含不锈钢微丝功能织物的制备及性能研究Yd14506
叶毓辉，杨志敏 深圳市计量质量检测研究院，广东深圳518139
收稿日期：2011-03-31
作者简介：叶毓辉(1979-)，男，湖北黄冈人，硕士，工程师，从事功能纺织品的检测研究。
原载：现代纺织技术/2011/6；14-17
【摘要】把直径为0.035mm、0.040mm和0.050mm 3种规格的不锈钢微丝与棉纱复合制得合股纱，在纬向上分别间隔加入，制得含不锈钢微丝织物。经过测试，含不锈钢微丝织物有良好的抗静电和防辐射性能，具有很好的应用前景。
【关键词】不锈钢微丝；抗静电；防辐射
【中图分类号】TS102 文献标识码：A 文章编号：1009-265X(2011)06-0014-04
不锈钢金属纤维及其制品是近20年发展起来的新型工业材料和高新技术、高附加值产品。它既具有化纤、合成纤维及其制品的柔软性，又具有金属本身优良的导热、导电、耐蚀、耐高温等特性，被广泛应用于纺织等领域[1]。其不锈钢金属丝面料所特有的永久抗静电、防辐射等作用，成为了功能面料中的一亮点。
纺织用不锈钢金属丝是以304、304L或316、316L等不锈钢为基材，经特殊工艺加工而成的极细金属丝，最细直径可以达到2µm，一般直径为8 µm的不锈钢微丝的柔软性相当于直径为13µm的麻纤维。不锈钢金属丝的生产涉及到物理、化学、材料加工等众多科学领域，出于对经济利益的考虑，有关不锈钢纤维生产技术方面的报道很少，特别是成分、加工工艺对产品性能的影响方面的研究结果报道就更少。
本试验采用0.035mm、0.040mm和0.050mm3种规格的不锈钢微丝与15.6tex棉纱以53T／10cm的捻度复合制得不锈钢合股纱，在纬向上分别间隔两根、三根棉纱加入织得平纹织物，并织造了经纬向都加入不锈钢微丝复合纱的织物试样。经过烧毛、丝光、煮练漂、定型等一系列后处理，就不锈钢微丝织物的抗静电、防辐射性能进行了研究。
1 含不锈钢微丝织物的制备
1.1 不锈钢微丝介绍
不锈钢微丝是指不锈钢金属丝经过集束拉拔后不需经过牵切工序，直接以单丝形式应用的微丝[2]。采用不锈钢微丝与其它纱线合股再进行编织，或以不锈钢微丝为纱心生产包覆纱。根据功能需要，选用不同规格的不锈钢微丝，调整经向、纬向的加入量，经、纬向的紧度，选择合适的后处理工序，制得含不锈钢微丝面料。拉拔次数减少，无牵切工序，无不锈钢纤维混纺出现的抱合性差的问题，在织造工艺上更方便控制，服用性能也比不锈钢短纤维混纺纱织物要好。试验中所使用的不锈钢微丝规格见表1。
表1 不锈钢微丝规格
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线径/mm |
长度/(Km/Kg) |
公差/mm |
抗拉强度/(N/mm2) |
最小延伸率/% |
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304 |
316L |
304 |
316L |
|||
|
0.035 |
130.25 |
±0.0015 |
610-720 |
680-770 |
11 |
23 |
|
0.040 |
99.72 |
±0.0020 |
755-884 |
700-765 |
16 |
25 |
|
0.050 |
63.82 |
±0.0020 |
755-884 |
700-765 |
16 |
25 |
1.2 不锈钢复合纱的制备
把0.035mm、0.040mm和0.050mm 3种规格的不锈钢微丝分别与棉纱复合，加工的速度控制在10~15m／min，捻度控制在55T／10cm以下。选择不锈钢微丝线轴倾角较大的筒子，便于放线，必要时可将不锈钢丝筒用肥皂水预先泡一下，增加润滑，减少复合时线轴对不锈钢微丝的损伤，尤其是断裂强力相对较小的0.035mm不锈钢微丝。在这里没有采用包覆和包芯方法，一是方便不锈钢微丝与棉纱的加工，工序相对简单，且易控制，提高了生产效率；二是综合性能好，包覆纱用不锈钢微丝用量明显较大，包芯纱虽然用量接近，但导电、防微波效果差于复合纱。
1.3 含不锈钢微丝织物的制备
本实验采用纬向加入不锈钢微丝，规格设计见表2。纬向加入不锈钢微丝复合纱时，不锈钢复合纱张力要适当。过大，易在织造过程中断裂，停机次数增多，影响面料的质量；过小，引出不锈钢复合纱过多，箭杆织机的刀片不易切断，并且会在纬向折叠，从而形成布面疵点。另外，要注意不锈钢复合纱筒的大小，太大不利于织造时不锈钢复合纱的退绕，摩擦增大，亦易造成织造过程中不锈钢复合纱的断裂。
表2 织物的规格设计
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试样编号 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
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复合纱纬向加入(间隔)方法 |
间隔2根 |
间隔3根 |
间隔2根 |
间隔3根 |
间隔2根 |
间隔3根 |
|
微丝规格／mm |
0.035 |
0.035 |
0.040 |
0.040 |
0.050 |
0.050 |
|
复合棉纱号数／tex- 复合捻度／(T／10cm)- 纬纱号数／tex- 经纱号数／tex- 织物组织- 织物密度／(根／10cm) |
15.6 53 15.6 15.6 平纹 520×320 |
|||||
织造时，纬向引入不锈钢微丝复合纱之后，两端的绞边纱要夹持紧不锈钢复合纱，以免在不锈钢复合纱在梭口松弛，打纬后影响织物外观。虽然不锈钢微丝比头发丝还细，比棉花还柔，但与棉纱复合时，棉纱又略加了少许捻度，整个复合纱的柔软性没有单纱好，退绕时易从纱筒退绕更多的复合纱，并打扭，特别是0.050mm规格的不锈钢复合纱。只有绞纱夹持住了复合纱，打扭的现象就减少，减少了复合纱断裂的机会，在梭口的松弛也会减少。
然后进行烧毛、煮练漂、丝光、预缩、定型、柔软等一系列后处理。不锈钢丝在织物中的百分含量见表3，在织物中的分布见图1(xTL30-CTV体视显微镜下放大28倍)。下面就其抗静电荷防辐射性能进行测试和研究。
表3 织物中不锈钢微丝的质量百分数
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试样编号 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
不锈钢微丝丝百分数% |
5.31 |
4.55 |
7.58 |
5.74 |
13.31 |
9.76 |
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图1 不锈钢微丝在织物中的分布 |
2 含不锈钢微丝织物的抗静电性能
比较现行纺织工业国家标准和行业标准中适合于含导电纤维织物静电性能测试的方法标准，本实验采用电荷密度法测量[3-5 ]。
试验仪器为由摩擦布、摩擦棒、垫板、绝缘板和法拉第筒、电容器、电位计组成的电位测定装置。试样尺寸为25cmX 35cm的经、纬向试样各3块。实验结果见表4。
表4 织物的带电荷量
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试样编号 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
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|
带电荷量／(10-3 µC／m2) |
经向 |
16.37 |
18.43 |
16.42 |
17.62 |
34.18 |
27.78 |
|
纬向 |
16.37 |
36.87 |
16.42 |
17.62 |
34.18 |
37.04 |
|
|
平均 |
16.37 |
27.65 |
16.42 |
17.62 |
34.18 |
32.41 |
|
从表4可以看出，因为不锈钢微丝的存在，迅速导走织物中的电荷，使织物的带电荷量远远小于实验中测试的纯涤纶的570.6µC／m2的电荷量，具有显著的抗静电效果。从理论上讲，不锈钢微丝在纱线中为连续导体，0.035mm不锈钢微丝电阻仅为10-3～10-2Ω·cm，在普通外力作用下电阻值不会发生变化，并且随着直径的增加，电阻逐渐减小。但是根据实验结果，发现并没有随着不锈钢丝电阻的减小，织物带电荷量出现下降的趋势，反而是随着不锈钢微丝百分含量的增加而变大，这与织物中纱线的混合有关，也与不锈钢合股纱的捻度有关。在检测过程中，因为平纹组织的交织点多，浮长短，纱线屈曲多，且有时不锈钢微丝刚好处于织物的反面，都造成摩擦棒不能很好地与不锈钢微丝接触，这对试验结果有一定的影响。
3 含不锈钢微丝织物的防辐射性能
一般家用电器的辐射频率在30MHz以上，彩电辐射频率为68~300MHz，电脑、手机辐射频率在1000MHz左右，而且屏幕是辐射强度最大的地方[6]。为了本实验的测量方便及真实性，选用计算机作为测量辐射源。试样大小为50cm×50cm。把显示器调为最亮状态，并垂直于平面，放置好测试仪之后，人距离测试仪30cm以外，以免干扰测试的效果，等测试仪读数稳定下来后读数。
所用仪器为JJD-1电磁辐射测试仪[7-8 ]，测试频段为50Hz~3000MHz(灵敏度：≤1µW／cm2，精度：≤ l 2dB I，测试量程：0~1999µW／cm2。)
首先测得靠近电脑屏幕的电磁辐射强度>2000／µW／cm2，在距离屏幕5cm处测得电磁辐射强度为1382µW／cm2。放置好试样后，距离电脑屏幕5cm处，测试织物的微波辐射强度，结果见表5。
表5 织物的电磁辐射强度值
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试样 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
经纬加不锈钢微丝2入 |
经纬无不锈钢微丝 |
|
|
电磁辐射强度(µW/cm2) |
经 |
2 |
2 |
2 |
5 |
3 |
4 |
0 |
750 |
|
纬 |
1 |
2 |
1 |
2 |
2 |
2 |
0 |
670 |
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从表5可以看出，未加入不锈钢微丝，电磁辐射强度较大，加入不锈钢长丝后，织物有很明显的防辐射效果。在经纬向都加入不锈钢微丝时，完全屏蔽了电脑的电磁辐射，测出值为0，而且经过测试，一层包覆就可以完全屏蔽手机信号，具有良好的防辐射效果。但是因为织造时经纱张力较大，不锈钢微丝易断裂，影响功能和服用效果，给织造带来很多困难，不适合大生产。只在纬向加入不锈钢微丝的情况下，亦可以达到一定的屏蔽效果，且纬向的屏蔽效果明显优于经向。且在同种加入方式下，屏蔽电脑辐射的强度相接近，说明三种不锈钢微丝的直径对电磁辐射屏蔽影响不大。
频率为300MHz~300GHz的微波，相应波长为1m～1mm。根据相关研究报告，电脑辐射电磁波的波长为2mm～1Omm以上，且电磁波波长越短，反射性能越强。在织物中，间隔不锈钢复合纱的棉纱的直径为0.397mm，两根不锈钢复合纱之间的间距仅为0.794mm，三根之间的间距为1.191mm，那么不锈钢微丝之间的间距都小于2mm，易反射电磁波，所以只是纬向加入复合纱就具有明显的作用。
4 结语
从实验结果可知，不锈钢微丝的存在，迅速导走织物中的电荷，使织物具有显著的抗静电效果；同时不锈钢微丝复合纱之间的间距均小于电脑辐射电磁波的波长，易于反射电磁波，只在纬向加入不锈钢微丝的情况下，亦可以达到一定的屏蔽效果。综合抗静电和防辐射效果，织物的服用性能，材料成本，0.040mm的不锈钢微丝较适用于生产。
参考文献：
[1]刘先兰,刘楚明,不锈钢纤维生产工艺对比分析及应用
情况的研究[EB／OL].http://paper.edu.cn／index.php／defau1t／relas paper／content200704-665.
[2]许琳，李维鹏，段亚峰.不锈钢纤维及其功能性纺织品的研究现状与展望[J].毛纺科技，2004(9)：56-59.
[3]刘正芹,陈国华,谢莉青,等.不锈钢织物的抗静电性能[J].丝绸,2006(8);40-41.
[4]沈兰萍,南燕.防静电织物的设计原理与性能测试方法[J].四川纺织科技,2002(2);38-40.
[5]GB／T23316-2009.工作服防静电性能的要求及试验方法IS].
[6]王碹,马新安,崔征.电磁波屏蔽织物的开发与应用[A].纺织行业生产力促进中心,2001功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C].北京,北京纺织工程学会,2001;107-110.
[7]王碹,蔡普宁.金属纤维混纺织物防微波辐射性能测试方法的探讨[J].棉纺技术,2001(7);34-36.
[8]SJ20524-1995.材料屏蔽效能的测量方法[s].