传统纺织材料的春天在哪里？

纺织材料经过数千年的发展历史，至今已成为品种齐全、性能优良、应用广泛的一类重要的基础材料。通过物理、化学方法赋予纺织材料新的功能，将使这一传统材料焕发出新的活力。

电磁功能纺织材料是采用纺织纤维制造技术、纺织品面料织造技术、材料加工与制备新技术、新方法和新工艺，制造出具有特殊结构、优良电磁性能的新型功能材料。纺织材料的电磁学性能，包括导电性、介电性能、静电及磁学性能等。

纺织材料的电磁功能化思路

日常的纺织材料通常是不具备电磁功能特性的，因此，要实现纺织材料的电磁功能化，就必须在制备过程中引入一些特殊的材料和/或采用一些特殊的方法、流程。

从材料角度来说，需要在纺织材料中引入一定的导电或者导磁性成分，例如，金属粉体、金属镀层、碳黑、碳/石墨纤维、本征导电高分子、铁氧体磁性粉体等。从纺织技术角度，则需要在纺织制品制备工艺流程的特定阶段，通过多种不同途径，赋予纺织材料一定的电磁功能。通常所说的纺织材料包括了纤维、纱线及织物三个不同的形态。因此，在纺丝加工、纺纱加工、织造加工及制成织物后都可以通过一定途径分别实现纤维、纱线及织物的电磁功能化。

基于以上分析，从纤维,纱线,织物的逻辑层次出发，纺织材料电磁功能化的可能途径如下。

1. 纤维的电磁功能化

对于纤维材料，可以通过改变纤维本体材料、纺丝过程中添加和在纤维基体上复合等三种途径赋予其电磁功能特性。普通纺织用纤维一般是由不导电、非磁性的高分子材料制成。采用具有本征电磁功能的金属纤维、碳/石墨纤维或者本征导电高分子纤维代替或者部分代替普通纺织纤维，可实现相应织物的电磁功能化。

另外，纺丝过程中，采用复合的方式，通过注射方法向高聚物纺丝液中加入具有电磁功能的粉体，设计一定的纤维结构，形成具有电磁功能的纺织纤维。比如，在涤纶纺丝熔体中，加入导电碳黑粉体，并使该粉体集中分布在纤维截面的某些区域以提高局部的碳黑浓度，形成有机导电涤纶纤维；在丙纶纺丝熔体中，加入具有磁性的铁磁粉体，经过纺丝获得具有磁性能的丙纶纤维。对于已经成形、不具备电磁功能的普通纺织纤维，则可以通过电镀、化学镀、磁控溅射、涂敷等手段，在纤维表面包覆一层金属涂层或磁性粉体，进而使其具有电磁功能。已经商业化的尼龙镀银纤维，如X-Static、亨通，就是在尼龙纤维表面镀覆了一层金属银，并进行了防氧化处理。

2. 纱线的电磁功能化

在纺纱过程中可以加入金属纤维、金属化纤维、磁性纤维等电磁功能纤维，和普通纺织纤维一起以不同方式结合，制得具有电磁功能的纱线。金属纤维等具有电磁功能的纤维通常存在伸长率低、韧性差等缺陷，不易单独用于织造。常常需要与普通纺织纤维通过混纺、包芯、并线、赛络菲尔纺等纺纱方式构成含金属纤维的纱线。比如，不锈钢/棉混纺纱、不锈钢/棉包芯纱、镀银长丝和棉纱合股并线纱、镀银长丝和毛纱的赛络菲尔纱等。

此外，也可以利用纺纱工艺特点和纱线结构巧妙构造出具有一定特殊结构的电磁功能纱线。比如，以磁性纤维为芯丝，将导电纤维以包缠方式包覆磁性纤维构成的纱线，具有类似电感线圈的结构，可以作为感应传感器和电磁激励器的部件。

3. 织物的电磁功能化

在织物成形过程中引入电磁功能化的纱线、纤维，或者在织物成形后通过电磁功能整理的方法，均可实现最终织物的电磁功能化。

在机织物或针织物的成形过程中，通过直接织入电磁功能化的纱线，例如，含金属短纤维的纱线、金属化长丝或纱线、有机导电长丝等，可以形成具有电磁功能的织物。比如，嵌织有机导电长丝的抗静电织物、含不锈钢纤维的各类电磁屏蔽织物、含镀银纤维的各类电磁屏蔽织物及织物电极等。

在非织造织物的成形过程中，直接加入电磁功能化的纤维单独或者和普通纺织纤维混合后一起成网，并经过加固处理，可形成具有电磁功能的非织造织物。

对于由普通纺织纤维形成的织物，和纤维的电磁功能化一样，可以通过电镀、化学镀、磁控溅射、涂敷等手段，在织物表面涂敷一层金属涂层或磁性粉体，或者可以通过刺绣方式将金属纤维等绣在织物表面，从而实现织物的电磁功能化。

综上所述，在织物制备工艺流程的各个阶段均可以通过纺织加工技术引入具有一定电磁功能特性的材料，从而最终获得具备不同电磁功能和效用的电磁功能纺织材料。

纺织材料的电磁性能，以往侧重于研究纺织材料的电阻率及介电特性，其目的多在于解决纺织品加工与应用过程中的微波加热效率、水分检测及静电防护等技术问题。然而，随着科学技术的进步，开展纺织材料与电磁应用技术学科交叉研究的重要性日渐明显，一方面，纺织材料的发展需要向电磁功能领域拓展，而开发出具有优良电磁性能的新型纺织材料；另一方面，电磁材料需要借鉴纺织材料的轻质柔软的特性，而开发出具有“薄、轻、宽、高”的优良综合性能的电磁功能材料。

电磁功能纺织材料制备技术的发展趋势

由近十几年以来的金属化纺织材料或电磁纺织品相关的文献可知，制备导电化织物的途径主要有：一是将金属和纺织材料有效结合；二是将导电高分子和纺织材料有效结合。前者已经达到了商品化的阶段，尤其是通过混纺、交织、刺绣及磁控溅射等技术手段将金属和纺织材料结合，均可以获得性能良好的金属特性。后者还处于实验室阶段，且存在固有颜色、结合牢度差、不易制备、成本高等缺点，需要进一步研究。

多层复合平面状织物为电磁纺织品的发展拓宽了更多的实现途径。从织物结构设计出发，将织物的金属性能和三维立体、二维周期性结构有效结合，开拓了电磁纺织品设计的另一个新视野，并且已经在雷达吸波材料、兼具舒适性和电磁屏蔽性能的屏蔽织物、频率选择性透通织物、信号拦截织物等方面显示出极好的效果和应用前景。但是还有诸多的研究工作需要完成。

通过在纤维纺丝过程中添加磁性粉体获得磁性纤维的研究也日益增多，利用纺织纱线特有的螺旋线圈结构开发磁性器件则提供了一个全新的视野。比如，以磁性纺织纤维为轴心，包覆含平行导电纤维的织物，构筑纺织磁性线圈，可作为感应传感器和电磁激励器的部件。采用漆包铜线缠绕不锈钢线，可以减弱电动势、磁化不锈钢。

开发高磁导率的复合金属线也是未来的研究重点。例如，具有高磁导率的FeBiSn金属线，可作为10GHz以上的吸波剂填料。

总之，在单一性能的纤维、纱线制备基础上，利用纱线结构、纺织材料自身特有的丰富的平面和立体结构及其制备方法，将大大拓宽电磁功能纺织材料的研发思路。

本文由刘四旦摘编自施楣梧、王群著《电磁功能纺织材料》（北京：科学出版社，2016.6）一书“第4章  电磁功能织物材料的制备”，有删减，标题为编者所加。

《电磁功能纺织材料》是一部关于纺织材料与电磁功能材料的交叉学科的专著，编写组全体人员在多年科技工作的基础上，从理论和实践两方面对电磁功能纺织材料相关内容进行了全面的梳理和归纳总结。本书从纺织材料结构特征、材料电磁学特性和电磁测量技术出发，阐述了电磁功能纺织材料的抗静电技术、电磁屏蔽、电磁波散射和频率选择表面等基础知识，提出了基于材料工程技术和纺织工程技术的电磁功能纺织材料制备方法，介绍了电磁辐射防护服的屏蔽效能测量系统与测量方法。对人工电磁媒质的研究、电磁功能纺织材料的开发、电磁功能纺织品的应用具有指导意义。

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本文整理自科学出版社微信公众号，由材料人网大城小爱编辑整理，材料人专注于跟踪材料领域科技及行业进展，这里汇集了各大高校硕博生、一线科研人员以及行业从业者，如果您对于跟踪材料领域科技进展，解读高水平文章或是评述行业有兴趣，点我加入材料人编辑部。

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