CN108917824A - 针刺深度作用对防辐射非织造材料影响的量化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了针刺深度作用对防辐射非织造材料影响的量化方法，针刺深度对材料的电磁屏蔽效果影响并不大，同种针刺密度，同种铝箔含量下的产品其电磁屏蔽率几乎差不多。对于横向强力而言，针刺深度对其强力损失影响并不大。对于纵向强力，针刺深度大，强力损失率降低，即耐磨性提高。但超过一定限度，针刺深度大反而破坏了纤维网的结构，降低了针刺材料的强度，也降低了材料的耐磨性。针刺深度变大会小幅度提高针刺产品的透气率。但对针刺密度为50刺/cm²的材料来说，由于针刺密度较小，纤维网还未定型，这时的针刺深度对材料的影响还是比较大的。本发明的有益效果是对电磁屏蔽研究及实际的工艺生产均有一定的指导意义。

Description

针刺深度作用对防辐射非织造材料影响的量化方法

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及防辐射非织造材料的针刺加工与性能研究。

背景技术

针刺非织造布通过纤维间的柔性缠结，从而产生挤压力、抱合力和摩擦力来进行固结,具有特殊的三维纤维结构，表面平整、机械性能优良。针刺法非织造材料在生活领域中的应用越来越广泛。随着电子设备的广泛使用，生活中的电磁辐射也越来越多。21世纪是计算机、手机、微波炉、蓝牙技术、无线网络等通讯设备和电子电器设备高速发展的时期，更是电磁辐射污染严重的时代。电磁波辐射看不见、摸不着，对人体器官功能产生极大伤害，被称为人类的“隐形杀手”。从而使一般的织物拥有防电磁辐射功能成为必需并使之成为目前功能性纺织新材料的研究热点之一。研究既具有抗电磁辐射功能又具有多种其他功能的新型材料有学术和实用两方面的价值。反观针刺非织造布产业，由于针刺非织造布的工艺简单，流程短，成本低，结构独特，技术性能优越，所以近五年内新增生产线800～1000条。年均递增率超过20％。针刺非织造布产业用纺织品中的比重远大于其它工艺方法的非织造布，而且从发展的潜力看，针刺非织造布的应用市场正在逐渐扩大，它正在逐步地由以民用为主向产业用方向转化，针刺非织造布的市场前景十分乐观，这都是由其自身结构特点和技术性能所决定的。

因此研究具有电磁屏蔽功能的针刺非织造布有着其他工艺不可比拟的优势。家居环境在人类活动中占有极其重要的地位，面对日益严重的电磁辐射污染，家居环境中电磁防护的需求也是极其迫切。显然防辐射非织造材料的针刺加工与性能研究应提上日程。纺织品抗电磁辐射的方法很多，如金属丝和服用纱线交织织物、金属纤维和服用纤维混纺织物、化学涂层织物和纳米化金属喷镀织物等。但从服用性、易护理的角度看，服用面料中电磁屏蔽效果开发比较成功的是，采用导电导磁纱线材料嵌织的织物，导电导磁纱线材料在织物中形成金属网格，使电磁能在导电体中产生涡流而转变为热能等其他形式的能量，从而起到屏蔽作用。在此类织物中应用效果最好的是镀银纤维长丝，嵌织于织物中的镀银纤维形成金属丝网结构，达到抗电磁辐射的目的。利用锦纶基镀银纤维开发具有抗电磁辐射的精纺休闲呢绒面料，能使人们在享受休闲生活的同时远离电磁辐射的危害。镀银纤维单独使用时，在织造、整理时需要小张力，否则容易产生断头，不仅影响生产效率也降低了防电磁辐射效果，如能与毛纱单纱并捻后使用，或者采用赛洛菲尔纺纱后再与毛纱单纱并捻，可能会大幅度改善断头情况，可以在这方面做进一步探索。

现有电磁辐射防护服存在屏蔽效能与穿着舒适性的矛盾，密闭式防护服可以得到高屏蔽效能，但穿着闷气，影响舒适性和工作效率，而工作服款式的电磁辐射防护服则达不到高屏蔽效能，防护效果不理想。此外，还存在服装结构设计不合理导致电磁屏蔽效能下降、导电层不牢固容易在洗涤后脱离导致屏蔽效能下降，以及全频段电磁信号均被屏蔽、致使手机等部分工作用具的通信联系中断等问题。这些问题的解决方法主要包括：

(1)对于因密闭性导致的屏蔽效能与舒适性发生矛盾的问题，可以采用在织物上织出小孔的方法解决，使小孔尺寸不大于需要防护的电磁波波长1/5～1/3，从而使这些小孔的存在不影响对电磁波的屏蔽。

(2)对于服装结构设计不当导致屏蔽效能下降的问题，应防止服装上长条形孔洞的存在，因为长条形孔洞最容易造成电磁波泄漏。

(3)对于金属化纺织品的金属层在使用和洗涤中脱离，导致屏蔽效能下降的问题，可以在基布上采用表面有大量微孔的合成纤维，使金属元素嵌入到纤维表面，起到铆合作用，提高金属层的附着力，提高电磁屏蔽作用的耐久性。

发明内容

本发明的目的在于提供针刺深度作用对防辐射非织造材料影响的量化方法，本发明的有益效果是对电磁屏蔽研究及实际的工艺生产均有一定的指导意义，对铝箔占普通涤纶和粘胶纤维成网基布的含量，调节针刺深度，针刺密度进行研究，生产出电磁屏蔽性能较好的针刺非织造材料。

本发明内容如下：综合纵向、横向强力，可以看出针刺深度变大，针刺材料的拉伸断裂裂强力大多随之提高。但是，针刺深度变大，也可能刺断更多纤维，破坏纤维网的结构，从而强力降低。针刺深度对材料的电磁屏蔽效果影响并不大，同种针刺密度，同种铝箔含量下的产品其电磁屏蔽率几乎差不多。对于横向强力而言，针刺深度对其强力损失影响并不大。对于纵向强力，针刺深度大，强力损失率降低，即耐磨性提高。但超过一定限度，针刺深度大反而破坏了纤维网的结构，降低了针刺材料的强度，也降低了材料的耐磨性。针刺深度变大会小幅度提高针刺产品的透气率。但对针刺密度为50刺/cm²的材料来说，由于针刺密度较小，纤维网还未定型，这时的针刺深度对材料的影响还是比较大的。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

1.纤维原料性能测试和实验方案

1.1涤纶和粘胶纤维性能测试

在确定实验方案前，为了深入了解选用纤维原料的具体性能，以便针对性的制定实验方案，对纤维原料的基本物理性能进行了测试。纤维各项物理性能的测试结果如表1所示。

表1纤维的各项物理性能

1.2实验方案

电磁屏蔽性能与金属在材料中所占比例有极大关系。因此，从原料方面来说，铝箔占最终针刺材料的含量对抗电磁辐射针刺产品的电磁屏蔽性能有很大的影响。同时，针刺生产中的工艺参数，如针刺深度、针刺密度也会影响最终产品各项性能，从而也会影响到电磁防护效果。综合考虑了原料和生产工艺两方面的情况，还有学校工程试验中心针刺流水线的实际情况，将铝箔含量，主针刺机针深、针密三个参数设为变量，其余如给棉速度、斜帘速度等都为固定参数。

本实验以涤纶，粘胶纤维和铝箔为主要实验原料，通过控制其余参数不变，改变实验中的铝箔含量、针刺深度、针刺密度这三项参数来生产不同的针刺非织造材料。然后对所得到的成品进行测试，如电磁屏蔽性能、耐磨性、透气性等。再对得到的测试数据进行分析处理，研究三种参数对针刺产品各项性能的影响，探讨适合实际生产的工艺参数。

在预实验过程中发现铝箔含量14％时有一定的电磁屏蔽效果，又比对了铝箔分别在纤维网中放置一层，两层，三层时的电磁屏蔽效果，发现三层铝箔效果最佳。于是确定以14％铝箔含量为基准，分别上浮和降低4个百分点来进行试验，同时确定每块纤维网放置三层铝箔，通过调整涤纶，粘胶的量来调节铝箔含量。其中，涤纶和粘胶纤维为1:1配比。预实验时同时确定了诸如道夫速度800r/min，底帘速度为275r/min，斜帘速度为500r/min，牵伸比1:1，预针密150刺/cm²，预针深度5mm这样的固定工艺参数。

实验方案如下表2所示。

表2实验方案

2.实验过程及实验仪器、性能测试方法

2.1实验过程

预实验：以60g涤纶和60g粘胶纤维1:1配比混合均匀，然后成网，加入铝箔，针刺制成样品。在一块纤维网中，同时分别在不同地方分别放一层，两层和三层铝箔。对三块样品进行初步检测，发现具有一定的电磁屏蔽效果，而且三层铝箔具有最好的电磁屏蔽效果.根据样品测试结果，初步确定实验方案。

原料准备：按照含量参数设定的纤维质量，结合1:1的纤维配比分别称取涤纶和粘胶纤维并放入贴好标签的塑料袋。按照实验代号依次混合纤维原料，混合时采用手扯混合法使纤维充分均匀混合。

制备纤网：将混合均匀的纤维原料喂入给棉机，经过梳理机梳理，然后经由斜帘引入平行铺网机铺成纤维网。经过轧辊，将铝箔放在纤维网上，翻折纤维网，再放入一张铝箔，如此重复三次，得到初步的纤维网成品。

预针刺：本次实验设定的预针刺参数为针深5mm，针密为150刺/cm²，在之后实验中保持此参数不变。

主针刺：按照实验方案确定好的针刺密度来调整主针刺的遍数和针刺深度，对预针刺后的材料进行进一步的针刺加工。

2.2实验仪器概述

本次实验用到的主要仪器见表3。

表3主要的实验仪器

2.3针刺成品性能测试

2.3.1厚度测试

仪器：YG(B)141型数字式织物厚度仪。

测试方法：试样大小30×30cm，调整压脚压强为0.2kPa，同一试样上选测5处不同位置，重复三块试样，求平均值。

2.3.2面密度测试

仪器：BSA224S-CW型电子天平

测试方法：在试样上选取较均匀部分，剪下10×10cm的一块试样，用电子天平称量试样的质量，数据再除以面积，就得到单位面积质量，即面密度，重复三块试样，求平均值。

2.3.3电磁屏蔽性能测试

仪器：LZT-1000型电磁辐射测试仪

测试方法：将手机包裹在针刺产品中，用另一台手机拨打。将电磁辐射测试仪靠近被包裹的手机，记录下手机接通那一刻的最大磁场数值。每块试样测试5次，求平均。与不被包裹情况下手机接通时的磁场值进行对比，求电磁屏蔽效率。公式为：电磁屏蔽效率＝(屏蔽前磁场值—屏蔽后磁场值)/屏蔽前磁场值2.3.4拉伸断裂强力测试

仪器：WDW-T200微机控制万能试验机。

测试方法：试样规格50mm×250mm，拉伸速度100mm/min，预加张力50N，夹距140mm，每个工艺参数的成品织物测试5次，求平均值。横纵向要分别测。

2.3.5透气性测试

仪器：YG461型数字式织物透气性能测定仪。

测试方法：试样为30×30cm大小，试样压差为100Pa，选择同一试样的不同位置测试5次，尽量保证试样的均匀，距试样的边缘至少10cm以上。计算5组数据的平均值。

2.4.6耐磨性能的测试

仪器：YT050型土工布磨损试验仪

测试方法：上平板施加包括上平板重量在内共6可g的荷重，试样大小50×300mm，磨损周期为400次。磨完测试拉伸断裂强力，然后与未磨损的试样拉伸断裂强力进行比对，求强力损失率。每组试样测两块，求平均值。

公式为：强力损失率＝(磨前强力—磨后强力)/磨前强力

3.数据处理与分析

3.1厚度及面密度测定

表4为产品厚度及面密度的测试结果。由数据我们可以看出产品的厚度，面密度一般是随着针刺深度，针刺密度的提高而降低。随着铝箔含量的降低，针刺材料总质量提高而增大。有些数据并不符合此规律，是客观实验条件造成的针刺材料不均匀导致的。

表4厚度、面密度的测试结果

3.4针刺深度对产品性能的影响

保持针刺密度、铝箔含量等参数不变，对不同针刺深度的针刺材料的拉伸断裂强力、电磁屏蔽性能、耐磨性、透气性进行测试。测试的实验数据及分析如下。

3.4.1针刺深度对断裂强力的影响

分析针刺材料的纵向、横向强力，可以看出随着针刺深度增加，材料的拉伸断裂强力大多随之提高。针刺深度越大，纤维网的缠绕更紧密，强力也就随之提高。但要注意的是，针刺深度变大，也可能刺断更多纤维，破坏纤维网的结构，从而强力降低。

3.4.2针刺深度对电磁屏蔽性能的影响

针刺深度对材料的电磁屏蔽效果影响并不大，同种针刺密度，同种铝箔含量下的产品其电磁屏蔽率几乎差不多。原因可能是针刺深度的差距不大，所以对铝箔在纤维网中的状态影响并不大，间接的对电磁屏蔽的影响也就比较小。

3.4.3针刺深度对耐磨性的影响

对于横向强力而言，针刺深度对其强力损失影响并不大。对于纵向强力，针刺深度大，强力损失率降低，即耐磨性提高。针刺深度大，纤维网缠结更紧密，针刺材料的耐磨性也就相应提高。但超过一定限度，针刺深度大反而破坏了纤维网的结构，降低了针刺材料的强度，也降低了材料的耐磨性。

3.4.4针刺深度对透气性的影响

其他条件相同，针刺深度变大会小幅度提高针刺产品的透气率。但对针刺密度为50刺/cm²的材料来说，由于针刺密度较小，纤维网还未定型，这时的针刺深度对材料的影响还是比较大的。

由于针刺非织造布在加工中生产效率高且成本低，所以面对日益增长的家居用电磁防护制品需求，针刺非织造工艺是首选。针刺非织造材料要达到电磁屏蔽效果一般是两种途径，一是在纤维网生产过程中就采用普通纤维和导电纤维进行混纺，如不锈钢纤维和镀银基纤维等。第二种途径是在后整理时使针刺材料具有电磁屏蔽性能。如纳米银整理剂，金属镀膜涂层等。在未来针刺非织造材料发展中，采用导电纤维和普通纤维进行混纺并直接得到具有电磁屏蔽功能的针刺材料将成为一种趋势。此外，在织物上印制具有频率选择表面特性的周期性结构单元，可使织物具有频率选择性透过的性能，成为一种透通频率可调的带通滤波器，即可使得电磁辐射防护服在阻隔电磁波、防止对人体损伤的同时，实现所需通信频率的电磁波畅通无阻。在具有电磁屏蔽性能的针刺材料中，铝箔含量、针刺深度、针刺密度都会对电磁屏蔽产生影响。衡量家居用针刺窗帘的性能主要有耐磨性和舒适性等。普通涤纶重量轻，耐磨性好。粘胶纤维质地柔软有很好的舒适性。本发明拟对针刺深度进行研究，生产出电磁屏蔽性能较好的针刺非织造材料。

以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1.针刺深度作用对防辐射非织造材料影响的量化方法，其特征在于：针刺深度变大，针刺材料的拉伸断裂裂强力大多随之提高，对于横向强力而言，针刺深度对其强力损失影响并不大，对于纵向强力，针刺深度大，强力损失率降低，即耐磨性提高。