銀/棉包覆紗織物性能研究

李 丹，田 琳

（青島大學(xué)，山東青島266071）

銀/棉包覆紗織物性能研究

李 丹，田 琳

（青島大學(xué)，山東青島266071）

討論了銀/棉包覆紗及織物的性能。為研究鍍銀長(zhǎng)絲及其包覆紗織制而成的織物防電磁屏蔽性能，采用萬用表、防電磁輻射性能測(cè)試儀等測(cè)試織物的表面電阻及在不同頻率下的電磁屏蔽效能值。結(jié)果表明，銀/棉包覆紗具有良好的導(dǎo)電性能，其織物的電磁屏蔽效果，可以滿足不同場(chǎng)合下服裝或紡織品的電磁防護(hù)要求。

銀纖維；包覆紗；織物；電磁屏蔽

在生活水平蒸蒸日上的今天，電子產(chǎn)品的多樣化充斥著生活中的每一個(gè)角落，電磁污染隨之加劇，因此，具有防電磁輻射的服裝及紡織品的開發(fā)及應(yīng)用是目前一個(gè)必然發(fā)展趨勢(shì)。銀纖維是通過特殊技術(shù)，將銀離子通過活化吸附和還原后以單質(zhì)或金屬態(tài)沉積在纖維或長(zhǎng)絲表面上所得的高科技產(chǎn)物。銀纖維具有良好的防輻射性、抗靜電、除臭、抗菌、醫(yī)療保健等效能。但是銀纖維的稀缺性決定了銀制品包括銀纖維防輻射服的價(jià)格要遠(yuǎn)高于普通金屬纖維的防輻射服。而目前對(duì)銀纖維包覆紗織物屏蔽性能的分析較少。本論文主要研究了鍍銀長(zhǎng)絲包覆紗的形態(tài)結(jié)構(gòu)、性能及包覆紗織物的開發(fā)及性能，為今后鍍銀長(zhǎng)絲的應(yīng)用提供理論數(shù)據(jù)。

早在20世紀(jì)，美國(guó)、德國(guó)等國(guó)已經(jīng)對(duì)紡織材料上鍍金屬有了相關(guān)研究，并開發(fā)出了相關(guān)產(chǎn)品，此后，中國(guó)也相繼開始了這方面的研發(fā)。目前紡織材料外鍍金屬技術(shù)[1-2]的種類較多，其中化學(xué)鍍銀技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了非常成熟的地步。

化學(xué)鍍銀是通過化學(xué)的方法將金屬銀鍍到經(jīng)過活化處理的基體錦綸纖維的表面，鍍液中的金屬離子液催化還原形成金屬鍍層的過程。其利用的是氧化還原反應(yīng)，在銀氨溶液中，強(qiáng)還原劑將銀離子還原成銀而沉積在纖維的表面。鍍液中加入輔助絡(luò)合劑、光亮劑、半光亮劑、平滑劑等，提高了鍍液的穩(wěn)定性及鍍層的質(zhì)量。

1 銀/棉包覆紗和織物制備

1.1 包覆紗的制備

利用 HKV-141包覆絲機(jī)，選用卷曲張力為1 cN，傳動(dòng)比為1.092，捻度牙分別為A= 62、B=78、C=66、D=48，包覆度為660捻/ m的包覆工藝進(jìn)行包覆紗的制備，包覆方式為雙面雙層即單包方式[3]。

銀/棉包覆紗規(guī)格如表1所示。

表1 紗線規(guī)格

1.2 包覆紗織物的開發(fā)

為了充分發(fā)揮鍍銀長(zhǎng)絲優(yōu)良的導(dǎo)電性、防靜電及防電磁輻射等特性，根據(jù)織物設(shè)計(jì)的基本原理，采用交織點(diǎn)最多、結(jié)構(gòu)最緊密平紋組織，設(shè)計(jì)經(jīng)紗為銀/棉包覆紗 （4.4 tex×2+7.3 tex×2），緯紗為鍍銀長(zhǎng)絲 （7.8 tex）與棉紗線（7.3 tex×2）按不同的比例間隔排列而成，經(jīng)緯密度PA×PB為350×205根/10 cm。織物規(guī)格如表2所示。

表2 織物規(guī)格

緯紗為鍍銀長(zhǎng)絲與棉紗線的間隔排列，減少了銀纖維用量，降低了成本，減少了環(huán)境污染。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 鍍銀長(zhǎng)絲及包覆紗的形態(tài)結(jié)構(gòu)

利用Y-172型纖維切片器將材料進(jìn)行切片，在MIT500金相顯微鏡 （重慶奧特光學(xué)儀器有限公司）下捕捉縱橫向圖像。

2.2 鍍銀長(zhǎng)絲及包覆紗的拉伸性能

利用YG061電子單紗強(qiáng)力儀，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3916-1997測(cè)試鍍銀長(zhǎng)絲、棉紗線及包覆紗的拉伸性能。試驗(yàn)長(zhǎng)度為250 mm，拉伸速度為250 mm/min，試驗(yàn)溫度為22℃，相對(duì)濕度為64.5%，測(cè)試次數(shù)30。

2.3 鍍銀長(zhǎng)絲及包覆紗的導(dǎo)電性

利用DT-830A數(shù)字式萬用表 （儀器量程為0～200 MΩ）和特制夾頭夾取一定長(zhǎng)度L的鍍銀長(zhǎng)絲，放電穩(wěn)定后測(cè)量其電阻R（Ω）。體積比電阻ρ=RS/L，其中，S為測(cè)試紗線的橫截面積 （cm2），L為測(cè)試?yán)w維的長(zhǎng)度（cm）[4]。用YG321型纖維比電阻實(shí)驗(yàn)儀測(cè)試錦綸纖維的體積比電阻。測(cè)試條件：溫度22℃，相對(duì)濕度65%，測(cè)試次數(shù)10。

2.4 包覆紗織物表面電阻測(cè)試

測(cè)試儀器為DT-830A數(shù)字式萬用表 （儀器量程為0～200 MΩ）。用特制夾頭夾取一定長(zhǎng)度L、一定寬度W的導(dǎo)電織物。利用公式ρs= R·W/L計(jì)算織物的表面比電阻；利用公式ρv= R·S/L計(jì)算織物的體積比電阻，并與銀纖維織物作對(duì)比分析。測(cè)試條件為溫度22℃，相對(duì)濕度為65%，每組測(cè)試10次。

2.5 包覆紗織物的電磁屏蔽性能測(cè)試

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T23326、ASTMD4935、SJ2054，利用DR-913型織物防電磁輻射性能測(cè)試儀 （溫州大榮紡織儀器），采用同軸法蘭測(cè)試方法對(duì)包覆紗織物進(jìn)行電磁屏蔽性能測(cè)試，頻率范圍為10～3 000 MHz，共掃描201個(gè)頻率點(diǎn)，記錄了其中的6個(gè)點(diǎn)的屏蔽值作為參考。

3 結(jié)果與分析

3.1 鍍銀長(zhǎng)絲及包覆紗的形態(tài)結(jié)構(gòu)

鍍銀長(zhǎng)絲及鍍銀長(zhǎng)絲/棉包覆紗的橫截面形態(tài)如圖1所示。

圖1 鍍銀長(zhǎng)絲及包覆紗在400倍下的橫截面

從圖1a明顯可以看出，錦綸基表面有致密均勻的金屬層包圍著，并有良好的金屬光澤。鍍銀長(zhǎng)絲的橫截面基本上仍是圓形，說明鍍銀后，長(zhǎng)絲截面并沒有發(fā)生明顯的變化。從圖1b中可以看出棉紗線與鍍銀長(zhǎng)絲有明顯的分界線，說明兩種紗線是互相包覆形成的。另外，還可以看出鍍銀長(zhǎng)絲外面的金屬層并沒有因?yàn)榘捕撀洌f明金屬銀與錦綸長(zhǎng)絲附著力良好。

鍍銀長(zhǎng)絲及銀/棉包覆紗的縱截面形態(tài)如圖2所示。

圖2 鍍銀長(zhǎng)絲及包覆紗的縱截面

從圖2a中可以看出鍍銀長(zhǎng)絲表面有明顯的金屬光澤，但是表面并不是十分光滑，有些長(zhǎng)絲表面有明顯的凹痕，說明鍍銀長(zhǎng)絲在受外界摩擦等作用力時(shí)，銀層會(huì)出現(xiàn)部分脫落現(xiàn)象。但在制備包覆紗時(shí)，鍍銀長(zhǎng)絲表面的凹痕有利于增加與棉紗線之間的抱合作用。從圖2b可以明顯看出，包覆紗是由兩根外包覆鍍銀長(zhǎng)絲組成，而兩根鍍銀絲并不是完全平行包覆棉紗線，說明在加捻形成包覆紗的過程中，兩根外包鍍銀絲間也有捻度形成。另外包覆紗的顏色呈現(xiàn)褐色，一是由于光線暗，二說明鍍銀長(zhǎng)絲易氧化，形成了褐色的氧化銀。

3.2 鍍銀長(zhǎng)絲及包覆紗的拉伸性能

鍍銀長(zhǎng)絲、錦綸、棉紗線及包覆紗的拉伸性能如表3所示。從表3中可以看出，77.77 dtex的鍍銀長(zhǎng)絲的斷裂強(qiáng)度及初始模量比77.77 dtex的錦綸長(zhǎng)絲低，但是斷裂伸長(zhǎng)比錦綸長(zhǎng)絲高。

表3 鍍銀長(zhǎng)絲及包覆紗的拉伸性能

鍍銀長(zhǎng)絲、錦綸、棉紗線及包覆紗的拉伸曲線如圖3所示。從圖3a可以看出，鍍銀長(zhǎng)絲的拉伸曲線具有金屬銀和錦綸纖維拉伸曲線的特性，成反S形。由于金屬的剛性大，彈性小，錦綸長(zhǎng)絲表層被金屬覆蓋后，在拉伸的起始階段，主要有表層的金屬層承擔(dān)外力的作用，因此，遵守胡克定律，拉伸曲線表現(xiàn)為線性。當(dāng)拉力增加到一定時(shí)，表層的金屬層被拉斷，緊接著有錦綸長(zhǎng)絲承受外力的作用，因此，曲線表現(xiàn)為先下降后上升的趨勢(shì)，直至錦綸長(zhǎng)絲斷裂。

圖3 鍍銀長(zhǎng)絲及包覆紗的拉伸曲線

從圖3b可以看出，包覆紗兼具了棉紗與銀纖維的拉伸特性。由于棉紗的強(qiáng)度小于銀纖維，再加上棉紗與銀纖維在形成包覆紗的過程中又加上了一定的捻度，因此包覆紗的強(qiáng)度主要表現(xiàn)為再次加捻后的棉紗的強(qiáng)度。

3.3 鍍銀長(zhǎng)絲及包覆紗的導(dǎo)電性能

鍍銀長(zhǎng)絲及包覆紗的導(dǎo)電性能如表4所示。

表4 鍍銀長(zhǎng)絲及包覆紗的導(dǎo)電性能

7.8 tex錦綸絲的電阻率為4.75×1013Ω·cm，電導(dǎo)率為2.19×10-14S/cm。

從表4的數(shù)據(jù)可以看出，錦綸表面鍍銀后電阻大大降低，電阻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于錦綸。銀/棉包覆紗的電阻也顯著降低，但稍大于銀纖維。電阻越小，紗線的導(dǎo)電性能越好，抗靜電性越好，同時(shí)可以減少因靜電紗線出現(xiàn)紊亂給織造帶來的困難。

3.4 包覆紗織物表面電阻

利用DT-830A數(shù)字萬用表測(cè)得包覆紗織物的電阻如表5。

表5 織物電阻測(cè)試結(jié)果

從表5中可以明顯看出，銀/棉包覆紗織物的表面電阻較小，稍大于純銀纖維織物，說明銀/棉包覆紗織物具有良好的導(dǎo)電性能。

與純棉織物相比，棉織物的表面電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于包覆紗織物?？椢镏薪饘倮w維排列的間隔越小，形成封閉金屬網(wǎng)距越小，導(dǎo)電性越強(qiáng)。隨著織物中銀纖維含量的增加，導(dǎo)電性逐漸增強(qiáng)，抗靜電性隨之提高。因此，可以利用普通織物中添加金屬纖維的方法降低織物靜電現(xiàn)象。

3.5 包覆紗織物電磁屏蔽性能

織物的屏蔽效能按ASTMD4935-99《平面材料電磁屏蔽效能標(biāo)準(zhǔn)》的測(cè)試方法進(jìn)行[5]。利用DR-913型織物防電磁輻射性能測(cè)試儀，測(cè)試織物在不同頻率下的電磁輻射屏蔽效能，其測(cè)試結(jié)果如表6所示。

表6 織物電磁屏蔽效能

從表6可以明顯看出，銀/棉包覆紗織物電磁屏蔽效率均達(dá)到了99.98%以上，屏蔽效果較好。電磁波頻率越高，織物的屏蔽效能值越低，電磁波能量屏蔽率逐漸降低。

在這一頻率階段，三種織物的電磁波能量的屏蔽率可達(dá)99.98%以上，因此，這種比例下織物用途較為廣泛，如可制作孕婦服、防護(hù)服和服裝的襯里材料等，同時(shí)，滿足民用電磁輻射防護(hù)服的要求[6]，均可稱為有效的電磁防護(hù)材料。因此，在滿足電磁防護(hù)要求的條件下，可以適當(dāng)增加非導(dǎo)電性材料的比例以降低電磁防護(hù)材料的成本，增加服裝或紡織品的舒適性，還可以減少后處理工藝的負(fù)擔(dān)。

4 結(jié)論

（1）從包覆紗的形態(tài)結(jié)構(gòu)可以看出，銀/棉包覆紗的加工對(duì)銀纖維表面銀金屬層幾乎無影響。

（2）包覆紗及包覆紗織物的電阻大大降低，織物的導(dǎo)電性、抗靜電性較好，電磁屏蔽效率較高。

（3）可以通過改變紗線和織物的結(jié)構(gòu)滿足織物不同用途的需要。

[1] 靈靈，黃新民．金屬化紡織材料制備技術(shù) [J].紡織科技進(jìn)展，2009(6)：7-8.

[2] 張寶林．金屬鍍層織物研究[J].山東紡織科技，1998(4)：8-9.

[3] 張玉清，邢明杰．HKV141D-Ⅰ型包覆絲機(jī)的性能特點(diǎn)與實(shí)踐 [J].紡織機(jī)械，2004（3）：13-15．

[4] 王政，趙炯心．鍍銀聚氨酯纖維的導(dǎo)電性能研究[J].合成技術(shù)及應(yīng)用，2007，22（3）：21-24．

[5] 江日金，黃建華，徐民．鍍銀纖維多功能屏蔽織物的開發(fā) [J].上海紡織科技，2009，37（12）：40-41．

[6] 伏廣偉，湛權(quán)．民用防電磁輻射服裝的開發(fā)及屏蔽效能評(píng)價(jià) [J].紡織導(dǎo)報(bào)，2010（1）：88-90．

RESEARCH OF FABRIC OF SILVER-COTTON WRAP YARN

LI Dan，TIAN Lin
(College of Textiles，Qingdao University，Qingdao 266071，China)

The paper mainly discussed the performance of silver-cotton wrap yarns and fabrics.In order to understand the anti electromagnetic shielding performance on fabric of silver fiber warp yarn，millimeter and anti electromagnetic radiation performance tester were used to test the surface resistance and the electromagnetic shielding effectiveness value of fabric under different frequencies.The results indicate that，the silver-cotton wrap yarn has good conductivity，and electromagnetic shielding effect of fabrics could meet the electromagnetic shielding clothing and textile，and therefore it can be applied to different occasions.

silver fiber；wrap yarn；woven fabric；electromagnetic shielding

TS102

A

10.3969／j.issn.1672-500x.2014.03.006

1672-500X(2014)03-0019-05

2014-08-11

李丹 （1987-），女，山東菏澤人，在讀碩士研究生，專業(yè)：紡織材料的結(jié)構(gòu)、性能和加工。