芳纶不锈钢复合纱多功能针织面料的设计与研究

包宗尧 倪海燕 李永贵 吴依琳

摘要： 传统的电磁屏蔽织物常用机织方法实现，其服用性较差且功能单一，因此，开发出舒适性好且具有阻燃性能的电磁屏蔽织物具有较大的实用价值。文章采用芳纶不锈钢复合纱进行针织面料设计，通过改变织物组织结构、层次配伍的方法，使用电脑横机编织了不同的针织组织，测试并分析织物电磁屏蔽效果及影响因素，同时测试织物的阻燃性和耐水洗性。实验结果表明：芳纶不锈钢复合纱针织物具有优良的阻燃性和耐水洗性，织物的结构是影响电磁屏蔽效果的主要因素，且通过结构优化的织物其电磁屏蔽效能得到了提升。

關键词： 不锈钢纤维;芳纶;电磁屏蔽;阻燃;耐水洗

中图分类号： TS101.923

文献标志码： A

文章编号： 10017003（2020）04002206

引用页码： 041105

DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2020.04.005（篇序）

Design and research of aramid stainless steel composite yarn multifunctional knitted fabric

BAO Zongyao1a，2， NI Haiyan1a，1b， LI Yonggui1a，1b， WU Yilin3

（1a.Clothing and Design Faculty; 1b.Fujian Province Key Laboratory of New Novel Functional Fibers and Materials， Minjiang University，Fuzhou 350108， China; 2.School of Textile Science and Engineering， Xian Polytechnic University， Xian 710048， China;3.College of Textile and Light Industry， Inner Mongolia University of Technology， Hohhot 010080，China）

Abstract：

The conventional electromagnetic shielding fabric is commonly achieved by weaving， which has poor wearing property and unitary function. Therefore， it is of great practical value to develop electromagnetic shielding fabric with good comfort and flame retardancy. In this experiment， aramidstainless steel composite yarn is used for knitted fabric design. By changing the fabric structure and the level of compatibility， different fabrics were knitted with computerized flat knitting machine. The electromagnetic shielding effectiveness of the fabric and its influencing factors were tested and analyzed. The flame retardacy and washing durability of the fabric were also tested. The experimental results show that the aramid stainless steel composite yarn knitted fabric has excellent flame retardancy and washing durability. The structure of the fabric is the main factor affecting the electromagnetic shielding effectiveness. In addition， the electromagnetic shielding effectiveness of the fabric with structure optimization was improved.

Key words：

stainless steel fiber; aramid fiber; electromagnetic shielding; flame retardant;washable

收稿日期： 20190702;

修回日期： 20200321

基金项目： 福建省基础研究与高校产学合作计划（高校产学合作）项目（2019H6019）;福建省新型功能性纺织纤维及材料重点实验室开放基金项目（FKLTFM1724）

作者简介： 包宗尧（1993），男，硕士研究生，研究方向为纺织材料与纺织品设计。通信作者：倪海燕，副教授，mjuhaiyan@163.com。

电子信息技术的飞速发展极大地提高了社会生产率，同时，从低频段到微波段的宽频率电磁波被运用到家用电器和工业电子设备中，也产生了电磁污染的问题。为了降低电磁辐射对人体的危害和对仪器设备造成的干扰，电磁屏蔽技术和屏蔽材料应运而生。随着高频通信电磁波段的应用，信息数据的传输速率、信号强度显著提升，但因高频辐射只能短距离传播，为确保连接性，只能增加通讯蜂窝基站建设数量，未来人们生活空间的电磁辐射量将大幅提高，与此同时，对电磁屏蔽材料的要求也越来越高。

目前，电磁屏蔽织物主要分为以下几种：含金属或金属化纤维的织物、表面镀覆金属的织物、本征导电高分子纤维及其织物、其他类型织物。金属混纺织物具有较好的屏蔽效能、强度高、耐高温，受到组织结构、织物密度、金属纤维含量等因素的影响，由于金属纤维的特性，其抗弯强度差，金属混纺织物舒适性差，且在制造过程中对机器的磨损较为严重，增加了织造成本;镀覆金属织物多以镀铜、镀银、镀镍为主，基底材料以棉织物、涤纶、锦纶等为主，具有操作简单、成本低、易控制等优点，但鍍层不耐水洗，容易脱落、氧化;导电非金属织物是利用导电非金属材料的导电性，通过原位聚合、化学气相沉积、涂覆等方法使织物表面具有导电非金属材料涂层的一种导电织物，屏蔽效能相对较差，仅可作为电磁波反射低的柔性电磁屏蔽材料[1]。综合来看，金属混纺织物由于其技术较为成熟、价格低廉，所以仍是用于电磁屏蔽织物的主要材料。宋玉玲[2]研究织物类型、混纺比和组织结构对织物电磁屏蔽效能的影响。王秀玮[3]通过改变织物中镀银纱线含量及织物的不同结构等因素，探究了不同织物结构的导电性和电磁屏蔽性能的关系。程岚[4]分析复合结构电磁屏蔽织物的不锈钢金属含量、金属网格大小，织物经纬密度等方面对其性能的影响。近年来，许多研究人员专注于开发柔性电磁屏蔽材料，使屏蔽材料兼顾穿着舒适性，凭借不锈钢纤维具有细微化和柔软化的特征，又加上不锈钢纤维本身所具有的导电、屏蔽电磁波等功能，将该纤维与其他纤维混纺制成织物，利用不锈钢纤维对电磁波具有的良好反射和吸收性能，可使织物获得防电磁辐射的效果[5]。因此，不锈钢混纺电磁屏蔽织物是研究的热点之一。

本文通过分析芳纶不锈钢复合纱针织物的屏蔽效能规律，并对影响因素进行分析总结，探索电磁屏蔽面料的设计原则，根据实验发现的规律设计了几种特殊组织的针织面料，获得了比普通组织更好的屏蔽效能。同时由于本实验所用的纱线有较高含量的芳纶和不锈钢纤维混纺，使得面料的阻燃性能优异，且金属混纺电磁屏蔽织物的耐水洗性能较好，因此，本实验所设计的织物具有多种功能，具有较好的市场前景，可为电磁屏蔽服装面料的设计和开发提供参考。

1 实 验

1.1 材料与设备

材料：所采用的纱线为芳纶不锈钢复合纱（福建强纶新材

料股份有限公司），不锈钢纤维平均细度8 μm，纱线混纺比37/63，纱线线密度97.2 tex，单纱断裂强度46.40 cN/tex，断裂伸长率2.8%。

仪器设备：LXC-252SC 12G全自动电脑横机（江苏金龙科技股份有限公司），FA2004型精密电子天平（常州科源电子仪器有限公司），HS-B24型全自动电脑控制高温试样机（鹤山精湛染整设备有限公司），Y511B织物密度分析镜、YG（B）141D数字式织物厚度仪、YG（B）815D-Ⅰ织物阻燃性能测试仪（温州大荣纺织仪器有限公司）。

1.2 试样设计

本实验共选用8种织物组织结构，共织造16块试样。其中有4种普通组织，选用纬平针、1+1罗纹、半畦编、罗纹空气层，分别对应字母为A、B、C、D，编织度目为100、90、80，对应数字为1、2、3，各编织一块，共12块试样，对应编号见表1;另外4种复合组织，为罗纹衬纬组织（用字母E表示）、罗纹双面有浮线组织（用字母F表示）、双面平针衬纬正反面有连接的组织（用字母G表示）和双面平针完全衬纬组织（用字母H表示），选用编织度目均为100，各编织一块。由于纬平针、1+1罗纹、半畦编、罗纹空气层四种组织较为常见，仅展示组织E、F、G、H的织物仿真图，图1所示。

按有关标准测得织物的基本规格参数如表2所示。

1.3 防电磁辐射性能测试

使用标准GB/T 30142—2013《平面型电磁屏蔽材料屏蔽效能测试方法》，采用DR-913G型织物防电磁辐射性能测试仪，运用法兰同轴测试装置网络分析仪测量方法，对样品的屏蔽效能进行测试。电磁屏蔽材料所具备的屏蔽效果的好坏由屏蔽效能SE来表示[6]，屏蔽效能电场强度表示见式（1），磁场强度表示见式（2）。

SE=20 lg（E0E1）（1）

SE=20 lg（H0H1）（2）

式中：SE为屏蔽效能，dB;E0为无屏蔽材料时的电场强度;E1为有屏蔽材料时的电场强度;H0为无屏蔽材料时磁场强度;H1为有屏蔽材料时的磁场强度。

根据GB/T 26667—2011《电磁屏蔽材料术语》中的2.7.1规定：屏蔽效能SE通常为负值，但习惯用其绝对值。无试样遮挡时SE值为0，SE值越大，说明防电磁辐射效果越好。

1.4 织物的阻燃性测试

使用标准GB/T 5455—2014《纺织品 燃烧性能垂直方向损毁长度、阴燃和续燃时间的测定：垂直法》，采用YG（B）815D-Ⅰ型织物阻燃性能测试仪，用规定的点火器产生的火焰，对垂直方向的试样底边中心点火，点火时间为12 s。到点火时间后，点火器移开并熄灭火焰，记录续燃时间和阴燃时间，并测量损毁长度。

1.5 水洗对织物屏蔽效能影响的测试

本实验选择平针组织作为测试试样，采用标准GB/T 3921—2008《纺织品 色牢度试验耐皂洗色牢度》（方法C：温度60 ℃，时间30 min/次）。将25个装有试样的容器同时放入已预热至实验温度的装有肥皂和无水碳酸钠混合液的装置内，在规定时间和温度条件下进行机械搅动，每次程序结束后均取出一个试样，直至25次水洗程序结束，最后取出的试样刚好进行了25次的水洗。试样经清洗和干燥，以原样作为参照样，对比织物的电磁屏蔽效能的变化。

2 结果与分析

2.1 织物结构对电磁屏蔽性能的影响

分别测试8种组织的编织度目为100时试样的防电磁辐射性能各5次，记录试样在电磁波频率为30～3 000 MHz时电磁屏蔽效能的平均值，所得结果如图2所示。

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