服裝用滌/棉織物的防電磁輻射整理及性能

江西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院輕紡服裝學(xué)院， 江西 南昌 330000

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電磁波的危害愈加顯著，開發(fā)具有電磁防護性能的紡織品與服裝尤為重要[1]。常見的電磁防護織物的制備方法，一是采用紡織纖維與金屬纖維混紡、織造，利用金屬纖維吸收和反射電磁波，常用的金屬纖維有不銹鋼纖維、銅纖維、銀纖維等[2]；或者通過化學(xué)鍍的方式對織物進行后整理，使織物具有電磁防護性能，可采用一種金屬的化學(xué)鍍?nèi)珏冩嚒y、銅等金屬，也可采用多種金屬的復(fù)合鍍，經(jīng)整理后織物的電磁屏蔽效果各不相同[3-5]。早期的電磁防護織物，尤其是用于孕婦裝的防輻射織物，大都含有一定量的不銹鋼纖維，考慮到織物的服用舒適性能，不銹鋼纖維的含量一般不高，故其電磁防護效果受到限制。

基于此，本文借鑒楊苗苗等[6]5， [7]， [8]41和詹建朝等[9]15， [10]25利用化學(xué)鍍對滌/棉織物進行電磁防護整理的相關(guān)原理與結(jié)論，對服裝用滌/棉混紡織物進行表面活化后再進行電磁屏蔽整理，并對織物的電磁防護、導(dǎo)電、服用等性能進行研究，以期為滌/棉混紡織物的電磁防護整理的進一步研究提供新的思路和方法。

1 試驗

1.1 試驗準(zhǔn)備

(1) 試樣：滌/棉織物，其規(guī)格見表1。

表1 試樣規(guī)格

(2) 試劑：氫氧化鈉(NaOH，分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司)；OP乳化劑(分析純，無錫市晶科化工有限公司)；氯化亞錫(SnCl2，分析純，上海展云化工有限公司)；氯化鈀(PdCl2，分析純，上海展云化工有限公司)；次亞磷酸鈉(NaH2PO2·H2O，分析純，上海展云化工有限公司)；檸檬酸鈉(C6H5Na3O7·2H2O，分析純，上海展云化工有限公司)；硫酸鎳(NiSO4·6H2O，分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司)；氯化銨(NH4Cl，分析純，上海展云化工有限公司)。

(3) 儀器：Quanta FEG 250型場發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡(廣州貝拓科學(xué)技術(shù)有限公司)；DR-913型織物防電磁輻射性能測試儀(溫州大榮紡織儀器有限公司)；MF30型指針式萬用表(吉時利儀器有限公司)；YG(B)811E型全自動織物懸垂性能測試儀(溫州大榮紡織儀器有限公司)；YG026D型電子織物強力機(溫州大榮紡織儀器有限公司)；YG461E/I型數(shù)字式織物透氣量儀(寧波紡織儀器廠)。

1.2 電磁防護整理工藝

本文采用鍍鎳的化學(xué)鍍方式進行電磁防護整理，具體的工藝流程：

1.2.1 前處理工藝

1.2.1.1 除油工藝

除油的目的是除去殘留在試樣表面的油劑等雜質(zhì)，確保后續(xù)反應(yīng)順利進行。具體的除油工藝[6]12：取100 g試樣并放入1 L質(zhì)量濃度為80.0 g/L的氫氧化鈉溶液中，添加5～10 mL OP乳化劑，在85 ℃下處理70～90 min后取出，再經(jīng)水洗、烘干。

1.2.1.2 敏化-活化工藝

敏化的目的是使試樣表面能吸附更多的亞錫離子，為活化反應(yīng)做準(zhǔn)備。具體的敏化工藝：取適量氯化亞鋅并加入蒸餾水中溶解，再加入適量稀鹽酸確保氯化亞鋅完全溶解，使氯化亞鋅的質(zhì)量濃度達到20.0 g/L，形成敏化液；然后將除油后的試樣放入敏化液中，在室溫下反應(yīng)5 min后取出，用蒸餾水仔細(xì)漂洗，除去多余的亞錫離子。

活化的目的是利用敏化后的試樣上的亞錫離子的還原性，將試樣從活化液中吸附的鈀離子還原為鈀顆粒，為鍍鎳做準(zhǔn)備。具體的活化工藝[6]15：取適量氯化鈀并加入蒸餾水中溶解，再加入適量稀鹽酸確保氯化鈀完全溶解，使氯化鈀的質(zhì)量濃度達到0.5 g/L，形成活化液；然后將敏化后的試樣放入活化液中，在室溫下反應(yīng)5 min后取出，水洗至試樣上無鈀離子存在。

1.2.2 鍍鎳工藝

將經(jīng)過敏化-活化處理的試樣放入鍍鎳溶液中，試樣上的鈀顆?？芍苯右l(fā)鍍鎳反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后取出試樣，經(jīng)水洗、烘干，測試織物增重率。具體的鍍鎳工藝[9]16：取硫酸鎳20.0 g溶解于1 L去離子水中，依次添加次亞磷酸鈉30.0 g、檸檬酸鈉20.0 g、氯化銨15.0 g，攪拌均勻，調(diào)節(jié)溶液pH值至9，形成鍍鎳溶液；然后將敏化-活化后的試樣放入鍍鎳溶液中，在室溫下反應(yīng)1～5 min后取出，再經(jīng)水洗、干燥。1#和2#試樣經(jīng)鍍鎳整理后，分別編號為鍍鎳1#和鍍鎳2#。

1.3 性能測試

1.3.1 織物表面形態(tài)

采用Quanta FEG 250型場發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡觀察織物的表面形態(tài)。

1.3.2 鍍層與織物結(jié)合牢度的測定

采用透明膠帶法[11-12]測定鍍層與織物之間的結(jié)合牢度(簡稱“鍍層與織物結(jié)合牢度”)。以粘在膠帶上的金屬粉末質(zhì)量評定鍍層與織物結(jié)合牢度。測試結(jié)果分5個等級，其中1級的結(jié)合牢度最差，5級的結(jié)合牢度最佳。

1.3.3 鍍鎳速率測定

鍍鎳速率可采用鍍鎳整理后的織物增重率間接表示[8]42， [10]27。按式(1)計算織物增重率。

(1)

式中：w表示織物增重率，%；W0表示鍍鎳整理前的織物質(zhì)量，mg；W1表示鍍鎳整理后的織物質(zhì)量，mg。

1.3.4 電磁屏蔽性能測試

采用DR-913型織物防電磁輻射性能測試儀測試織物的電磁屏蔽性能。測試頻率采用2 250～2 650 MHz，試樣尺寸為10.7 cm×6.4 cm。評價指標(biāo)為屏蔽效能(SE)。

1.3.5 電阻測定

采用MF30型指針式萬用表測試織物的表面電阻。試樣尺寸為11.0 cm×11.0 cm，每塊織物選取3塊試樣進行測試，結(jié)果取平均值。

1.3.6 織物服用性能測試

采用YG026D型電子織物強力機測試織物的拉伸性能，試樣尺寸為20.0 cm×6.0 cm，拉伸速度為200 mm/min；采用YG(B)811E型全自動織物懸垂性能測試儀測定織物的懸垂性能；采用YG461E/I型數(shù)字式織物透氣量儀測試織物的透氣性能；采用YG(B)022D型全自動織物硬挺度儀測試織物的剛?cè)嵝阅堋?/p>

2 結(jié)果與分析

2.1 織物表面形態(tài)

圖1所示為2#試樣在鍍鎳整理前后的織物表面形態(tài)。

(a) 鍍鎳整理前 (b) 鍍鎳整理后

(c) 鍍鎳整理后織物

表面紗線

圖1 織物表面形態(tài)

由圖1可知：經(jīng)鍍鎳整理后，織物表面覆蓋了一層較為致密的鍍層，鍍層分布較為均勻，部分紗線表面偶爾出現(xiàn)絮狀物，這可能是由于鍍鎳反應(yīng)速率過快，金屬鎳顆粒沉積在紗線表面的毛羽上造成的。

2.2 鍍層與織物結(jié)合牢度

鍍層與織物結(jié)合牢度測試結(jié)果見表2。

表2 鍍層與織物結(jié)合牢度

由表2可知：經(jīng)鍍鎳整理后，鍍層與織物結(jié)合牢度分別為4級和5級，說明鍍層與織物結(jié)合牢固，不易脫落。

2.3 鍍鎳速率

鍍鎳速率測試結(jié)果如圖2所示。

圖2 鍍鎳速率

由圖2可知：隨著鍍鎳反應(yīng)時間的增加，織物增重率逐漸增大。在最初的25 min內(nèi)，織物增重率基本呈線性增加，表明織物增重明顯；之后，織物增重率變化緩慢，至35 min后趨于穩(wěn)定。在鍍鎳反應(yīng)初期，由于鍍鎳溶液中硫酸鎳和次亞磷酸鈉的濃度較大，反應(yīng)速度加快，所形成的鎳附著在織物表面，使得織物表面的活性提高，這促進了鍍鎳反應(yīng)的發(fā)生，因此織物增重明顯。隨著鍍鎳反應(yīng)的持續(xù)發(fā)生，鍍鎳溶液中的硫酸鎳含量減少，鍍鎳反應(yīng)速率變慢，織物增重趨于平衡。

鍍鎳1#與鍍鎳2#試樣的織物增重率變化規(guī)律相似，且鍍鎳1#試樣的織物增重率明顯低于鍍鎳2#試樣。根據(jù)表1，2#試樣中含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的不銹鋼纖維，它的存在使得2#試樣的織物表面活性大于1#試樣，更易促進鍍鎳反應(yīng)的發(fā)生和進行，加上反應(yīng)過程中能形成更多的鎳，因此2#試樣的織物表面活性更強，鍍鎳反應(yīng)速率更快，織物增重更明顯。

2.4 屏蔽效能與導(dǎo)電性能

電磁波的屏蔽效能包含兩部分：反射效能與吸收效能。前者與電磁波頻率及鍍層反射率有關(guān)，后者主要與電磁波頻率、鍍層電導(dǎo)率及鍍層厚度有關(guān)[13]。當(dāng)電磁波頻率一定時，鍍層電導(dǎo)率越大，反射效能越大；當(dāng)電導(dǎo)率一定時，電磁波頻率越高，則反射效能越小。對于吸收效能，電磁波頻率一定時，鍍層電導(dǎo)率越大，吸收效能越大；當(dāng)電導(dǎo)率一定時，電磁波頻率越高，吸收效能越大[10]27。因此，對于低頻率的微波輻射，織物的電磁屏蔽效能主要由反射效能決定[14]。本試驗分別測試了鍍鎳整理后織物的屏蔽效能(圖3)和表面比電阻(圖4)。

圖3 屏蔽效能

圖4 織物表面比電阻與織物增重率的關(guān)系

由圖3可知：試樣經(jīng)鍍鎳整理后具有明顯的電磁屏蔽性能。其中，鍍鎳1#試樣的屏蔽效能為23.13 dB，鍍鎳2#試樣的屏蔽效能達到46.96 dB。經(jīng)鍍鎳整理后，織物表面沉積一定量的鎳，形成金屬鍍層，其具有很好的吸收和反射電磁波的能力，故織物的電磁屏蔽性能得到提升。鍍鎳2#試樣的電磁屏蔽性能明顯優(yōu)于鍍鎳1#試樣，其原因除了不銹鋼纖維本身可以反射和吸收電磁波外，還與鍍鎳反應(yīng)有關(guān)。不銹鋼纖維可增加織物表面的反應(yīng)活性，誘使鍍鎳反應(yīng)更易進行，織物表面更易沉積鎳，形成鍍鎳層。

由圖4可知：隨著織物增重率增加，織物表面比電阻逐漸減小，而且在織物增重率相同的情況下， 鍍鎳2#試樣的織物表面比電阻小于鍍鎳1#試樣。當(dāng)織物增重率為30%時，2種試樣的織物表面比電阻均明顯下降，這是因為鍍鎳反應(yīng)是一個發(fā)生在金屬材料表面的自催化氧化-還原反應(yīng)，隨著鍍鎳反應(yīng)的進行，織物表面的鎳鍍層由不均勻逐漸向均勻過渡，這時鎳鍍層的均勻性占主導(dǎo)作用。隨后，織物表面比電阻的變化較為緩慢，這主要與織物表面鍍層的致密性和內(nèi)部缺陷有關(guān)[15]37。

2.5 織物服用性能

織物服用性能測試結(jié)果見表3。

表3 織物服用性能

由表3可知：經(jīng)鍍鎳整理后，織物的拉伸斷裂強力有所增加，而織物的透氣性、懸垂性及柔軟性有所下降，且1#試樣經(jīng)鍍鎳整理后其各性能指標(biāo)的變化幅度均明顯大于2#試樣。其原因可能是鍍鎳整理后織物表面形成一層較為致密的鎳，導(dǎo)致紗線之間的縫隙變小，織物的孔隙率減小，因此織物的透氣性、懸垂性及柔軟性下降，而織物的拉伸斷裂強力增大。

3 結(jié)語

(1) 經(jīng)鍍鎳整理后，滌/棉混紡織物與滌/棉/不銹鋼纖維混紡織物均具有一定的電磁防護性能，且后者的電磁防護性能優(yōu)于前者，屏蔽效能為46.96 dB。

(2) 織物的電磁防護性能和導(dǎo)電性能隨織物增重率增大而提高，且含有不銹鋼纖維的織物的提高更明顯，說明不銹鋼纖維可與鎳鍍層產(chǎn)生協(xié)同作用，利于增強織物的電磁防護性能。

(3) 經(jīng)鍍鎳整理后，織物的透氣性、懸垂性下降，織物的拉伸斷裂強力和硬挺度系數(shù)提高。與滌/棉混紡織物相比，滌/棉/不銹鋼纖維混紡織物經(jīng)鍍鎳整理后具備更好的防電磁輻射性能，且織物服用性能受到的影響不大。