鋼纖維混紡紗屏蔽效果優(yōu)于不銹鋼包芯紗，本次研究使用應(yīng)用最為廣泛的不銹鋼纖維混紡紗為原料，制備了不同網(wǎng)孔組織結(jié)構(gòu)的緯編織物樣品，重點(diǎn)探討了不銹鋼金屬纖維含量、組織結(jié)構(gòu)等對(duì)屏蔽效能的影響，同時(shí)測(cè)試了不銹鋼混紡紗線的毛羽和紗線回潮率，作為針織物舒適度的評(píng)估。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

10 %、20 %、30 %不銹鋼纖維滌棉混紡紗線，型號(hào)為32支，由深圳市廣瑞新材料有限公司提供；12G(12針距)龍星LXC-252SCV全自動(dòng)電腦橫編織機(jī)；長(zhǎng)嶺紡電YG172毛羽測(cè)試儀；常一紡儀YG747烘箱；ZNB40矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。

1.2 制備工藝和過(guò)程

實(shí)驗(yàn)采用控制變量法，以10 %、20 %、30 %不銹鋼纖維滌棉混紡紗線為實(shí)驗(yàn)材料，使用12針距龍星電腦橫機(jī)編織不同度目、不同網(wǎng)孔大小、不同組織結(jié)構(gòu)的不銹鋼纖維含量緯編織物。組織結(jié)構(gòu)上機(jī)示意圖如下圖1所示。下圖1從左到右依次為緯平針結(jié)構(gòu)、1+1羅紋結(jié)構(gòu)、移圈網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)、雙珠地網(wǎng)眼組織結(jié)構(gòu)。

圖1 四種緯編針織物的組織結(jié)構(gòu)示意圖

在頻率為10 MHz～3 GHz的范圍內(nèi)探討不銹鋼纖維混紡比、織物的度目(影響織物緊度)、網(wǎng)孔大小、織物組織結(jié)構(gòu)等參數(shù)對(duì)緯編針織物電磁屏蔽效能的影響規(guī)律。并測(cè)試紗線表面毛羽、紗線回潮率對(duì)形成織物的可行性和舒適性進(jìn)行評(píng)估。

1.3 測(cè)試指標(biāo)和方法

1.3.1 針織物屏蔽效能測(cè)試

采用ZNB40矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試材料的屏蔽效能，頻率范圍為10 MHz～3 GHz，測(cè)試原理如下圖2所示。

圖2 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試原理

1.3.2 紗線毛羽測(cè)試

采用長(zhǎng)嶺紡電YG172毛羽測(cè)試儀，分別對(duì)三種不銹鋼纖維含量紗線測(cè)試，每個(gè)片段長(zhǎng)度為10m，測(cè)試速度30 m/min，測(cè)試五次取平均值，得出紗線的毛羽數(shù)量。

1.3.3 紗線回潮率測(cè)試

參照GB/T1994-2018《紡織材料公定回潮率》，取10 %、20 %、30 %三種不銹鋼纖維含量的紗線濕重5 g，使用YG747烘箱得到紗線的干重，并計(jì)算回潮率。

2 結(jié)果與討論

2.1 針織物屏蔽效能分析

2.1.1 不銹鋼纖維含量對(duì)織物屏蔽效果影響

為了探討不銹鋼纖維含量對(duì)針織物屏蔽效果的影響，分別測(cè)試不同不銹鋼纖維含量紗線下的緯平針組織、1+1羅紋組織、雙珠地組織，其屏蔽效能如下圖3～圖5所示。

圖3 不銹鋼纖維含量對(duì)緯平針組織屏蔽效能的影響

圖4 不銹鋼纖維含量對(duì)1+1羅紋組織屏蔽效能的影響

圖5 不銹鋼纖維含量對(duì)雙珠地織物屏蔽效能的影響

由圖3可知，緯平針組織中，三種不銹鋼纖維含量織物的屏蔽效能曲線形態(tài)相似，三種不銹鋼含量紗線最高屏蔽點(diǎn)即峰值出現(xiàn)的頻率段相近，30%不銹鋼纖維含量織物的峰值最高，在頻率1.1 GHz時(shí)屏蔽效能為16.35 dB。由圖4可知，雙羅紋組織中，20 %與30 %不銹鋼纖維含量織物屏蔽效能峰值相近，20 %不銹鋼纖維混紡織物峰值為13.93dB，30%不銹鋼纖維混紡織物略高，屏蔽效能在0.93 GHz達(dá)到峰值14.14 dB。由圖5可知，雙珠地組織中，三種紗線的最大屏蔽效能近似，30 %不銹鋼纖維混紡織物的屏蔽頻率范圍較大，且高于其他兩種含量。

30 %不銹鋼纖維含量紗線織物屏蔽效果較優(yōu)，理論上不銹鋼纖維含量越大，紗線電導(dǎo)率越大，在電磁場(chǎng)環(huán)境中形成織物表面電流越大，對(duì)電磁波反射越高，因此屏蔽效能越大。緯平針組織結(jié)構(gòu)屏蔽效果受不銹鋼纖維含量影響較大；1+1羅紋組織和珠地網(wǎng)眼組織結(jié)構(gòu)織物30 %和20 %纖維含量織物峰值相近，但是30 %不銹鋼含量織物的屏蔽的頻率范圍高于20 %不銹鋼纖維含量織物?？椢锲帘涡苁芙M織結(jié)構(gòu)影響較大，在下面進(jìn)行比較分析。

2.1.2 組織結(jié)構(gòu)對(duì)織物屏蔽效果影響

為探究不同組織結(jié)構(gòu)對(duì)織物屏蔽效果的影響，測(cè)試30 %不銹鋼纖維混紡紗織物進(jìn)行探討，對(duì)緯平針組織、1+1羅紋組織、雙珠地網(wǎng)眼組織和4 mm移圈組織進(jìn)行對(duì)比，其屏蔽效能結(jié)果如下圖6所示，圖中wpz表示緯平針織物，szd表示雙珠地網(wǎng)眼組織織物。

圖6 組織結(jié)構(gòu)對(duì)織物屏蔽效能的影響

由圖6可知，四種織物組織結(jié)構(gòu)屏蔽效果趨勢(shì)相似，最佳屏蔽頻率段大概在0.5GHz～1.5GHz范圍內(nèi)。其中雙珠地網(wǎng)眼組織峰值最高，即屏蔽效果最好，其最大屏蔽效能在0.66 GHz達(dá)20.38 dB，可滿足民用要求[15]；1+1羅紋組織屏蔽效果最差，但其屏蔽頻率段在0.75GHz～1.5GHz范圍內(nèi)也可屏蔽掉至少90 %的電磁波，最佳屏蔽效能可達(dá)14.14 dB；緯平針組織和4 mm移圈組織屏蔽效能峰值相近，屏蔽效能介于雙珠地網(wǎng)眼組織和1+1羅紋組織。

緯編針織物的屏蔽效能受織物組織結(jié)構(gòu)影響明顯，綜上實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，雙珠地網(wǎng)眼組織結(jié)構(gòu)最優(yōu)，緯平針結(jié)構(gòu)和4 mm移圈結(jié)構(gòu)類似并次之，1+1羅紋組織屏蔽效果最差。雙珠地網(wǎng)眼組織雖然有網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)，但因其編織方式不同，網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)在厚度方向錯(cuò)綜排列，使得織物成品厚度有所增加，可見(jiàn)厚度對(duì)織物屏蔽效果影響明顯。4 mm移圈組織是在緯平針組織基礎(chǔ)上通過(guò)移圈編織形成的，組織結(jié)構(gòu)相類似，且沒(méi)外界力拉伸網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)不明顯，因此兩種組織屏蔽效果相近。1+1羅紋組織結(jié)構(gòu)松散，網(wǎng)孔較大，對(duì)電磁波屏蔽能力較差。

2.1.3 網(wǎng)孔大小對(duì)織物屏蔽效果影響

為探究網(wǎng)孔大小對(duì)屏蔽效能的影響，通過(guò)移圈織造網(wǎng)孔針織物，網(wǎng)孔均勻分布，并通過(guò)移圈的針數(shù)來(lái)控制網(wǎng)孔的大小，分別測(cè)試10 %、20 %、30 %不銹鋼纖維含量下不同網(wǎng)孔尺寸屏蔽效能，如下圖7～圖9所示。

圖7 網(wǎng)孔尺寸對(duì)10 %不銹鋼纖維含量針織物屏蔽效能的影響

圖8 網(wǎng)孔尺寸對(duì)20 %不銹鋼纖維含量針織物屏蔽效能的影響

圖9 網(wǎng)孔尺寸對(duì)30 %不銹鋼纖維含量針織物屏蔽效能的影響

由圖7可以看出，10 %不銹鋼纖維含量網(wǎng)孔織物中，三種尺寸網(wǎng)孔織物屏蔽效能峰值點(diǎn)的頻段相近，峰值頻率在0.46 GHz左右，其屏蔽效能在17.5dB～18.5dB之間。

由圖8可知，20 %不銹鋼纖維含量三種網(wǎng)孔織物最大屏蔽效能點(diǎn)即峰值出現(xiàn)的頻率段相近，約為0.45 GHz，與10 %不銹鋼纖維含量網(wǎng)孔織物相近，最佳屏蔽效能介于18dB～18.5dB之間，在0.5GHz～1.7GHz屏蔽效能差異不大。

圖9可知，3 mm和4 mm網(wǎng)孔織物最大屏蔽效能點(diǎn)即峰值出現(xiàn)的頻率段相近，為0.85 GHz左右，2 mm網(wǎng)孔織物的峰值點(diǎn)為1.1 GHz。在頻率2.6GHz到3GHz網(wǎng)孔大小對(duì)屏蔽效能的影響不大。

在低不銹鋼纖維含量情況下，實(shí)驗(yàn)測(cè)試中不銹鋼纖維含量在10 %～20 %之間，網(wǎng)孔大小對(duì)屏蔽效能影響不明顯，可能測(cè)試操作中，不能保證網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)完全一致，且網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)是在緯平針結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上移圈產(chǎn)生，不同尺寸網(wǎng)孔組織中重復(fù)的緯平針組織比例較大，使得網(wǎng)孔大小影響不明顯，適當(dāng)改變網(wǎng)孔分布問(wèn)題，會(huì)在后續(xù)實(shí)驗(yàn)繼續(xù)探討。當(dāng)不銹鋼含量增加，實(shí)驗(yàn)中不銹鋼纖維含量為30 %時(shí)，網(wǎng)孔織物的有效屏蔽頻率范圍變寬，網(wǎng)孔大小影響明顯，2 mm尺寸網(wǎng)孔在1GHz～1.5GHz屏蔽效果優(yōu)于其他兩種網(wǎng)孔尺寸，2 mm網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)屏蔽頻率高于3 mm和4 mm網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)。

2.1.4 度目大小對(duì)織物屏蔽效果影響

為了探討度目大小對(duì)織物屏蔽效能的影響，測(cè)試30 %不銹鋼纖維含量緯平針組織和1+1羅紋組織屏蔽效能，度目大小為變量。其中度目表示線圈大小的松緊度，度目數(shù)字越大，織物越松散；度目越小，織物越緊實(shí)。測(cè)試結(jié)果如下圖10和圖11所示。

圖10 度目大小對(duì)緯平針組織的影響

圖11 度目大小對(duì)1+1羅紋組織的影響

由圖10可知，緯平針組織中，度目為75時(shí)，頻率1.84 GHz時(shí)達(dá)到其屏蔽效能峰值12.14 dB；度目為84時(shí)，頻率在1.07 GHz時(shí)其最大屏蔽效能16.35 dB；度目為92時(shí)，頻率在0.81 GHz時(shí)達(dá)到其最大屏蔽效能16.5 dB。緯平針結(jié)構(gòu)中，度目范圍在75～92之間時(shí)，度目數(shù)越大，即織物結(jié)構(gòu)越松散，織物屏蔽效能峰值頻率越低。且織物越緊，屏蔽效能越差，可能因?yàn)榭椢镌骄o，形成織物的厚度越薄，可見(jiàn)屏蔽材料厚度是影響屏蔽效能的明顯因素。

由圖11可知，1+1羅紋組織中，度目為75時(shí)，屏蔽效能在頻率0.99GHz時(shí)達(dá)到峰值14.49dB；度目為84時(shí)，1+1羅紋織物屏蔽效能在頻率0.94GHz時(shí)達(dá)到屏蔽效能最大值14.14 dB；度目為92時(shí)，屏蔽效能在頻率0.99 GHz時(shí)達(dá)到峰值14.17dB。上述可知，度目大小在75～92范圍時(shí)，度目大小變化對(duì)1+1羅紋組織屏蔽效能影響不大。

2.2 紗線毛羽性能分析

使用毛羽測(cè)試儀，測(cè)量紗線表面的毛羽長(zhǎng)度和不同長(zhǎng)度毛羽頻數(shù)，得到三種不銹鋼纖維混紡紗線不同長(zhǎng)度表面毛羽頻數(shù)比，如下表1所示。

表1 不銹鋼纖維含量毛羽頻數(shù)表

由表1可知，不銹鋼纖維混紡紗線短毛羽頻數(shù)最大，表面粗糙，紗線之間摩擦力較大，可順利進(jìn)行編織。三種不同不銹鋼纖維含量混紡紗線中，7mm～9mm長(zhǎng)毛羽含量均較少，有害毛羽較少，會(huì)提高織物成品質(zhì)量，因?yàn)? mm及以上長(zhǎng)度毛羽會(huì)在織造過(guò)程中出現(xiàn)斷紗、疵點(diǎn)等問(wèn)題。

2.3 紗線回潮率性能分析

三種不銹鋼混紡紗線的回潮率見(jiàn)下表2，

表2 三種不銹鋼纖維混紡紗線的回潮率

由上表2可知，30 %不銹鋼纖維混紡紗線回潮率最高，纖維的實(shí)際回潮率=(纖維濕重-纖維干重)/纖維干重×100 %，該紗線為不銹鋼纖維、棉纖維和滌綸纖維混紡紗線，可能30 %不銹鋼纖維混紡紗線中，回潮率為8.5 %的棉纖維含量較20 %和10 %紗高，回潮率為0.4 %的滌綸纖維含量較低。采用不銹鋼纖維、棉纖維和滌綸纖維混紡紗線，使得織物在具備電磁屏蔽效能的同時(shí)，還有較強(qiáng)的吸濕性能，保證其舒適性，且滌綸纖維的使用可增強(qiáng)其紗線強(qiáng)力和降低成本。

3 結(jié)論

(1)網(wǎng)孔尺寸為2 mm屏蔽效能最佳，在10MHz～1GHz頻率段，最大屏蔽效能為18.45 dB。

(2)緯平針組織的度目約為92時(shí)，電磁波頻率在10 MHz～3 GHz范圍內(nèi)屏蔽效能最好，而1+1羅紋組織度目對(duì)電磁屏蔽效能幾乎沒(méi)有影響。

(3)在10MHz～1 GHz時(shí)，雙珠地網(wǎng)眼組織織物屏蔽效能優(yōu)于緯平針組織、1+1羅紋組織、移圈網(wǎng)孔織物組織；在1GHz～1.5 GHz時(shí)緯平針織物的屏蔽效果最好；在1.5GHz～3 GHz時(shí)，1+1羅紋織物的屏蔽性較好。

(4)紗線中不銹鋼纖維含量10 %和20 %的屏蔽效能差別不大，其有效屏蔽頻率段為0.3 GHz ～1.2 GHz，有效電磁屏蔽頻段小于30 %不銹鋼纖維含量織物；30 %不銹鋼纖維含量織物在0.8 GHz～1.8 GHz頻率段屏蔽效能優(yōu)于10 %和20 %不銹鋼纖維含量織物。

(5)三種不銹鋼纖維混紡紗線的毛羽主要為1mm～3mm短纖維，幾乎沒(méi)有4 mm～9 mm中長(zhǎng)纖維，可織性良好；紗線回潮率在2.88 %～3.52 %，織物成品舒適性較好。