银/棉包覆纱织物性能研究

李 丹，田 琳

（青岛大学，山东青岛266071）

银/棉包覆纱织物性能研究

李 丹，田 琳

（青岛大学，山东青岛266071）

讨论了银/棉包覆纱及织物的性能。为研究镀银长丝及其包覆纱织制而成的织物防电磁屏蔽性能，采用万用表、防电磁辐射性能测试仪等测试织物的表面电阻及在不同频率下的电磁屏蔽效能值。结果表明，银/棉包覆纱具有良好的导电性能，其织物的电磁屏蔽效果，可以满足不同场合下服装或纺织品的电磁防护要求。

银纤维；包覆纱；织物；电磁屏蔽

在生活水平蒸蒸日上的今天，电子产品的多样化充斥着生活中的每一个角落，电磁污染随之加剧，因此，具有防电磁辐射的服装及纺织品的开发及应用是目前一个必然发展趋势。银纤维是通过特殊技术，将银离子通过活化吸附和还原后以单质或金属态沉积在纤维或长丝表面上所得的高科技产物。银纤维具有良好的防辐射性、抗静电、除臭、抗菌、医疗保健等效能。但是银纤维的稀缺性决定了银制品包括银纤维防辐射服的价格要远高于普通金属纤维的防辐射服。而目前对银纤维包覆纱织物屏蔽性能的分析较少。本论文主要研究了镀银长丝包覆纱的形态结构、性能及包覆纱织物的开发及性能，为今后镀银长丝的应用提供理论数据。

早在20世纪，美国、德国等国已经对纺织材料上镀金属有了相关研究，并开发出了相关产品，此后，中国也相继开始了这方面的研发。目前纺织材料外镀金属技术[1-2]的种类较多，其中化学镀银技术已经达到了非常成熟的地步。

化学镀银是通过化学的方法将金属银镀到经过活化处理的基体锦纶纤维的表面，镀液中的金属离子液催化还原形成金属镀层的过程。其利用的是氧化还原反应，在银氨溶液中，强还原剂将银离子还原成银而沉积在纤维的表面。镀液中加入辅助络合剂、光亮剂、半光亮剂、平滑剂等，提高了镀液的稳定性及镀层的质量。

1 银/棉包覆纱和织物制备

1.1 包覆纱的制备

利用 HKV-141包覆丝机，选用卷曲张力为1 cN，传动比为1.092，捻度牙分别为A= 62、B=78、C=66、D=48，包覆度为660捻/ m的包覆工艺进行包覆纱的制备，包覆方式为双面双层即单包方式[3]。

银/棉包覆纱规格如表1所示。

表1 纱线规格

1.2 包覆纱织物的开发

为了充分发挥镀银长丝优良的导电性、防静电及防电磁辐射等特性，根据织物设计的基本原理，采用交织点最多、结构最紧密平纹组织，设计经纱为银/棉包覆纱 （4.4 tex×2+7.3 tex×2），纬纱为镀银长丝 （7.8 tex）与棉纱线（7.3 tex×2）按不同的比例间隔排列而成，经纬密度PA×PB为350×205根/10 cm。织物规格如表2所示。

表2 织物规格

纬纱为镀银长丝与棉纱线的间隔排列，减少了银纤维用量，降低了成本，减少了环境污染。

2 实验

2.1 镀银长丝及包覆纱的形态结构

利用Y-172型纤维切片器将材料进行切片，在MIT500金相显微镜 （重庆奥特光学仪器有限公司）下捕捉纵横向图像。

2.2 镀银长丝及包覆纱的拉伸性能

利用YG061电子单纱强力仪，根据国家标准GB/T3916-1997测试镀银长丝、棉纱线及包覆纱的拉伸性能。试验长度为250 mm，拉伸速度为250 mm/min，试验温度为22℃，相对湿度为64.5%，测试次数30。

2.3 镀银长丝及包覆纱的导电性

利用DT-830A数字式万用表 （仪器量程为0～200 MΩ）和特制夹头夹取一定长度L的镀银长丝，放电稳定后测量其电阻R（Ω）。体积比电阻ρ=RS/L，其中，S为测试纱线的横截面积 （cm2），L为测试纤维的长度（cm）[4]。用YG321型纤维比电阻实验仪测试锦纶纤维的体积比电阻。测试条件：温度22℃，相对湿度65%，测试次数10。

2.4 包覆纱织物表面电阻测试

测试仪器为DT-830A数字式万用表 （仪器量程为0～200 MΩ）。用特制夹头夹取一定长度L、一定宽度W的导电织物。利用公式ρs= R·W/L计算织物的表面比电阻；利用公式ρv= R·S/L计算织物的体积比电阻，并与银纤维织物作对比分析。测试条件为温度22℃，相对湿度为65%，每组测试10次。

2.5 包覆纱织物的电磁屏蔽性能测试

根据国家标准 GB/T23326、ASTMD4935、SJ2054，利用DR-913型织物防电磁辐射性能测试仪 （温州大荣纺织仪器），采用同轴法兰测试方法对包覆纱织物进行电磁屏蔽性能测试，频率范围为10～3 000 MHz，共扫描201个频率点，记录了其中的6个点的屏蔽值作为参考。

3 结果与分析

3.1 镀银长丝及包覆纱的形态结构

镀银长丝及镀银长丝/棉包覆纱的横截面形态如图1所示。

图1 镀银长丝及包覆纱在400倍下的横截面

从图1a明显可以看出，锦纶基表面有致密均匀的金属层包围着，并有良好的金属光泽。镀银长丝的横截面基本上仍是圆形，说明镀银后，长丝截面并没有发生明显的变化。从图1b中可以看出棉纱线与镀银长丝有明显的分界线，说明两种纱线是互相包覆形成的。另外，还可以看出镀银长丝外面的金属层并没有因为包覆而脱落，说明金属银与锦纶长丝附着力良好。

镀银长丝及银/棉包覆纱的纵截面形态如图2所示。

图2 镀银长丝及包覆纱的纵截面

从图2a中可以看出镀银长丝表面有明显的金属光泽，但是表面并不是十分光滑，有些长丝表面有明显的凹痕，说明镀银长丝在受外界摩擦等作用力时，银层会出现部分脱落现象。但在制备包覆纱时，镀银长丝表面的凹痕有利于增加与棉纱线之间的抱合作用。从图2b可以明显看出，包覆纱是由两根外包覆镀银长丝组成，而两根镀银丝并不是完全平行包覆棉纱线，说明在加捻形成包覆纱的过程中，两根外包镀银丝间也有捻度形成。另外包覆纱的颜色呈现褐色，一是由于光线暗，二说明镀银长丝易氧化，形成了褐色的氧化银。

3.2 镀银长丝及包覆纱的拉伸性能

镀银长丝、锦纶、棉纱线及包覆纱的拉伸性能如表3所示。从表3中可以看出，77.77 dtex的镀银长丝的断裂强度及初始模量比77.77 dtex的锦纶长丝低，但是断裂伸长比锦纶长丝高。

表3 镀银长丝及包覆纱的拉伸性能

镀银长丝、锦纶、棉纱线及包覆纱的拉伸曲线如图3所示。从图3a可以看出，镀银长丝的拉伸曲线具有金属银和锦纶纤维拉伸曲线的特性，成反S形。由于金属的刚性大，弹性小，锦纶长丝表层被金属覆盖后，在拉伸的起始阶段，主要有表层的金属层承担外力的作用，因此，遵守胡克定律，拉伸曲线表现为线性。当拉力增加到一定时，表层的金属层被拉断，紧接着有锦纶长丝承受外力的作用，因此，曲线表现为先下降后上升的趋势，直至锦纶长丝断裂。

图3 镀银长丝及包覆纱的拉伸曲线

从图3b可以看出，包覆纱兼具了棉纱与银纤维的拉伸特性。由于棉纱的强度小于银纤维，再加上棉纱与银纤维在形成包覆纱的过程中又加上了一定的捻度，因此包覆纱的强度主要表现为再次加捻后的棉纱的强度。

3.3 镀银长丝及包覆纱的导电性能

镀银长丝及包覆纱的导电性能如表4所示。

表4 镀银长丝及包覆纱的导电性能

7.8 tex锦纶丝的电阻率为4.75×1013Ω·cm，电导率为2.19×10-14S/cm。

从表4的数据可以看出，锦纶表面镀银后电阻大大降低，电阻率远远小于锦纶。银/棉包覆纱的电阻也显著降低，但稍大于银纤维。电阻越小，纱线的导电性能越好，抗静电性越好，同时可以减少因静电纱线出现紊乱给织造带来的困难。

3.4 包覆纱织物表面电阻

利用DT-830A数字万用表测得包覆纱织物的电阻如表5。

表5 织物电阻测试结果

从表5中可以明显看出，银/棉包覆纱织物的表面电阻较小，稍大于纯银纤维织物，说明银/棉包覆纱织物具有良好的导电性能。

与纯棉织物相比，棉织物的表面电阻远远大于包覆纱织物。织物中金属纤维排列的间隔越小，形成封闭金属网距越小，导电性越强。随着织物中银纤维含量的增加，导电性逐渐增强，抗静电性随之提高。因此，可以利用普通织物中添加金属纤维的方法降低织物静电现象。

3.5 包覆纱织物电磁屏蔽性能

织物的屏蔽效能按ASTMD4935-99《平面材料电磁屏蔽效能标准》的测试方法进行[5]。利用DR-913型织物防电磁辐射性能测试仪，测试织物在不同频率下的电磁辐射屏蔽效能，其测试结果如表6所示。

表6 织物电磁屏蔽效能

从表6可以明显看出，银/棉包覆纱织物电磁屏蔽效率均达到了99.98%以上，屏蔽效果较好。电磁波频率越高，织物的屏蔽效能值越低，电磁波能量屏蔽率逐渐降低。

在这一频率阶段，三种织物的电磁波能量的屏蔽率可达99.98%以上，因此，这种比例下织物用途较为广泛，如可制作孕妇服、防护服和服装的衬里材料等，同时，满足民用电磁辐射防护服的要求[6]，均可称为有效的电磁防护材料。因此，在满足电磁防护要求的条件下，可以适当增加非导电性材料的比例以降低电磁防护材料的成本，增加服装或纺织品的舒适性，还可以减少后处理工艺的负担。

4 结论

（1）从包覆纱的形态结构可以看出，银/棉包覆纱的加工对银纤维表面银金属层几乎无影响。

（2）包覆纱及包覆纱织物的电阻大大降低，织物的导电性、抗静电性较好，电磁屏蔽效率较高。

（3）可以通过改变纱线和织物的结构满足织物不同用途的需要。

[1] 灵灵，黄新民．金属化纺织材料制备技术 [J].纺织科技进展，2009(6)：7-8.

[2] 张宝林．金属镀层织物研究[J].山东纺织科技，1998(4)：8-9.

[3] 张玉清，邢明杰．HKV141D-Ⅰ型包覆丝机的性能特点与实践 [J].纺织机械，2004（3）：13-15．

[4] 王政，赵炯心．镀银聚氨酯纤维的导电性能研究[J].合成技术及应用，2007，22（3）：21-24．

[5] 江日金，黄建华，徐民．镀银纤维多功能屏蔽织物的开发 [J].上海纺织科技，2009，37（12）：40-41．

[6] 伏广伟，湛权．民用防电磁辐射服装的开发及屏蔽效能评价 [J].纺织导报，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，山东菏泽人，在读硕士研究生，专业：纺织材料的结构、性能和加工。