紡織品磁性整理的研究進(jìn)展

張博亞+張如全

摘要：介紹了紡織品磁性整理的幾種方法和加工工藝等有關(guān)技術(shù)。研究表明，通過表面涂層法、浸漬法、電鍍等方法處理后，紡織品具有一定的磁性。除整理方法不同外，整理過程中影響紡織品磁性性能的因素包括磁粉種類、磁粉含量等?？梢灶A(yù)見，未來磁性紡織品將在醫(yī)療保健、電磁波屏蔽、非織造材料等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

關(guān)鍵詞：磁性；整理；紡織品；磁性顆粒

中圖分類號：TS195.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Research and Development of Magnetic Finishing of Textiles

Abstract： This paper introduced several methods of textile magnetic finishing and related processing technology. The magnetic properties of the finished textiles were different after being finished by different methods， such as surface coating and impregnation. In the finishing process， there were many factors that could affect the effect of magnetic finishing， such as the type of magnetic powder， magnetic particle content. It can be predicted that the magnetic finishing process will play an important role in the fields of medical care， electromagnetic shielding， non-woven materials and so on.

Key words： magnetism； finishing； textile； magnetic particles

隨著我國居民生活水平的逐步提高，具有磁性的紡織產(chǎn)品逐漸被大眾了解和認(rèn)可。紡織品作為人們?nèi)粘５纳钣闷?，?jīng)磁性整理后成為特定的功能性紡織品，從而能夠產(chǎn)生更多的功效。經(jīng)過磁性整理后的紡織品既具有普通紡織品所沒有的磁性，又具有一般磁性材料所沒有的形態(tài)結(jié)構(gòu)和性能，如柔軟、彈性等，因此可應(yīng)用于醫(yī)療保健、電磁屏蔽和非織造材料等領(lǐng)域。近些年，通過各種后整理方法，將磁性顆粒物等功能材料添加到紡織品中，已成為紡織品功能整理領(lǐng)域的熱門研究對象之一。

1 磁性整理方法

紡織品磁性整理主要是對各類紡織品（織物、非織造布等）進(jìn)行后整理，又或是以纖維為基體的化學(xué)、物理改性，最終使得紡織品具有一定磁性。

1.1 紡織品直接磁性整理

1.1.1 浸漬法

孟云等采用共沉淀法制得粒徑相對均勻的納米Fe3O4顆粒，然后制備了水基型納米Fe3O4磁流體，采用浸漬法將納米磁性Fe3O4顆粒整理到滌棉織物上，得到磁性織物。該方法的優(yōu)點(diǎn)是磁流體的性能穩(wěn)定且便于使用，缺點(diǎn)是處理后的滌棉織物的表面粗糙度變大。

楊梅等采用水解沉淀法來制得納米磁性Fe3O4粒子，然后用油酸對其包裹潤飾。將滌綸織物浸漬在Fe3O4粒子高度分散且相對穩(wěn)定的磁性溶液中，然后經(jīng)222 nm準(zhǔn)分子激光正反面照射，最后在2%的標(biāo)準(zhǔn)皂液中洗滌后，獲得具有耐洗性的磁性滌綸織物。該方法的優(yōu)點(diǎn)是，整理后絕大多數(shù)Fe3O4顆粒牢牢地附著在纖維表面，使得織物具有較高的磁性。缺點(diǎn)同樣是整理后織物表面變粗糙。對此，可選用適當(dāng)?shù)闹鷦ζ溥M(jìn)行整理，從而改善織物手感。

1.1.2 涂層法

王進(jìn)美采用液相制備法制得Ni-Fe3O4磁性復(fù)合材料，金屬Ni與Fe3O4顆粒形成了納米磁性復(fù)合粒子，且具有包覆結(jié)構(gòu)，再將納米復(fù)合粒子和有機(jī)硅粘合劑配制成整理劑，對純棉織物進(jìn)行噴涂整理，使其具有良好的磁性。經(jīng)該方法整理后的織物可應(yīng)用在電磁波屏蔽領(lǐng)域。該方法相對簡單，容易操作，缺點(diǎn)是由于整理劑涂覆在紡織品表面，導(dǎo)致其耐用性能較差。

1.2 以纖維為基體的化學(xué)、物理改性法

這是一種間接整理法，先對纖維進(jìn)行整理，整理后的纖維用于制備磁性紡織品。

1.2.1 腔內(nèi)填充法

利用該方法可制得具有磁性的天然纖維素纖維。天然纖維素纖維內(nèi)部有許多孔隙，即胞腔，通過物理改性將超細(xì)磁粉填充到天然纖維素纖維的胞腔中，使其具有磁性。具體制備工藝中，先將天然纖維素纖維與超細(xì)磁性顆粒一起置于水中，然后劇烈攪拌使盡可能多的磁性顆粒填充到纖維的胞腔中，附著在纖維表面的磁性顆?？捎盟慈?，最后，通過添加一定量的助留劑，使磁粉穩(wěn)定地保留在纖維胞腔內(nèi)。這種方法獲得的磁性纖維可應(yīng)用于非織造布磁性壁紙的開發(fā)。

S. Zakaria等利用該方法對天然纖維素纖維進(jìn)行物理改性，獲得磁性纖維。處理過程中使用了助留劑聚乙烯亞胺（PEI），使得纖維胞腔的最大填充度提高到23.5%（相對于絕對干漿），且對PEI的用量、漿干燥時(shí)的環(huán)境、滲透時(shí)間等因素進(jìn)行了分析。經(jīng)該方法整理后的天然纖維素纖維不但具有很高的磁性，且表面潔凈，纖維強(qiáng)力略微降低，損傷不大。

1.2.2 定位合成法

利用纖維中可以進(jìn)行陽離子交換的基團(tuán)，使其與亞鐵離子發(fā)生交換，再經(jīng)水解和氧化，在纖維的無定形區(qū)中生成具有磁性的Fe2O3或Fe3O4而沉淀下來。原來纖維中進(jìn)行陽離子交換基團(tuán)的位置決定了生成的磁性物質(zhì)在纖維中所處位置，所以稱作定位合成法。

R. H. Marchessault等采用定位合成法，在堿性條件下，利用亞鐵離子與羧甲基纖維素鈉進(jìn)行離子交換，在纖維上形成氫氧化亞鐵，再對其進(jìn)一步氧化，這樣纖維中就具有了10 nm級的Fe3O4顆粒。唐愛民采用定位合成法對天然纖維素纖維進(jìn)行整理，獲得了納米磁性復(fù)合纖維。

定位合成法需要利用纖維素纖維中的酸性官能團(tuán)（如羧甲基、羧基和磺酸基等）進(jìn)行陽離子交換，所以其應(yīng)用對象有很大的局限性。如果纖維中沒有可以用來進(jìn)行交換的陽離子基團(tuán)，那么就要利用化學(xué)改性法，先將可用來交換的陽離子基團(tuán)添加到纖維中，再用合成定位法改性。

1.2.3 表面涂層法

表面涂層法可以運(yùn)用在磁性復(fù)合材料的開發(fā)上。黃小忠等利用表面涂層法將表面干凈的碳纖維浸漬在單分散性Fe3O4溶膠中進(jìn)行浸絲，得到表面涂覆有Fe3O4顆粒的磁性碳纖維。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于，納米磁性顆?？梢跃鶆虻赝扛苍谔祭w維表面，實(shí)際操作也比較簡單。缺點(diǎn)是所制得的紡織品的耐用性能較差。

1.2.4 電鍍法

孟憲光等采用電沉積技術(shù)，通過選擇適當(dāng)?shù)碾婂冸娏骱蜏囟龋婂儠r(shí)，陰極選用特定長度的碳纖維，在配制好的堿性電鍍?nèi)芤褐欣秒婂兎ㄔ谔祭w維表面鍍上一層Fe3O4，使碳纖維具有磁性。這種方法可以在碳纖維表面可以形成一層均勻緊密的具有磁性的Fe3O4薄膜，因此碳纖維的磁性較高。

2 影響紡織品磁性整理效果的因素

2.1 磁粉種類

各種磁粉所具有的磁性大小不一樣，這是影響織物磁性整理效果的主要因素。各種磁粉中，氧化物磁粉和金屬磁粉是常見的磁粉。

氧化物磁粉如鐵氧化物磁粉、CrO2磁粉、鈷鐵氧化物磁粉等。其中，F(xiàn)e3O4磁粉的價(jià)格便宜，生產(chǎn)原料容易獲得且處理方式簡單，各種性能都比較優(yōu)異，是運(yùn)用最多、最早的磁性材料之一。CrO2磁粉性能優(yōu)于鐵氧化物磁粉，但由于成本高等原因，這種磁粉未能廣泛使用。鈷鐵氧化物磁粉的磁性能比氧化鐵好，但其價(jià)格昂貴，熱穩(wěn)定差，實(shí)際運(yùn)用少。

金屬磁粉如鐵、鈷、鋇、鋁和鎳等。將它們的金屬粉末混合后可以得到具有強(qiáng)磁性的磁粉，但由于其加工工藝復(fù)雜，價(jià)格高，實(shí)際應(yīng)用得很少。

2.2 磁粉含量

于高杰等利用高精度特斯拉計(jì)對經(jīng)磁性整理后織物試樣的磁感應(yīng)強(qiáng)度進(jìn)行了檢測，結(jié)果表明，織物中磁性纖維的數(shù)量對織物試樣的磁感應(yīng)強(qiáng)度有直接影響。因此，可以通過適當(dāng)增加磁粉用量，提高被整理織物的磁性。但磁粉的用量不能過多，否則會對織物的柔軟度、手感等產(chǎn)生較大的影響。

2.3 纖維制品厚度

齊魯?shù)劝l(fā)現(xiàn)對厚度不同的纖維樣品進(jìn)行充磁后，各種樣品所獲得的磁感應(yīng)強(qiáng)度不同。按照磁場疊加原理，樣品的磁感應(yīng)強(qiáng)度是由各層磁性纖維的磁感應(yīng)強(qiáng)度疊加的總和，所以越厚的樣品所獲得的磁感應(yīng)強(qiáng)度越大。利用這一特性，可以開發(fā)加工較厚的紡織品應(yīng)用在對磁感應(yīng)強(qiáng)度要求較高的領(lǐng)域，如磁性醫(yī)療保健領(lǐng)域。

2.4 充磁時(shí)間

紡織品經(jīng)過短時(shí)間的充磁后就具有較為優(yōu)良的磁性，在一定程度上延長充磁時(shí)間，磁感應(yīng)強(qiáng)度的增加效果會逐漸降低。因此，可以通過適當(dāng)?shù)匮娱L充磁時(shí)間來提高織物的磁性，但這并不能無限提高織物的磁性。

2.5 熱處理

在高溫下，高分子吸收熱量，體積膨脹，分子間距變大，運(yùn)動空間變大且運(yùn)動劇烈。實(shí)驗(yàn)表明，織物經(jīng)熱處理后再進(jìn)行磁性整理所具有的磁性比沒有經(jīng)過熱處理的磁性明顯提高?？椢锝?jīng)熱處理，纖維中的聚合物處于高彈態(tài)或粘流態(tài)再充磁，粒子取向增強(qiáng)，而且高聚物受熱后體積膨脹，分子間距變大，提供了足夠的空間給磁性顆粒。因此，高溫充磁效果優(yōu)于常溫下充磁。

3 紡織品磁性整理的發(fā)展前景

醫(yī)療保?。航鼛啄?，利用磁場對人體進(jìn)行康復(fù)治療（即磁療）已經(jīng)被人們所接受?？捎糜谌梭w磁療的磁場強(qiáng)度為15 ～ 50 Gs。將磁性材料與紡織品結(jié)合，開發(fā)出能長期使用而無副作用的紡織保健產(chǎn)品，如床上用品、服裝、墊子等，這類產(chǎn)品可以長期使用，而且使用方便，療效明顯。

電磁波屏蔽：電磁波輻射會對人體的健康造成威脅，并且可能造成電磁干擾?？椢锝?jīng)過磁性整理后，具有了電磁屏蔽功能，可以做成防輻射的工作服或者防護(hù)罩，能夠在一定程度上降低電磁輻射的威脅。

非織造磁性過濾材料：經(jīng)磁性整理后的非織造過濾材料具有一定磁性，這能夠在一定程度上提高其過濾性能，使其可以更高效地吸除工業(yè)廢水中的金屬離子，從而產(chǎn)生更好的過濾效果。

農(nóng)用磁性非織造布：在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中，非織造布以其優(yōu)越的性能可以取代傳統(tǒng)的農(nóng)用薄膜、塑料等材料，減少環(huán)境污染，并提供一些功能。而磁性材料對農(nóng)作物有一定程度的影響，如促進(jìn)生長成熟、提高產(chǎn)量等，因此將農(nóng)用非織造布進(jìn)行磁性整理后，可以使其性能更加優(yōu)越，幫助實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物的高質(zhì)高產(chǎn)。

未來，要發(fā)展磁性紡織品還需盡早建立規(guī)范化評價(jià)機(jī)制和標(biāo)準(zhǔn)的測試方法，進(jìn)一步利用納米技術(shù)研究和開發(fā)新型磁性材料，擴(kuò)大磁性紡織品的應(yīng)用范圍。

參考文獻(xiàn)（略）