傳統紡織材料的春天在哪里？

紡織材料經過數千年的發展歷史，至今已成為品種齊全、性能優良、應用廣泛的一類重要的基礎材料。通過物理、化學方法賦予紡織材料新的功能，將使這一傳統材料煥發出新的活力。

電磁功能紡織材料是采用紡織纖維制造技術、紡織品面料織造技術、材料加工與制備新技術、新方法和新工藝，制造出具有特殊結構、優良電磁性能的新型功能材料。紡織材料的電磁學性能，包括導電性、介電性能、靜電及磁學性能等。

紡織材料的電磁功能化思路

日常的紡織材料通常是不具備電磁功能特性的，因此，要實現紡織材料的電磁功能化，就必須在制備過程中引入一些特殊的材料和/或采用一些特殊的方法、流程。

從材料角度來說，需要在紡織材料中引入一定的導電或者導磁性成分，例如，金屬粉體、金屬鍍層、碳黑、碳/石墨纖維、本征導電高分子、鐵氧體磁性粉體等。從紡織技術角度，則需要在紡織制品制備工藝流程的特定階段，通過多種不同途徑，賦予紡織材料一定的電磁功能。通常所說的紡織材料包括了纖維、紗線及織物三個不同的形態。因此，在紡絲加工、紡紗加工、織造加工及制成織物后都可以通過一定途徑分別實現纖維、紗線及織物的電磁功能化。

基于以上分析，從纖維,紗線,織物的邏輯層次出發，紡織材料電磁功能化的可能途徑如下。

1. 纖維的電磁功能化

對于纖維材料，可以通過改變纖維本體材料、紡絲過程中添加和在纖維基體上復合等三種途徑賦予其電磁功能特性。普通紡織用纖維一般是由不導電、非磁性的高分子材料制成。采用具有本征電磁功能的金屬纖維、碳/石墨纖維或者本征導電高分子纖維代替或者部分代替普通紡織纖維，可實現相應織物的電磁功能化。

另外，紡絲過程中，采用復合的方式，通過注射方法向高聚物紡絲液中加入具有電磁功能的粉體，設計一定的纖維結構，形成具有電磁功能的紡織纖維。比如，在滌綸紡絲熔體中，加入導電碳黑粉體，并使該粉體集中分布在纖維截面的某些區域以提高局部的碳黑濃度，形成有機導電滌綸纖維；在丙綸紡絲熔體中，加入具有磁性的鐵磁粉體，經過紡絲獲得具有磁性能的丙綸纖維。對于已經成形、不具備電磁功能的普通紡織纖維，則可以通過電鍍、化學鍍、磁控濺射、涂敷等手段，在纖維表面包覆一層金屬涂層或磁性粉體，進而使其具有電磁功能。已經商業化的尼龍鍍銀纖維，如X-Static、亨通，就是在尼龍纖維表面鍍覆了一層金屬銀，并進行了防氧化處理。

2. 紗線的電磁功能化

在紡紗過程中可以加入金屬纖維、金屬化纖維、磁性纖維等電磁功能纖維，和普通紡織纖維一起以不同方式結合，制得具有電磁功能的紗線。金屬纖維等具有電磁功能的纖維通常存在伸長率低、韌性差等缺陷，不易單獨用于織造。常常需要與普通紡織纖維通過混紡、包芯、并線、賽絡菲爾紡等紡紗方式構成含金屬纖維的紗線。比如，不銹鋼/棉混紡紗、不銹鋼/棉包芯紗、鍍銀長絲和棉紗合股并線紗、鍍銀長絲和毛紗的賽絡菲爾紗等。

此外，也可以利用紡紗工藝特點和紗線結構巧妙構造出具有一定特殊結構的電磁功能紗線。比如，以磁性纖維為芯絲，將導電纖維以包纏方式包覆磁性纖維構成的紗線，具有類似電感線圈的結構，可以作為感應傳感器和電磁激勵器的部件。

3. 織物的電磁功能化

在織物成形過程中引入電磁功能化的紗線、纖維，或者在織物成形后通過電磁功能整理的方法，均可實現最終織物的電磁功能化。

在機織物或針織物的成形過程中，通過直接織入電磁功能化的紗線，例如，含金屬短纖維的紗線、金屬化長絲或紗線、有機導電長絲等，可以形成具有電磁功能的織物。比如，嵌織有機導電長絲的抗靜電織物、含不銹鋼纖維的各類電磁屏蔽織物、含鍍銀纖維的各類電磁屏蔽織物及織物電極等。

在非織造織物的成形過程中，直接加入電磁功能化的纖維單獨或者和普通紡織纖維混合后一起成網，并經過加固處理，可形成具有電磁功能的非織造織物。

對于由普通紡織纖維形成的織物，和纖維的電磁功能化一樣，可以通過電鍍、化學鍍、磁控濺射、涂敷等手段，在織物表面涂敷一層金屬涂層或磁性粉體，或者可以通過刺繡方式將金屬纖維等繡在織物表面，從而實現織物的電磁功能化。

綜上所述，在織物制備工藝流程的各個階段均可以通過紡織加工技術引入具有一定電磁功能特性的材料，從而最終獲得具備不同電磁功能和效用的電磁功能紡織材料。

紡織材料的電磁性能，以往側重于研究紡織材料的電阻率及介電特性，其目的多在于解決紡織品加工與應用過程中的微波加熱效率、水分檢測及靜電防護等技術問題。然而，隨著科學技術的進步，開展紡織材料與電磁應用技術學科交叉研究的重要性日漸明顯，一方面，紡織材料的發展需要向電磁功能領域拓展，而開發出具有優良電磁性能的新型紡織材料；另一方面，電磁材料需要借鑒紡織材料的輕質柔軟的特性，而開發出具有“薄、輕、寬、高”的優良綜合性能的電磁功能材料。

電磁功能紡織材料制備技術的發展趨勢

由近十幾年以來的金屬化紡織材料或電磁紡織品相關的文獻可知，制備導電化織物的途徑主要有：一是將金屬和紡織材料有效結合；二是將導電高分子和紡織材料有效結合。前者已經達到了商品化的階段，尤其是通過混紡、交織、刺繡及磁控濺射等技術手段將金屬和紡織材料結合，均可以獲得性能良好的金屬特性。后者還處于實驗室階段，且存在固有顏色、結合牢度差、不易制備、成本高等缺點，需要進一步研究。

多層復合平面狀織物為電磁紡織品的發展拓寬了更多的實現途徑。從織物結構設計出發，將織物的金屬性能和三維立體、二維周期性結構有效結合，開拓了電磁紡織品設計的另一個新視野，并且已經在雷達吸波材料、兼具舒適性和電磁屏蔽性能的屏蔽織物、頻率選擇性透通織物、信號攔截織物等方面顯示出極好的效果和應用前景。但是還有諸多的研究工作需要完成。

通過在纖維紡絲過程中添加磁性粉體獲得磁性纖維的研究也日益增多，利用紡織紗線特有的螺旋線圈結構開發磁性器件則提供了一個全新的視野。比如，以磁性紡織纖維為軸心，包覆含平行導電纖維的織物，構筑紡織磁性線圈，可作為感應傳感器和電磁激勵器的部件。采用漆包銅線纏繞不銹鋼線，可以減弱電動勢、磁化不銹鋼。

開發高磁導率的復合金屬線也是未來的研究重點。例如，具有高磁導率的FeBiSn金屬線，可作為10GHz以上的吸波劑填料。

總之，在單一性能的纖維、紗線制備基礎上，利用紗線結構、紡織材料自身特有的豐富的平面和立體結構及其制備方法，將大大拓寬電磁功能紡織材料的研發思路。

本文由劉四旦摘編自施楣梧、王群著《電磁功能紡織材料》（北京：科學出版社，2016.6）一書“第4章 ?電磁功能織物材料的制備”，有刪減，標題為編者所加。

《電磁功能紡織材料》是一部關于紡織材料與電磁功能材料的交叉學科的專著，編寫組全體人員在多年科技工作的基礎上，從理論和實踐兩方面對電磁功能紡織材料相關內容進行了全面的梳理和歸納總結。本書從紡織材料結構特征、材料電磁學特性和電磁測量技術出發，闡述了電磁功能紡織材料的抗靜電技術、電磁屏蔽、電磁波散射和頻率選擇表面等基礎知識，提出了基于材料工程技術和紡織工程技術的電磁功能紡織材料制備方法，介紹了電磁輻射防護服的屏蔽效能測量系統與測量方法。對人工電磁媒質的研究、電磁功能紡織材料的開發、電磁功能紡織品的應用具有指導意義。

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