1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） 防静电电磁波辐射功能性面料的设计 所在学院 专业班级 纺织工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 摘要 ： 随着物质生活的不断改善，人们基本的吃饱穿暖已经到达，现在人们更想吃的更好，穿的更好。穿衣，在人类刚出现的时候只 是用树叶遮体，而现在，人们更想穿出健康。 随着各类化学纤维的发明，人类的衣着发生了很大变化，颜色艳丽、手感舒适。但是随之而来的是，化学纤维易产生静电，危害人们的健康。问题产生了就要解决，为此，防静电电磁波辐射功能性面料的设计被提上了面料研究者的日程。通过多方资料及实验研究，终于研究成功。通过混纺法，把不锈钢纤维与棉纤
2、维混纺，从而达到屏蔽静电及电磁波的功效。实验成功纺制出防静电电磁波辐射功能性面料，而且各方面指标均达到了国家标准。 关键词： 静电 ；电磁波辐射；面料 II Title Abstract： With the constant improvement of the material life, people basic eat satisfied wear warm have arrived, more people now want better, wear better. Clad in human just appeared just covering their bodies with
3、leaves, and now, people want to wear a healthy. With the invention of various chemical fiber, human dress changed, colour is gorgeous, feel comfortable. But subsequent is, chemical fiber easy generation electrostatic, dangerous to peoples health. To solve the problems, therefore, anti-static functio
4、nal fabric design electromagnetic radiation was put on the fabric researchers agenda. Through various material and experimental research, finally research success. Through the stainless steel fiber blended method, with cotton fiber blended, achieve the effect of electrostatic and electromagnetic shi
5、elding. Successful experiment spinning produce esd electromagnetic wave radiation, and various aspects of functional fabric index all up to the national standard. Keywords: Electrostatic; Electromagnetic wave radiation; fabrics III 目 录 1 绪 论 . 1 1.1 概述 . 1 1.2 防静电电磁波辐射功能性面料 的简介 . 1 1.2.1 面料中静电、电磁波辐射
6、的产生及危害 . 1 1.2.2 纺织面料中防静电电磁波辐射的方法介绍 . 1 1.2.3 防静电电磁波辐射功能性面料的历史背景、现状及发展方向 . 3 2 防静电电磁波功能性面料的方案设计 . 5 2.1 防静电电磁波辐射方法选择及功能性材料的筛选 . 5 2.2 工艺流程和纱线的组合设计 . 5 2. 3 主要工艺技术要点 . 5 2.3.1 织 前不锈钢纤维准备加工技术要点 . 5 2.3.2 织前面料加工技术要点 . 6 2.3.3 织造加工技术要点 . 7 2.3.4 冷轧堆染整加工技术要点 . 7 2.3.5 织后整理技术要点 . 8 3 防静电电磁波功能性面料的性能测试分析 .
7、9 3.1 概述 . 9 3.2 面料电荷面密度测试 . 9 3.2.1 测试原理 . 9 3.2.2 实验仪器 . 9 3.2.3 测试基本流程及方法 . 9 3.2.4 实验结果、数据分析及总结 . 9 3.3 面料屏蔽效能及屏蔽率测试 . 10 3.3.1 测试原理 . 10 3.3.2 测试方法 . 10 3.3.3 实验仪器及图示 . 10 3.3.4 实验结果、数据分析及总结 . 11 总结与展望 . 12 参考文献 . 13 致 谢 . 错误 !未定义书签。 1 1 绪 论 1.1 概述 社会发展到 21 世纪，人类在生活的各个方面 都有了长足的进步，各种娱乐活动充斥着人们的日常
8、生活。在人类刚出现的时候，人们还只是用树叶来遮体避寒，后来用兽皮缝制成了最初的衣物，再后来发现了棉毛丝麻这四种天然纤维，并学会了用这些纺制成布料及制作成成衣物。现如今，单单的遮体御寒早不是人们对于衣物的定义，人们想穿的舒适，穿的好看，更想穿出健康。为满足人们的要求，各种新型纤维及面料应运而生了，防静电、电磁波辐射功能性面料也就这样产生了。 1.2 防静电电磁波辐射功能性面料 的简介 1.2.1 面料中 静电、电磁波辐射的产生及危害 进入 20 世纪，随着科 学技术地不断进步，人们合成了新的纤维 化学纤维。独特的性质，让它们在纺织行业呼风唤雨。但问题也接踵而至， 其织物易于产生静电。 静电（ s
9、tatic electricity），是一种处于静止状态的电荷。 摩擦或感应都能产生静电。 电磁波（又称 电磁辐射 ） ，从科学的角度来说，电磁波是能量的一种，凡是高于绝对零度的物体，都会释出电磁波。电与磁 可说是一体两面，变化的电场会产生磁场（即电流会产生 磁场 ），变化的磁场则会产生电场。变化的 电场 和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的 场 ，这就是电磁场，而变化的电磁场在 空间 的传播形成了电磁波 。 电磁屏蔽（ electromagnetic shield ）是指利用导电材料 或 铁磁材料 制成的部件对大容量汽轮发电机定子铁心端部进行屏蔽，以降低由定子绕组端部漏磁在结构件中引起的附
10、加损耗与局部发热的 措施 。 随着静电在织物上的积聚，将会产生火花放电，重者引起爆炸或燃烧，轻则造成产品的报废或对仪器的干扰 1。此外，静电对人体也有着严重 的危害，如静电会影响人的新陈代谢平衡、人体钙质的流失、使人体内血糖的增加、造成维生素 C严重流失等等，可见静电会给人们日常生活和生产带来诸多不便和危害 2。 电磁波是继空气、水、噪声污染之后的第四大污染源。电磁波对人体的危害是多方面的，女性和儿童尤其容易受到伤害。研究表明，长期暴露在电磁辐射下，轻者可使抗体无法与血细胞结合；重者胚胎发育异常，导致畸形胎儿 4。经医学研究证明，电磁辐射可对生物体产生三种作用：致热效应、非致热效应和累积效应，
11、且均会对人体器官、组织和系统产生不同程度的危害 5。 1.2.2 纺织面料中防静电电磁波辐射的方法介绍 纺织面料的抗静电加工方法通常有以下三种类型：一是织物用抗静电整理剂整理；二是以提高织物吸湿性为目的的纤维接枝改性、亲水性纤维的混纺和交织；三是混纺或者嵌织导电纤维。 上述三种类型中，第一和第二种织物的抗静电性主要依靠吸收空气中的水分来实现，因此其2 抗静电效果对环境的湿度依赖性极大，在低湿度下便会失去抗静电性，致使其应用范围受到限制。第三种采用导电纤维与普通纤维交织或嵌织的方法，具有其独特的优点：首先，织物的抗静电性受周围环境的影响很小，即使在相对湿度小 于 30的情况下，仍有较好的抗静电性
12、；其次，织物 抗静电的耐洗性较好。采用导电纤维交织或嵌织，是最为行之有效的方法 7。导电纤维包括金属纤维、碳纤维及有机导电纤维，品种比较丰富。虽然导电纤维比较昂贵，但是其添加量比较小，而且效果非常的显著，并且其对面料的服用性能没有多大的影响，所以现在世界上主要用这个方法生产防静电面料。 染整工艺的后整理对织物的防静电效果也是很有效的，涤纶导电织物经退浆后的半衰期虽有所增大，但仍能满足抗静电要求；涤纶导电织物经 5g/L NaOH的碱减量处理 (减量率 13.24 %)，其抗静 电性能超过退浆后的水平；涤纶导电织物经分散红 SF-B、分散黄 UN-SE和分散蓝 SF-G(质量分数 4%、 pH值
13、 5.0和温度 130 )染色，抗静电性能较好、上染率较高，对金属丝遮盖性好，能满足质量要求；涤纶导电织物在染色的基础上，再经 10 g/L柔软剂 MEGSOFT LUX整理，抗静电性能较好 (半衰期 1.70 s)、耐洗色牢度较好 (4 5级 )、手感良好，且色光变化小，能实现抗静电性的最大化保留 8。 抗静电剂的发现也是一种很有效的防静电方法，阳离子型抗静电剂的抗静电性能优良，但耐热性相对较差，而且对皮肤有害， 因此一般用作外部涂敷型。阴离子的耐热性和抗静电效果都比较好，但与树脂的相容性较差，并对产品的透明性有影响。非离子型抗静电剂的相容性和耐热性能良好，对制品的物理性能无不良影响，但用量
14、相对较大。两性离子型的最大特点是既能与阳离子型又能与阴离子型抗静电剂配合使用，抗静电效果类似于阳离子型，但耐热性能不如非离子型9。 防电磁波辐射功能纺织品的开发依据应用的原材料及加工方式的不同，大致有两条途径：一是用具有电磁屏蔽功能的纤维加工成纺织品；二是在织物上施加具有电磁波屏蔽性的功能整理 11。 应用电磁屏蔽的 远离，防止电磁波的伤害被认为是防电磁波辐射的理论支撑点。电磁场的屏蔽按性质分为电场屏蔽、磁场屏蔽及电磁场屏蔽，通常的屏蔽主要是对电磁场的屏蔽。 使用电磁波吸收剂 (或吸波材料 )，使电磁能转化为热能或其他能量形式，才能有效清除电磁 污染。吸波材料的研究与应用已成为人们解决电磁污染
15、的研究热点。目前正在研究开发的新型电磁吸收剂主要有纳米相电磁波吸收剂；手性介质吸收剂；多元复合电磁波吸收剂；多晶铁纤维吸收剂等。这些吸收剂在吸波性能方面优于传统的吸收剂，其中由于纳米材料的体积效应和表面效应，纳米相吸收剂除了具有 良好的吸波性能外，还兼有多功能、宽频带、省材轻便等特点，深受材料界的关注。 不锈钢纤维在防电磁波面料生产中经常出现，不锈钢纤维可与棉、涤均匀混纺而织成防电磁波辐射的织物，防护效果明显；采用不锈钢纤维混纺方法生产的防电磁波屏蔽织物具有质地柔软、透气性好、穿着舒适、耐洗涤等优点，且屏蔽性能与环境温度、湿度无关，防护作用可靠 12。由于不锈钢纤维的导电性，使得其混纺织物具有
16、电磁波辐射屏蔽功能，它利用不锈钢纤维的导电性3 来反射电磁波，从而对人体进行保护 13。 在织物表面 采取直接涂层整理应该足经济可行的方式之一。 即在涂层剂中加入已分散好的电磁波吸收刺，经涂层整理、热处理后就可存织物表面包覆一层含有 fn磁波吸收剂的薄膜，当涂层体私 电阻率达 1 u1 10。 3n gill时，屏蔽效率可达到 30dB以上，此时屏斌的 fn磁波能达到 95%以上。 1.2.3 防静电电磁波辐射功能性面料的历史背景、现状及发展方向 上世纪 50年代后期，国外就开始了织物抗静电技术的研究。到了 60 70年代，日本、德国、美国等工业发达国家陆续提出对抗静电织物及服装的要求。一些发
17、达国家的防静电产品从八十年代以后发展迅速，已经从低档、简单的防静电产品发展成 为质优、高效和多功能的产品。在六十年代，我国就开始有服装生产企业开始研制防静电工作服，并且生产出了我国第一代防静电工作服，基本能够解决电子元件生产单位、电子计算机站精密仪器等静电敏感区的防静电问题。就面料来说，国内企业往往通过仿制日本和韩国的薄型或透气性较好的面料来进行生产：就服装来说，国内企业也多借鉴客户所提供的样衣进行服装局部的修改，而没有对整套服装进行系统的研究，没有切实有效地根据我国的国情、根据企业已经多年积累的经验对服装进行研发。因此目前在国内，虽然也有一些企业专门从事防静电工作服的生产，但是产 品在国际市
18、场上仍然缺乏竞争力远远不能满足国际上对此类产品的需要 6。 从 20世纪 30 40年代开始，发达国家就进行了特种防护服装与织物的研究。到 20世纪 80年代，美国开发了用金属网或金属材料对电磁波的反射和吸收作用实现屏蔽功能的防护服，日本等国研究并发明了用不锈钢纤维织物纤维混纺织成的屏蔽织物，制成屏蔽服装用在微波防护上，比如雷达防护等。在 20世纪 80年代后期到 90年代初期，为防止家用电器的辐射危害，特别是对妇女与少年儿童的影响，发达国家掀起了“孕妇”穿屏蔽围裙、屏蔽大褂、青少年穿屏蔽马甲、屏蔽西装的热 潮，防电磁辐射服装进入家庭，拓展到民用服装市场。 20世纪 90年代中期，日本率先研制
19、成功金属化纤维。我国在 20世纪 60年代就开始研究电磁辐射与防护服， 70一 80年代正式生产铜丝与柞蚕丝混纺布制成的屏蔽服和微波吸收防护服。此后不锈钢软化纤维屏蔽织物、特殊工艺镀膜屏蔽织物与服装也相继问世，但直到 90年代中期才真正进入民用市场。 90年代开始，随着多功能保护服的开发和应用，以及新闻媒体有关电磁波对人体影响的报道的增多，人们自我保护意识加强，防辐射服装开始走向民用并受到消费者青睐 10。防电磁辐射相对防静电来说没有那 么的广泛性，但是其严重性比静电高出很多，特别是对于特殊行业的人群。对于防电磁波辐射面料的研究意义重大。 4 5 2 防静电电磁波功能性面料的方案设计 2.1
20、防静电电磁波辐射方法选择及 功能性材料的筛选 使纺织品获得抗静电和防电磁波辐射功能的方法有功能纤维法、功能后整理法、化学镀和金属丝网布加工法三种。用 近年来相继开发的碳素导电纤维、有机导电纤维和纳米级导电纤维等制作 抗静电电磁波辐射织物 具有良好的抗静电效果，但同时也存在价格昂贵、原材料供应困难等的不足。通过表面活性剂、对成纤高聚物共混、共聚合、接枝改性添加 亲水基团，或对天然纤维织物进行 抗静电和防电磁波辐射后整理或化学镀 等，也可以取得一定的效果。但这些方法整理后的纤维或织物仍存在着不足，尤其在低温条件下抗静电效果不明显、抗静电防辐射性能衰减快、耐久性差等问题。因此，开发和生产抗静电织物时
21、，需要根据织物用途和抗静电性能要求，研究、选择最佳的导电纱品种、用量以及编织方法等，才能做到既满足织物抗静电性能要求，又可以降低成本，取得良好的经济效益。采用金属纤维生产抗静电仿制品，一般采用混纺的方法。很好地解决了并捻金属丝品种、直径以及并捻纱中金属丝的含量等技术关键，使所生 产的织物除具有抗静电性能外，还具有良好的电磁波屏蔽性能。 确定用标准直径 7m，价格适中，可纺性好，金属长纤维束定量 12g/5m，断裂伸长率 1.4%的细特不锈钢长丝作为 抗静电和防电磁波辐射的主要功能性材料 。 2.2 工艺流程和纱线的组合设计 采用合理的技术路线和先进的工艺设计，不仅可以取得良好的抗静电和防电磁辐
22、射功能，并能降低 生产和使用成本，取得较大的经济效益。鉴于化学镀和功能性整理虽然工艺较为简单，但抗静电防辐射性能衰减快、耐久性差，且存在生产投入大，使用成本高等不足。本课题采用金属丝混编的加工技术路线及其 纱线组合工艺设计，很好地解决了抗静电和防辐射性能衰减快、耐久性差的问题，并有效的降低了生产投入和加工成本，提高了产品的服用性能，使产品更具市场竞争力。 确定以 导电丝（不锈钢丝）与其它纤维并捻纱加工 织前准备工程 织造加工 冷轧、水洗等预处理加工 染色 定型的加工工艺流程；纱线组合经向采用纯棉纱，纬向以不锈钢/棉并捻纱与纯棉纱按 1 2 的排列比交替交织的设计方案。 2. 3 主要工艺技术要
23、点 2.3.1 织前不锈钢纤维准备加工技术要点 不锈钢纤维的弹性差、伸长小、粗硬挺直没有卷曲，且纤维表面异 常粗糙。含油率是其能否经受牵伸成条的重要因素之一，过多就会使纤维间相互粘连，造成牵伸困难；过低就会使条子抱6 合力差，纤维易断头，无法正常开车。经过试验，先将植物油充分乳化，均匀喷洒在金属纤维上，闷 24h 后即可上机使用 13。 2.3.2 织前面料加工技术要点 1、 络筒工序 当导电纱线为黑色或深灰色时，由于与普通纱线在外观上区别较大，一般不用在纱线上做标记。而当导电纱线为白色或浅灰色时，与普通纱线在外观上没有明显的区别，须采取染色的方法将管纱或筒子染上可在退浆或漂洗中褪掉的红、蓝等
24、颜色，供后加工中区别。另外 ，在络筒工序中可采用光电式电子清纱器，适当调小清纱隔距，保证清纱质量。 2、整经工序 在分批整经时，单个经轴的根数一般都为 500 640根，如果配置过少，每根纱的间隙过大，对经纱张力的均匀极为不利。而防静电纱线在织物中分布总根数一般较少 ， 160cm幅宽坯布中仅100 300根，因此必须将防静电纱与其他经纱一起均匀卷入一个单独的经轴中，供后工序使用。筒子摆放时，要根据经轴的根数和筒子架个数合理均匀地摆放两种经纱。整经时要用小绞线将两种经纱分开，要求将导电纱线放在绞线的下层，将常规经纱放在绞线的上层，并在经轴开 到一半时加放一根绞线，落轴时加放 2根绞线，间隔 5
25、m，以便于后工序区分。在计算导电纱线根数时，既要考虑客户需求和防静电效果，又要兼顾生产和操作方便，防静电纱线的间隔根数一般设计为穿综穿筘循环的整数倍。同时，为防止少头或倒断头造成防静电纱线根数不足，须增加 1 2根导电纱线以备少头或倒断头时借纱之用。 3、浆纱工序 (1)工艺参数。浆纱工艺参数： I车速 45 m min，车速 45 rn min， I辊压力 10 kN，辊压力 22 kN，浆槽温度 95，浆液固体量 7，上浆率 7。 (2)其他注意事项 。将混有防静电纱线的经轴放在靠近浆槽的第一个经轴架的上方，并在经纱的干分区加放一根大绞棒，将两种纱线分开；挡车工在正常开车和处理断头时，要随
26、时观察防静电股线的排列，发现错误及时处理；浆纱在经轴开到一半时注意绞线位置，待小绞线出来时注意区分两种经纱，发现错误，及时纠正；落轴时要求加放 2根绞线，：悔防静电纱线放上层，其余放下层，以便于穿筘和织造；在选择浆料配方和浆纱工艺参数时，因防静电纱线根数较少，且与其他经纱比较接近，可忽略其对生产的影响，采用一般配方和工艺参数进行生产。 4、 穿综穿筘工序 理综时，将需穿防静电纱 线的综：丝挑出，作上标记，以备穿综和后工序区别。穿综时，可在边部先穿一根防静电纱线，再根据生产需要按要求穿经。一般将防静电纱线穿入第一列综丝，边组织内可不穿防静电纱线。待穿综结束时将多余防静电纱线穿入边部，作为倒断头时的备用纱线。另外，穿综时，挡车工注意保留浆纱绞线，在穿筘时要严格分清，不得穿错。
