防辐射功能纤维.doc

第三节 防辐射功能纤维
一、防辐射纤维——电磁波 防辐射纤维 电磁波
电磁波污染已成为继空气、水、噪 音污染之后的第四大污染。 电磁波看不见、摸不着，短时间内 接触又不会产生不适感觉，一旦积 累成疾，为时已晚，因而被称为 “隐形杀手” 。
1、防电磁波纤维的发展 、
20世纪40年代，英国、美国、加拿大、 日本、瑞典等发达国家就开始进行特种 防护服与织物的研究 ； 80年代，日本等国开发了用金属纤维与 植物纤维混纺的屏蔽织物，做成屏蔽服 用在雷达防护领域 ；
80年代后期和90年代初期，英、法、德、 美、瑞典、台湾等国家和地区，为防止 微波炉、电磁灶、电脑、吸尘器等家用 电器的辐射危害，掀起了主妇穿屏蔽围 裙、屏蔽大褂，青少年穿屏蔽马甲、西 服的热潮。从此，电磁波屏蔽服装从军 事领域走进了家庭。
1999年4月英国研制出以银丝为主要材料 的防护用品，德国、日本也分别研制出以 铝丝、不锈钢丝为屏蔽材料的防护产品；
在我国，20世纪60年代开始研究电磁辐射防护服； 70年代正式生产铜丝与蚕丝混纺布制成的屏蔽服； 90年代以后环境中电磁污染日趋严重，性能更为 优越的电磁波屏蔽织物成为新兴产品。
2、防辐射纺织品 、
防辐射纺织品制造方法有两类： 一是用后整理的方法使纺织具有屏 蔽作用；另一种是采用具有屏蔽电 磁辐射性能的纤维制作纺织品，这 类纺织品和纤维也称为吸波材料。
吸波材料可分为导电型和导磁型两类。导电 型吸波材料是指该材料在受到外界磁场感应 时，在导体内产生感应电流，这种感应电流 又产生与外界磁场方向相反的磁场，从而与 外界磁场相抵消，达到屏蔽效果。 导磁型吸波材料则是通过磁滞损耗和铁磁共 振损耗而大量吸收电磁波的能量，又将电磁 能转化为热能。
防辐射纤维
防辐射纤维有两种类型： 一种是纤维本身就耐辐射，称之为耐辐 射纤维；另一种是复合型防辐射纤维， 通过往纤维中添加其他化合物或元素使 该纤维具有耐辐射的性能。
（1）耐辐射纤维 ）耐辐射纤维——聚酰亚胺纤维 聚酰亚胺纤维
60年代美国成功开发了聚酰亚胺纤维， 它具有突出地耐高温、耐辐射、阻燃等 特性。 聚酰亚胺的大分子链全部由芳香环组成， 而且芳环中的碳和氧的结合是以双键形 式，有效地增强了结合能。 正是这种分子组成和结构决定其耐辐射、 耐热性、分子链不易断裂、强度高等一 系列优良性能。
（2）复合型防辐射纤维 ）
复合型防辐射纤维，是采用具有防辐射作用 的化合物或元素，添加到普通成纤高聚物中 纺制的具有耐辐射性能的纤维。 复合型防辐
第4讲-2防辐射功能纤维
射纤维所添加的防辐射剂，有重 元素和具有大吸收截面的元素及其化合物。 常用的重元素有铅、钨、铁、钍、钡等。常 用的大截面元素有锂—6、硼—10、钆、镉及 其化合物或合金。
二、防紫外线纺织品
太阳辐射波中的紫外线部分(UVR)，对人 类既有利又有害。 紫外线有助于人体内维生素D的合成，促 进钙的吸收。同时紫外线还具有灭菌、 消毒的功效。 但过量的紫外线照射可使人体肌肤产生 红斑、皮炎、色素沉淀，加速人体老化， 甚至致癌。
紫外线简介
紫外线UV是电磁波谱中波长为100～400nm 的辐射总称，其中： UVC： 100～280nm UVB： 280～320nm UVA ：320～400nm UVC基本上被大气上层的臭氧层所吸收，对 人类影响不大。UVR约占太阳光的13%，其 中UVA约占97%，UVB占3%。
研究表明，引起皮肤癌的主要作用波段是 280—320nm，所以UVB区紫外线是导致病 理学作用的主要区段，其作用强度大约是 UVA区的1000倍。 因此，防紫外线纺织品的功效，主要应体 现对UVB区紫外线起到有效的遮蔽作用。
国家质检总局颁布的《纺织品防紫外线 性能的评定》规定，只有UPF（紫外线防 护系数值）大于30，并且UVA（长波紫 外线）透过率小于5％时，才能称为防紫 外线产品，防护等级标准为“UPF30＋”； 当UPF大于50时，表明产品紫外线防护性 能极佳，防护等级标识为“UPF50＋”。
1、防紫外线纤维 、
（1）防紫外线纤维的类型 ）
有两种：一是自身就具有抗紫外线破坏能力的 纤维；另一种是含有防紫外线添加剂的纤维。 防紫外线添加剂可分：无机物和有机物两大类， 其中：有机物作为紫外线吸收剂；无机物作为 紫外线散射剂。有二氧化钛、氧化锌、滑石粉、 陶土、碳酸钙。其中氧化锌和二氧化钛的紫外 线透射率较低，最常用。
（2）防紫外线纤维的制造 ）
用添加剂制造防紫外线纤维有各种途径， 可归纳为三种： ①选择一种合适的紫外线吸收剂与成纤高 聚物的单体一起共聚，制得防紫外线共 聚物，然后纺制成防紫外线纤维。 ②有机紫外线吸收剂或无机紫外线散射剂 单独或混合使用，用浸渍法、印花法或 吸附着在天然纤维或合纤材料上，制成 防紫外线纤维。
③无机紫外线散射剂或无机紫外线吸收剂， 单独或混合使用，与成纤高聚物进行共混 后纺丝而制得防紫外线纤维。 无论采用哪一种方法制备防紫外线纤维， 都要求这些防紫外线纤维具有优良的紫外 线屏蔽性，穿着舒适性，以及耐光、对皮 肤无伤害的安全性。
2、纺织品的防紫外线整理 、
防紫外线整理的方法主要有两种，即浸 轧法和涂层法。 防紫外线剂大部分不溶于水，所以采用 溶剂或分散相溶液
的浸轧法。 涂层法则是在涂层中加入防紫外线功能 的微粒，粒径在5nm为佳，涂层剂可采 用聚丙烯酸酯和聚氨酯类，也可采用橡 胶乳液和聚氯乙烯。
第四节 远红外保健纺织品
一、远红外线简介
红外线是位于可见光和微波之间的 一种电磁波，其波长范围为0.76～ 1000µm。 习惯上把它分为近红外线、中红外 线和远红外线三段。一般把波长大 于2.5µm的红外线叫远红外线。
二、远红外纤维的保健原理
研究表明：人体对红外线的吸收谱有两 个波峰，即2.5～4µm和5.6～10µm。一 般认为远红外织物能在体温下发射出波 长为4～14µm远红外线，该波长的远红 外线与人体的远红外线辐射波长相匹配， 容易被皮肤吸收，皮肤吸收后转化成热 能。
远红外会引起人体温升高，刺激皮肤内 热感受器，使血管扩张，血液循环特别 是微循环加速，增加组织营养，改善供 氧状态，加强了细胞的再生能力，加速 了有害物质的排泄，减轻了神经末梢的 化学刺激和机械刺激，这就是远红外纤 维的保健原理。
远红外织物
远红外织物除具有促进血液循环， 促进新陈代谢，活化机体，消除疲 劳，宁神止痛，调节自律神经等功 能外，还有抗菌消臭功能。
三、后整理型保健织物
采用陶瓷涂料对织物进行整理，将陶瓷 粉固定在织物上，使其发挥远红外保健 的作用。
陶瓷涂层织物
一般认为陶瓷涂层织物可产生下列两种作用： 回归辐射：陶瓷涂层可将人体辐射、对流和传 导等散出的热能收集起来并尽可能地返回人身。 吸收辐射：陶瓷涂层可吸收外部能源的能量 （如日光等）再以红外辐射形式给予人体。根 据日光下测试，可使人体温度增加2～5℃。
陶瓷粉末
陶瓷粉末使用最多的是金属氧化物和碳化物， 有时也使用氮化物。其中以氧化铝、氧化镁 和碳化锆为好，有时也使用二氧化钛和二氧 化硅。 新的开发技术是将制成粉末的各种远红外陶 瓷粉均匀混合，在高温下烧结成复合陶瓷， 然后再加工成微粒粉末。
陶瓷涂层织物加工方法
后整理技术：将陶瓷微粉和涂层 （粘合）剂、助剂按一定比例配制 成整理剂对织物进行浸轧、喷雾或 涂层的方法。 涂层法：将陶瓷粉末均匀地分散在 粘合剂制成涂层剂，将涂层涂在织 物上，经干燥后制得。
四、远红外辐射性纤维
相比陶瓷整理织物的性能，在具有 同样的远红外效应的前提下，远红 外辐射性纤维制成的织物更具服用 性和耐洗性好、生产成本低的特点。
（一）远红外辐射性涤纶
远红外辐射性涤纶的特殊功能与远红外 辐射性材料的添加量成正比。 添加量在1%—10%较好，低于1%时显 现不出纤维的保温性能，高
于10%时， 纤维可纺性很差。
1、远红外辐射性涤纶的性能 、
（1）物理机械性能：由于添加了远红外辐射材 料，纤维的强力稍低于常规涤沦，其它物理 指标基本同于常规涤纶，完全能满足纺织后 加工的需要。
（2）热性能及保健功能:远红外辐射性涤 纶中添加的远红外辐射性材料对一些致 病菌有抑制生长作用，对某些臭气有吸 附作用。另外该纤维辐射的远红外线极 易渗透于皮肤深部，促进血液循环，增 大血流量，起到良好的保健作用。
2、远红外辐射涤纶的应用 、
（1）民用保温制品：经铺网热粘合经 针刺等非织造加工制成各种规格的 保温基材，再加工成踏花被、毛毯、 电热毯及滑雪衣、风衣、手套等保 温制品。
（2）保健制品与棉、毛、粘胶纤维等混 纺后纺纱，再经针织制成各种针织内衣 和袜类，既保温又抗菌防臭，也可以加 工成衬裤。由于该纤维具有活血和抑菌 效果，尤其适用于老年人和妇女穿着。 将上述纱线机织成布，可用作为病房床 单和食品卫行行业工作服。
（3）工业用保温材料：利用远红外辐 射性涤纶制成的非织造布可用于工 业设备的保温材料。
（二）远红外辐射性腈纶
把远红外陶瓷粉末直接加入到聚丙 烯腈纶纺丝液中，也可以先把远红 外陶瓷粉末分散到有机溶液中，再 加入到聚丙烯腈纺丝液中。
1、远红外腈纶物理机械性能 、
远红外陶瓷粉末与高温聚丙烯腈纺 丝溶液相互不会产生影响。但在加 工过程更容易产生静电积聚现象， 从而增加了生产的难度，甚至会对 成纱质量产生不良影响。
2、远红外腈纶内部结构 、
腈纶的微观结构存在着微孔和微隙， 主体由无数的微纤紧密堆积而成， 远红外陶瓷粉末由于是无机物，不 会与聚丙烯腈大分子产生化学反应， 所以相当于在纤维中嵌入了一个孔 洞。
（三）远红外辐射性锦纶
与常规锦纶相比，其物理机械性 能略有下降。这是由于少量陶瓷 粒子及其周围小裂纹的存在造成 的。
（四）远红外辐射丙纶
远红外丙纶短纤维具有与常规合 成纤维相似的物理机械性能，其 回潮率略高于常规丙纶，其抗静 电性能有所改善。

（1）将金属丝和纱线编织在一起
三菱人造丝公司使用了涤纶纱或棉涤混纺纱和高纯极细防氧化铜丝，凭借特殊的复合技术编结在一起，开发出复合纱屏蔽布，商品名为“代梅克斯-α”，这种织物不仅屏蔽效果好，而且还耐洗涤，还可进行常规染色和缝制。其产品开发后，用作需要屏蔽电磁杂波的医疗仪器保护罩，用作心电图测试场所的屏蔽帷幔，也可用作佩戴起搏器的心脏病患者的服装。[11]
（2）将金属纤维纺入纱线内部。
这是当前防电磁辐射纺织品的主要材料，所用金属纤维有铜纤维、铁纤维和不锈钢纤维，其中以不锈钢纤维综合性能为最好。美国最早开发不锈钢纤维，比利时购买美国专利后扩大了生产，供应欧洲各国。河北省纺织研究所于1979年在国内率先开展了不锈钢纤维的研发，经过20余年的发展，20世纪90年代已形成规模化生产。[12]、[13]
（3）使用金属化纤维
金属化纤维是指表面具有用涂层或镀层方法形的成导电膜的纤维。1998年，美国SAVQVOIT公司研制成功了含银30%的镀银锦纶丝，该纤维与传统纤维混纺制成的防电磁辐射纤维织物，可以屏蔽90%以上的电磁辐射。
（4）开发本体导电性单体和聚合物
用ASF3、I2、BF3等物质进行化学掺杂而制成的的具有本体导电性的共轭聚合物，如聚乙烯类、聚苯胺类、聚杂环类聚合物。尽管这项技术20世纪70年代就已开发出，但如今仍处于接近实用化程度，生产成本很高，且成纤困难，但作为防电磁辐射纤维的后备材料，前景可观。[14]