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1、纺织学报第二十二卷第六期 E M 改性聚丙烯纤维的电磁屏蔽性能研究 毕海峰张玉梅王华平王学利 ( 东华大学材料科学与工程学院，上海2 0 0 0 5 1 )( 中国石油辽阳石化分公司) 3 6 3 【1 9 】 摘要：研究尤机粒子( 代号为E M ) 共混收性聚丙烯( P P ) 纤维的力学性能、结晶性能和电磁屏蔽性能，讨论无机粒子含量与 纤维各项性能之闻的关系认为无机粒子含量为5 时，纤维的综合性能最好。 关键词：聚I 巧烯纤维共混无机粒子电磁屏蔽研究 中圈法分类号：丁s 】0 16 随着高科技电器产品越来越普及，手机、电脑、 电税机在给人们生活带来便利和享受的同时，电磁 辐射问题也日益严重
2、。会使人体机能产生变化，造 成损伤；会产生各种眼部疾病，甚至引起人体大脑中 枢神经系统紊乱，导致白内障、白血病等“一。为减 少和避免电磁辐射对人体造成的伤害，对于电磁屏 蔽第 物的需求越来越大。 电磁屏蔽的作用是减弱由辐射源产生的某个区 ( 不包含这些源) 内的电磁场效应，有效的控制电磁 波从某一区域向另一区域辐射而产生的危害。其作 用原理是采用低电阻的导体材料，通过导体材料对 于电磁能流的反射和引导作用，使其受感应而产生 电荷，在其内部产生与源电磁场相反的电流和磁极 化从而减弱源电磁场的辐射效果。 根据S c h e l k u n 。f f 电磁屏蔽理论“，在一般情况 F ，金属材料的导电
3、性越好，屏蔽效果越高；频率升 高电磁波穿透力增强，屏蔽效果下降。 目前国内外对电磁屏蔽织物的研究仅限于涂层 法及电镀法等，其产品手感粗硬，涂层( 镀层) 易脱 落，耐洗性差”“。共混纺丝法是纤维改性常用的 一种方法，但用于电磁屏蔽织物的研究在国内外尚 处于起步阶段，其加工工艺的关键是选择一种理想 的屏蔽剂，将它均匀的分散在纤维中，使纤维在具备 电磁辟蔽性能的同时具有较好的可纺性和力学性 能4 研究是将代号为E M 的电磁波衰减吸波超微 粉体与聚丙烯( P P ) 切片共混，然后进行熔融纺丝 ( 二3 5 ) ，并对制得的纤维进行力学性能、结晶性能 和电磁屏蔽性能的测试，研究E M 含量与纤维各
4、项 性能之问的关系。 表1 代 号 P P P P E 、1 l p PF M 2 P P - E 、” P PF M 5 纤维代号 F M 含量( ) l 实验方法 11 纤维的制备 原料：F ML jP P 熔融共 混后制得的切片；纺趁设备： M S T C 4 0 0 纺丝机；纺丝条 件：温度2 3 5 ；纺丝速度：4 0 0 m I 面n ；纤维规格：8 3 6 d t e x 。所得纤维代号如表1 所示。 1 2 声速法测取向度 仪器：s c Y 一型声速取向测量仪；用倍长法求 取延迟时间。 1 3 纤维力学性能的测试 仪器：Y G 0 0 1 A 纤维电子强力仪；测试条件：载 荷2
5、 0 0 时，夹持长度1 0 m m ，夹头下降速度6 0 m m m i n ；测定1 0 根单丝的强力和伸长，取其平均值。 1 4D S C 测试 仪器：D u P O N l 、9 9 0 0 型热分析仪；测试条件：升 温速度为1 0 m 洒，测试温度范围为室温到3 0 0 ； 制样：将纤维样品剪成粉末，准确称取5 1 0 m g 。 15 电磁屏蔽性能的测试 仪器：由：海计量测试研究院研制的信号发生 器自动校准系统。取一直径为1 5 c m 的圆形纤维 试样，通过夹具夹在信号发生器的发射端和接收端 之间，测试有屏蔽和没有屏蔽情况下的电磁波能量 的衰减值来测定纤维的电磁屏蔽效果。测试标准
6、： 国家电子工业部制定的S J 2 0 5 2 4 标准。 2 实验结果与讨论 2 1 改性纤维的力学性能 电磁屏蔽改性丙纶纤维的力学性能如表2 所 示： 表2 纤维的力学性能 从表2 看出，随着E M 含量的增加，纤维的断裂 伸长和断裂强度都有所下降。一方面由于无机粒子 冉勺分布不均导致局部粒子含量过高，产生应力集中 而使局部易于断裂；另一方面，从声速法测纤维取向 度的实验结果( 见表3 ) ，可以看出，随着无机粒子含 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the waterma
7、rk 【2 0 】3 6 4 量的增加，声速值下降，纤维的取向度降低，这也是 导致纤维力学性能下降的原因之一。但就共混体系 的断裂强度而寿，基本符合服用纤维的要求( 一般服 用纤维要求断裂强度44 c N e t e x ) ：“，强度的降低 不会影响其使用性能。 表3 声速法测得的参数 12 纤维的结晶性能 从D s c 热潜图( 图1 ) 上看出，加入无机粒子后 纤维的熔融蜂的形状并没有大的改变，因而无机粒 子的加人对纤维的结晶能力并没有大的影响。由于 聚丙烯易结晶，在熔融纺丝过程中结晶度已达饱和， 因而在D s c 图谱上只出现熔融峰，而无结晶峰出 现一可按下式计算试样的结晶度x 。：
8、x D = ( H H8 ) 1 0 0 2 05 J A P P E 矾5 1 6 73 9 1 6 68 8 P P E M 3 P P E M 2 1 6 7 2 2 1 6 6 8 0 1 6 6 7 3 0 0I 如2 S 03 0 0 温度屯 圈l不同无机粒子古餐的样品的D S c 图谱 升温速度：1 0 r 偷n 升温范围：窒温3 0 0 式中土H 为单位重量样品吸收( 或放出) 的热量； j H 为样品百分之百结晶时的熔融热，H = 1 3 8 l O J ，龟： 从表4 看出无机粒子的加入对于纤维的熔点和 结晶度并无太大的影响。 表4 币同E M 含鼍的纤维的结晶度 23 改
9、性纤维的电磁屏蔽性能 影响改性纤维电磁屏蔽性能的主要网素有基体 及无机粒子的性质、形惫，尺寸、含量、无机粒子在纤 2 0 0 l 肆1 0 月 维中的分散程度及纺缝工艺条件等。E M 改性聚丙 烯纤维的屏蔽性能测试结果如表5 所示： 表5 不同频率，不同F M 含量的样品的电磁肝敞技粜 1 6 73 3 l O4 58 3 3 03 66 7 1 0 02 6 0 0 3 0 01 66 7 i 0 0 068 3 3 0 0 026 7 6 97 0 4 81 7 3 91 7 2 8 1 1 90 8 5 0 38 3 7 6 1 7 5 4 5 0 4 55 0 3 4 8 3 2 5
10、3 3 1 46 7 71 7 7 8 5 6 3 3 4 83 3 3 5 1 7 2 5 玛 1 4S 3 75 0 从表5 看出，样品在低频时的屏蔽效果较好，随着频 率的增加，样品的屏蔽效果降低，而在同一频率下， 随着无机粒子含量的增加，电磁屏蔽效果增强。从 图2 更直观看出，电磁屏蔽效果与入射频率的对数 呈较好的线形关系。 田2 电磁砰蔽效果与 射频率的= ；乐 在材料相m ， 同的情况下， 随着电磁波频一。、 率的升高，电：m 磁波的反射损嚣“1 耗呈对数关系“ 下降，而吸收。 损耗则是上升 u 的陌。对照 实验结果，可 ，f # l ，j - ，J 推断E M 改性 圈3 电磁屏蔽
11、效果与无机粒子含量的关系 丙纶纤维的电磁屏蔽原理是以反射损耗为主的? 从图3 看出，随着无机粒子含量的增加，电磁眸 蔽效果增大。在E M 含量较低刚，屏蔽效果随E M 增加的趋势比较大，当E M 含量达到5 时，屏蔽效 果的增长趋势已渐趋缓和( 下转第2 5 页) 墼畿 蓦l 丝；兰 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 纺织学报第二十二卷第走期 图9 地毯的鼓电能力和纱线中导电纤维含蹙的关系 含量小于4 4 时，体积比电阻随导电纤维含量的 增加而急剧降
12、低；导电纤维含量大于4 4 时，体积 比电阻随导电纤维含量的增加而变化不多。说明导 电纤维含量在44 左右即可。 32 地毯的抗静电性 3 21 地毯电晕放电能力的测定数据如图9 。 从图9 看出，地毯的电晕放电能力和纱线的规 律相同：当导电纤维分布在纱线表面时地毯的电晕 放电能力最强。 3 22 地毯导电能力的测定数据如图1 0 。 从图】o 看出，地毯导电强弱的规律同纱线完全 相同，而导电纤维分布在纱线表面的地毯导电能力 比另外两种强得多。 4 结论 l 导电纤维对纱线和地毯的导电性影响很大， 纱线中的导电纤维含量越多，则纱线和地毯的抗静 ( 上接第2 0 页) 因为E M 改性丙纶的电磁
13、屏蔽机理是以反射损耗为 主的，材料的相对电导率越高，其屏蔽效果越好。随 着无机粒子含量的增加，共混体系逐步形成导电网 络，其电导率逐渐增加，而一旦导电网络形成后，其 导电率不再有明显的变化。因而，无机粒子含量在 5 左右即可达到最佳的电磁屏蔽效果。 3 结论 1 无机粒子与聚丙烯共混纺丝，在2 3 5 的纺 丝温度和4 0 0 n 1 I 证n 的纺丝速度下，热稳定性良好， 无机粒子的含量在不高于5 的情况下，纺丝性能 良好 2 随着无机粒子含量的增加，纤维的取向度、 力学性能有所下降，但不影响其使用性能。 3 改性纤维具有良好的电磁屏蔽性能，其屏蔽 1 8 丢1 5 鬈惶 9 B 3 O 3
14、 6 9 f 2 5 】 田1 0 地毡的导电能力和导电纤维含量的关系 电性能越好。 2 在纱线中的导电纤维含量相同时，导电纤维 分布在纱线表面的纱线的抗静电性能最好，其次是 导电纤维均匀分布在纱线上，导电纤维分布在纱线 中间的纱线的抗静电性能最差。 3 我们研制的抗静电地毯具有良好的导电性 能，能够充分发挥导电纤维的作用，即使在导电纤维 含量为2 2 时，地毯的导电性也足以满足各种场 合的要求。导电纤维的含量以不超过4 4 为宜。 参考文献 L l ：高绪珊等，导电纤维及抗静电纤维，纺织工业出版社，1 9 9 1 2 P 6 。4 6 2 JJB 0 y d ，DB L 工】g i n1 h
15、 eR e ( 1 L l c n 。fs t a c l cE I 钾t n n 髓c l 。n b yI n c 。r p 。埠t i l l gv i s c 。s eR a y o nC m lr a mc a r b 。n J 。u r n a Io f1 c x 埘e I n S 叭u t e ，1 9 5 7 4 8 ，6 6 ：3 1JwsH e 州e 。T kd 刚n c 丑lr e s l s t a I 】f 1e ) 【t l I e n 】a t c m k ，J T I 4 j J 9 5 2 ：1 9 4 2 2 3 。4 狄剑锋等：新型纺纱产品开发北京：纺织工业
16、出版社，1 9 9 8 7 ：1 8 9 1 9 S 效果以反射损耗为主。 4 随着无机粒子含量的增加。电磁屏蔽效果增 强，在1 0 1 0 0 0 M z 频率范围内，屏蔽效果达到 1 0 d B 以上。 5 当无机粒子含量达到5 左右时，屏蔽性能 的增长趋势趋于缓和。为了达到屏蔽性能和力学性 能的和谐统一，可将无机粒子的含量控制在5 左 十 仙。 参考文献 I 张兴祥：射线防护织物与防护服的研究现状，产业用纺织品， 1 2 ( 1 ) ：2 5 2 8 2 杜仕国等：电磁屏蔽导电复台材料，兵器材料科学与工程 1 9 9 9 ( 6 ) ：6 1 6 6 1 3 s K n a g a w
17、a ，s h u n l c “；K 叫鲫，Y a u ；u r a k ， “l ；L h l d u c 【l v e p a p c Hc 。f l t m n I n gm e t a 】I z e dp d y e sc e rf i b e 玮f o rd e c t m m a 目1 e I 】cl n 1 e r f 晰n c es n l d 也I 】g JO fP 。舢M a t e n d 1 9 9 9 ( 3 ) ：1 8 5 1 9 0 i 4 jJ P 0 8 0 4 6 5A 2 ( 1 9 9 9 ) 5 1 董纪震等编：台成纤维生产工艺学( 第二版) 下册，北京：纺织 工业出版社1 9 9 6 ：1 8 。谭橙庭等：屏蔽E M l 用导电性高分子复台材料材料 鞋， 1 9 9 S ( 5 ) ：6 9 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark