化學(xué)鍍銀織物電磁屏蔽效能及透濕透氣性能研究

陳 虎，金娟鳳，許鈺泓，鄒奉元，熊 杰

(浙江理工大學(xué) 服裝學(xué)院，杭州 310018)

化學(xué)鍍銀織物電磁屏蔽效能及透濕透氣性能研究

陳 虎，金娟鳳，許鈺泓，鄒奉元，熊 杰

(浙江理工大學(xué) 服裝學(xué)院，杭州 310018)

為研究化學(xué)鍍銀對(duì)織物性能的影響，采用葡萄糖作還原劑對(duì)滌綸織物進(jìn)行鍍銀，借助掃描電鏡、網(wǎng)絡(luò)分析儀、織物透濕儀、織物透氣量儀等，對(duì)鍍銀織物的表面鍍層形貌、織物的電磁屏蔽效能，以及織物的透濕、透氣性能進(jìn)行測(cè)試分析。結(jié)果表明：隨著增重率的變大，織物的屏蔽效能增加，當(dāng)增重率達(dá)到37 %時(shí)，電磁屏蔽效能增加不明顯，故應(yīng)根據(jù)需要合理選擇面料的鍍層厚度；研究還發(fā)現(xiàn)鍍層厚度對(duì)織物的透濕、透氣性有影響。

化學(xué)鍍銀織物；增重率；電磁屏蔽效能；透氣性；透濕性

隨著電子信息產(chǎn)品和電器產(chǎn)品的廣泛普及，電子產(chǎn)品在使用過程中會(huì)產(chǎn)生“看不見、聞不到、摸不著”[1]的電磁輻射，對(duì)人們的生存環(huán)境構(gòu)成新的威脅，“電磁污染”是繼水、空氣和噪聲之后的第四大環(huán)境污染[2]。較強(qiáng)的電磁輻射會(huì)直接危害人體健康[3-4]，為避免電磁輻射對(duì)人體的傷害，各種電磁屏蔽織物迅猛發(fā)展，化學(xué)鍍銀電磁屏蔽織物便是其中一種[5-6]。該織物具有較好的電磁屏蔽效能，受到消費(fèi)者的青睞，擁有較大的市場(chǎng)潛力。但目前防輻射織物性能評(píng)價(jià)還不完善，關(guān)于化學(xué)鍍銀處理對(duì)織物性能影響的研究較少。本研究選取滌綸織物為試驗(yàn)對(duì)象，探討了化學(xué)鍍銀對(duì)織物電磁屏蔽效能及透氣、透濕性的影響。

1 試 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

采用300T春亞紡漂白滌綸(PET)平紋織物為樣本，經(jīng)緯密度分別為580根/10cm和600根/10cm，經(jīng)、緯紗纖度分別為56 dtex和56 dtex。樣本首先在70 ℃的200 g/L的NaOH溶液中進(jìn)行堿減量處理，然后按照以下的鍍液成分與工藝進(jìn)行化學(xué)鍍銀處理[7]：AgNO35 g/L，C6H12O6·H2O 8 g/L，C2H5OH 70 mL/L，NH3·OH70mL/L，溫度 16 ℃，pH12.8，并通過控制鍍銀時(shí)間，達(dá)到不同鍍層增重率。

1.2 儀器及方法

1)采用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)(ULTRA 55,ZEISS，德國)觀察鍍層的表面形貌。

2)采用網(wǎng)絡(luò)分析儀(NET ANALYZER FY800)(溫州方圓儀器有限公司)測(cè)試鍍銀織物不同增重率下的電磁屏蔽效能(EMI SE)，測(cè)試頻率范圍30～3 000 MHz，電磁屏蔽效能計(jì)算式為：

式(1)中：H1、V1、P1和H0、V0、P0分別是有無屏蔽材料時(shí)測(cè)得的磁場(chǎng)強(qiáng)度、電場(chǎng)強(qiáng)度和功率。

3)采用YG461D型織物透氣量儀(溫州大榮紡織儀器有限公司)，測(cè)試織物的透氣性。將7塊織物放入YG751B型電腦式恒溫恒濕室24 h，使織物的測(cè)試條件為溫度20 ℃，相對(duì)濕度64.4 %。YG461D型織物透氣量儀調(diào)試為壓差100 Pa，選擇合適的噴嘴，在7塊織物的不同位置分別測(cè)10次，測(cè)得的透氣率取平均值，得到每塊織物的平均透氣率。

4)采用YG601-Ⅰ/Ⅱ型電腦式織物透濕儀(溫州大榮紡織儀器有限公司)，在YG751B型電腦式恒溫恒濕室里測(cè)試織物的透濕性。試驗(yàn)采用“干燥正杯法”，透濕杯與杯蓋標(biāo)注相應(yīng)的編號(hào)，將由試樣、干燥劑、透濕杯及附件組成的試驗(yàn)組合體放入透濕儀1 h,使織物充分吸濕；快速拿出后蓋上相應(yīng)的杯蓋，放入硅膠干燥器0.5 h，拿出后，用天平稱出各試驗(yàn)組合的質(zhì)量m1；再將試驗(yàn)組合放入透濕儀1 h，快速拿出后蓋上相應(yīng)的杯蓋，測(cè)出各試驗(yàn)組合重量m2，m1－m2即為Δm。透濕率計(jì)算式如下：

式(2)中：S為試樣試驗(yàn)的有效面積(本次的裝置為0.002 83 ㎡)；t為2次稱重的時(shí)間間隔(本次試驗(yàn)時(shí)間間隔為1 h)。

5)采用電子天平(AL204，METTLER TOLEDO，梅特勒-托利多儀器上海有限公司)，將織物放入YG751B型電腦式恒溫恒濕室24 h后測(cè)試織物干質(zhì)量。增重率計(jì)算公式為：

式(3)中：N為未鍍銀織物干質(zhì)量，M為鍍銀后織物干質(zhì)量。

2 結(jié)果與討論

2.1 鍍層表面形貌

采用場(chǎng)發(fā)射電鏡(FE-SEM)分析化學(xué)鍍銀層的表面形貌，圖1a，b是化學(xué)鍍銀前滌綸織物纖維的表面形貌圖，可以看到織物表面除了有經(jīng)堿減量處理產(chǎn)生的凹孔外，未發(fā)現(xiàn)有顆粒狀的沉積物；圖1c，d是鍍銀后的滌綸織物纖維的表面形貌圖，可以看出織物表面鍍覆上了一層顆粒狀的沉積物，且鍍層均勻，堆積緊密。

圖1 化學(xué)鍍銀層的FE-SEM照片F(xiàn)ig.1 FE-SEM photographs of the sliver deposits

2.2 抗電磁波屏蔽效能

目前國內(nèi)外對(duì)電磁屏蔽材料的電磁屏蔽效能評(píng)價(jià)指標(biāo)主要是屏蔽效能(SE)和衰減率，兩者可以換算，本研究選用屏蔽效能作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。屏蔽效能 和衰減率的換算關(guān)系如表1所示。能越大，織物的電磁屏蔽效果越好。采用7種不同增重率下的鍍銀織物為樣本，如表2所示。

表1 屏蔽效能與衰減率換算Tab.1 Conversion of shielding effectiveness and attenuation rate

表2 織物增重率測(cè)量結(jié)果Tab.2 Measurement result of fabric weight increase rate

圖2為7塊不同增重率的化學(xué)鍍銀滌綸織物電磁波屏蔽效能。圖3為屏蔽效能與增重率的關(guān)系，由圖3可見，當(dāng)增重率小于37 %時(shí)，鍍層織物電磁波屏蔽效能隨著增重率的增加有明顯增大趨勢(shì)，而當(dāng)增重率大于37 %以后，隨著增重率的提高，屏蔽效能增加趨勢(shì)不明顯，此時(shí)在30～3 000 MHz頻率段平均屏蔽效能可達(dá)40 dB，屏蔽效能較好。這是因?yàn)樵趯?duì)滌綸織物進(jìn)行施鍍過程中，織物表面的金屬鍍由不均勻到均勻，金屬鍍層在織物表面達(dá)到均勻涂覆，從圖3平均電磁波屏蔽效能與增重率的關(guān)系可得,當(dāng)織物表面金屬鍍層達(dá)到一定厚度后，鍍層比較均勻，此時(shí)，電磁波屏蔽效能受鍍層厚度的影響已不大，而與沉積金屬的致密性和內(nèi)部缺陷有關(guān)[8-9]。

圖2 鍍銀織物電磁屏蔽效能Fig.2 Electromagnetic shielding effectiveness of silver plating fabric

圖3 屏蔽效能與增重率關(guān)系Fig.3 Relations of shielding effectiveness and weight increase rate

2.3 化學(xué)鍍銀織物透濕、透氣性能測(cè)試

表3為鍍銀滌綸織物透濕率、透氣率測(cè)試結(jié)果。由表3可見，隨著增重率的提高，鍍層厚度增加后織物的透濕性有明顯的提高，這是因?yàn)闇炀]鍍銀織物在前處理過程中需要用濃堿進(jìn)行粗化處理，經(jīng)堿液腐蝕而使表面產(chǎn)生的孔洞，表面有利于透濕性的提高。同時(shí)研究表明：鍍銀層的含水率和溶脹率很大[10]，原因在于銀鍍層的主要成分包括C5H11O5COOH，結(jié)構(gòu)中含有大量的羥基，該親水基團(tuán)與水接觸后不斷溶脹，并達(dá)到飽和，使鍍層內(nèi)含有大量水分。所以隨著增重率的增大，鍍銀層含有的羥基也變多，鍍銀層使織物的導(dǎo)熱能力提高，水分散發(fā)能力增強(qiáng)，故透濕率呈增大趨勢(shì)。

從表3還可看出，在增重率達(dá)到35 %以前，鍍銀織物透氣率在32 mm/s左右，當(dāng)增重率達(dá)到37 %以后，透氣率開始減小，下降明顯。這是由于增重率在35 %之前，鍍層在織物表面達(dá)到均勻涂覆，透氣率在32 mm/s左右，之后隨增重率增加，鍍層厚度增加，影響織物空氣穿越流通，故透氣率明顯降低。

表3 鍍銀滌綸織物透濕率、透氣率測(cè)試結(jié)果Tab.3 Test results of moisture permeability rate and air permeability rate about silver-plated polyester fabrics

3 結(jié) 論

1)采用化學(xué)鍍銀法制作的電磁波屏蔽織物，經(jīng)測(cè)試電磁屏蔽效能可達(dá)40 dB。

2)隨著增重率的提高，屏蔽效能同步提高，在增重率達(dá)到37 %后，屏蔽效能增加不明顯，在30～3 000 MHz具有40 dB的屏蔽效能。

3)隨著增重率的提高，由于前期粗化處理和鍍層的吸水性，鍍銀滌綸織物的透濕性逐漸增加。

4)增重率在35 %之前，鍍銀滌綸織物的透氣性維持在32 mm/s左右，當(dāng)增重率繼續(xù)增加，鍍層厚度影響織物的透氣性，在增重率達(dá)到37 %以后，織物的透氣性呈降低趨勢(shì)。

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Study on electromagnetic shielding effectiveness and moisture, air permeability of PET fabrics prepared by electroless sliver plating

CHEN Hu, JIN Juan-feng, XU Yu-hong, ZOU Feng-yuan, XIONG Jie

(School of Fashion, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China)

In order to research the influence of electroless silver plating on the fabric, Sliver-coated electromagnetic shielding PET fabric was prepared by electroless plating using glucose as reducing agent.SEM, network analyzer, fabric moisture meter, and fabric breathable quantity meter are used to research the surface morphology, chemical composition and crystal structure of sliver-coated fabric, electromagnetic shielding effectiveness, moisture permeability and air permeability. The reasons of performance change are also investigated. Results reveal that: with the weight gain rate become larger, the fabric shielding effectiveness become larger; when weight increase rate reaches 37 %, shielding effectiveness does not change significantly;weight gain rate have greater effects on moisture permeability, air permeability.

Electroless silver plating fabric; Weight gain rate; Electromagnetic shielding effectiveness;Moisture permeability; Air permeability

TS101.923

A

1001-7003(2011)09-0013-03

2011-05-25；

2011-06-24

浙江省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督系統(tǒng)科研計(jì)劃項(xiàng)目(20090105)

陳虎(1986－ )，男，碩士研究生，研究方向?yàn)榉b舒適性研究。通訊作者：鄒奉元，教授，zfy166@zstu.edu.cn。