基于不锈钢混纺纱的弹性电磁屏蔽织物开发及性能研究

发布时间：2020-10-24 07:04

　　 电磁屏蔽材料是阻止电磁波在空间传播或阻止电磁波进入保护空间的一种措施。通常,采用具有一定电导率的材料实现高频电磁屏蔽,采用一定磁导率的材料实现低频电磁屏蔽。而这些材料基本都是硬质金属材料。随着电子元器件的小型化、设备外形的多样化、服用电磁屏蔽材料等的发展,对电磁屏蔽材料提出了柔性和弹性的需求,且需要轻质和宽频。需要开发一种具有弹性的电磁屏蔽材料,即随着拉伸其电磁屏蔽效能不降低,以提高电磁屏蔽材料的尺寸适应性,满足设备外形多样化等的屏蔽需求。本课题基于不锈钢混纺纱的弹性电磁屏蔽织物开发及性能研究,以氨纶丝为芯纱,外包不锈钢/棉混纺纱或镀银纱线,形成具有弹性的导电纱线;以这些纱线,按照一定的规律,织造成弹性电磁屏蔽织物;系统探究了弹性导电纱线、织物的力学性能,应变-电阻关系,以及应变-电磁屏蔽效能关系,预测弹性导电织物的可行性,明确织物在不同弹性伸长条件下的电磁屏蔽效能及其影响因素。主要包括:(1)弹性电磁屏蔽纱线制备及其应变-电阻关系研究以氨纶丝为芯纱、外包不锈钢/棉混纺纱,以及不锈钢/棉混纺纱氨纶包覆纱的方式,制备系列弹性不锈钢混纺纱线;以镀银纱线与氨纶丝并合,制备镀银复合弹性纱。采用Instron5566,对纱线的力学性能进行测试,测试纱线的断裂强伸性以及反复拉伸下定伸长弹性回复率,研究纱线的弹性性能。采用万用表与Instron5566结合的方法,测试纱线在不同拉伸条件下的电学性能即电阻的变化,研究纱线的应变-电阻的关系。由这些数据预测制备弹性导电织物的可行性。结果表明,以氨纶丝为芯纱,不锈钢/棉(SS/C)混纺纱为外包纱,制成的不锈钢纤维包覆纱,大大提高了纱线的弹性,但氨纶丝的存在影响不锈钢短纤间的接触,使电阻略低于同样不锈钢含量的SS/C混纺纱;纱线中不锈钢短纤对弹性有削弱作用,含量高电阻低,弹性较差。在拉伸过程中,无论处于哪个拉伸应变阶段,30%不锈钢含量的包覆纱的电阻均小于20%不锈钢含量的包覆纱。两种纱线的电阻均是随着应变的增加,出现先升高,后降低的趋势,不锈钢纤维在纱线中的接触状态直接影响电阻的大小。将SS/C氨包纱与棉/氨包纱或者氨纶丝合股,得到的氨并纱,电阻降低,且稳定性好。由此可知上述对弹性纱线的测试可知,制备弹性导电织物是可行的。(2)弹性电磁屏蔽织物制备及其力学和电学性能研究以上述制备的SS/C氨包纱、SS/C混纺纱、SS/C氨并纱等系列导电纱线,按照一定织造方式形成系列纬向弹性、经纬双弹性的电磁屏蔽织物,对织物的力学性能、弹性、电学性能进行测试分析,探索织造方式、纱线性能及成分等对织物强伸性能、弹性等的影响,进一步研究织物的应变-电阻关系。结果表明,SS/C弹性织物的强伸性能、弹性、电学性能,受纱线的强伸性、弹性、电学性能以及织物结构的影响。在同样纱支和密度条件下,不锈钢含量分别为20%和30%时,SS/C氨包纱并合氨纶构成的弹性纱线织物,其强伸性、弹性性能相当。双弹织物的强力高于纬弹织物,并且双弹织物纬向塑性变形率较小。在拉伸过程中,由于双弹织物经纱中氨纶丝多,影响不锈钢短纤间的接触,所以其电阻高于纬弹织物。织物应变-电阻变化状态分为两种,一是随着拉伸体积电阻逐渐降低;二是随着拉伸体积电阻先增加后降低。织物应变-体积电阻受两方面的影响,一是SS/C导电纱线彼此间的电接触程度的变化;二是SS/C导电纱线受力后,纱线中不锈钢纤维之间接触的紧密程度。(3)弹性电磁屏蔽织物SE效能的研究通过对SS/C氨包纱弹性导电纱线、以及由其构成的弹性导电织物的力学、弹性及电学性能的分析,明确了该类纱线和织物的弹性特点及应变-电阻特性。其中,纱线的电阻会在拉伸过程中发生变化;织物的体电阻也会随着应变发生变化。这些研究对于开发电磁屏蔽弹性织物具有重要的指导意义,但是还需要通过弹性屏蔽织物的SE研究进行验证。本章采用屏蔽室法测试织物的应变-SE,明确弹性织物随着拉伸SE的变化趋势,以及影响SE的因素。结果表明,同一种织物,熨烫后,织物表面褶皱减少,对电磁波的散射减少,导致SE下降;对不同织物而言,SE受多种因素影响,不能仅靠表面褶皱的变化来判断SE的变化。弹性不锈钢/棉电磁屏蔽织物的SE受弹性大小的影响,尤其是纱线中氨纶丝的存在,影响不锈钢短纤之间的接触,使纱线的电阻增加,导致纬弹织物的SE优于双弹织物。电磁波垂直极化测试条件下,弹性不锈钢/棉电磁屏蔽织物的应变-SE分为两种情况:一是拉伸前后SE基本一致,二是随着拉伸SE降低;而当电磁波水平极化测试时,纬向弹性织物的SE随着拉伸SE而增加。同样的,镀银纤维/氨包纱织物应变-SE也有前述三种情况。
【学位单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TS106
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 材料屏蔽机理及屏蔽效能
    1.2 电磁屏蔽织物及其SE的影响因素
    1.3 电磁屏蔽织物的开发现状
    1.4 弹性电磁屏蔽材料研发现状
    1.5 本文研究内容
第二章 实验部分
    2.1 实验材料
    2.2 弹性导电纱线参数的测试
    2.3 电磁屏蔽织物参数测试
    2.4 织物SE测试
    2.5 本章小结
第三章 弹性不锈钢混纺纱线的力学和弹性及电学性能研究
    3.1 氨纶芯丝的断裂现象
    3.2 SS/C氨包纱的力学性能
    3.3 SS/C氨包纱的弹性
    3.4 SS/C氨包纱的电学性能分析
    3.5 本章小结
第四章 弹性不锈钢/棉织物的力学性能及电学性能研究
    4.1 弹性不锈钢/棉织物的力学性能
    4.2 弹性不锈钢织物的弹性
    4.3 织物的表面电阻
    4.4 织物的体积电阻
    4.5 本章小结
第五章 弹性不锈钢/棉织物的SE
    5.1 弹性不锈钢/棉织物的SE
    5.2 镀银纤维/氨包纱织物的SE
    5.3 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 本课题的创新点
    6.3 不足与展望
参考文献
攻读硕士学位期间的研究成果
致谢

【参考文献】

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本文编号：2854164