電磁屏蔽織物的研究現(xiàn)狀及開發(fā)趨勢

褚 玲，趙其明

(五邑大學紡織服裝學院 ，廣東 江門 529020 )

引言

當今社會飛速發(fā)展，現(xiàn)代技術日新月異，人們時時刻刻都生活在電磁波的海洋之中，身體健康受到嚴重威脅，因此，研究開發(fā)電磁屏蔽綠色保健紡織品以保護人類健康，使人類不受電磁危害極為必要。電磁屏蔽織物主要用于制作電磁屏蔽服、包裝袋、裝飾材料等，防止電磁波對人體的危害，防止電磁輻射對儀器設備的干擾與破壞。電磁屏蔽織物相比其他電磁屏蔽材料來說，更貼近人們的生活，既滿足人們?nèi)粘Ｉ畹男枰帜芷鸬椒雷o的作用。本文主要闡述目前市場上常見的電磁屏蔽織物的種類、開發(fā)現(xiàn)狀、應用狀況，并介紹目前電磁屏蔽織物的開發(fā)趨勢。

1 電磁屏蔽織物的研究現(xiàn)狀

電磁屏蔽織物可采用不同的材料、不同的制作方法制作而成，目前市場上常見的有以下幾種。

1.1 金屬纖維混編混紡織物

這種電磁屏蔽織物是將金屬纖維與普通紡織纖維混紡成紗，然后通過機織或針織工藝制成織物。所選用的金屬纖維主要有不銹鋼纖維和鎳纖維，因為該纖維具有細微化、柔軟化和良好的繞性，并有較好的機械性能、導電性能、耐腐蝕性、耐熱性，在一定頻率范圍內(nèi)對電磁波具有突出的反射性能，而且還能滿足紡紗、織造、縫制等加工要求。

金屬纖維的結構參數(shù)對屏蔽效能的影響很大，其中不銹鋼纖維含量直接影響電磁屏蔽織物的屏蔽效能和服用性能，可通過設計不銹鋼纖維的含量調(diào)節(jié)其屏蔽性能，并根據(jù)不同需要選用，確定最合理的性價比。不銹鋼纖維混紡交織織物屏蔽電磁波頻帶寬、屏蔽效能高,是良好的電磁波屏蔽材料[1]，具有透氣性好、質(zhì)地柔軟、穿著舒適、強度高、耐腐蝕、耐洗滌、加工方便等優(yōu)點，主要用作帶電作業(yè)服、高壓靜電防護服、抗靜電服、電磁輻射防護服、防偽裝置、隱形材料、保密室的墻布與窗簾、電纜屏蔽布等。

1.2 電磁屏蔽鍍金屬織物

1.2.1 化學鍍金屬織物

(1)化學鍍銀織物。化學鍍銀不是自催化反應，一次施鍍僅能鍍一薄層，為了達到屏蔽性能要求和表面平整，可多次施鍍?；瘜W鍍銀織物的主要特點是屏蔽效能非常好，而且質(zhì)地輕柔、透氣抗菌、耐腐蝕，曾經(jīng)在20世紀70～80年代被廣泛用于電磁輻射防護領域。

(2)化學鍍銅織物。化學鍍銅是一個自催化反應,在織物表面能獲得純的金屬銅層,可以利用反應的速度和時間，來控制銅層的厚度和性能。與化學鍍銀相比，化學鍍銅工藝較為復雜，織物化學鍍銅前需進行去油、粗化、敏化和活化等前處理工序[2]?；瘜W鍍銅主要采用甲醛作還原劑、EDTA作絡合劑，pH值均在12以上，鍍液的穩(wěn)定性和甲醛揮發(fā)蒸氣的毒性是其主要的問題。另外，也有采用次磷酸鈉作還原劑的鍍液，pH值在9.0～10.0之間，其反應速度比使用甲醛作還原劑的鍍液低很多，現(xiàn)在還很少應用于工業(yè)化生產(chǎn)。E.G.Han等人采用化學鍍銅方法制備的鍍銅織物屏蔽效能在0.1～1.8 GHz頻率范圍內(nèi)可達到35～68 dB[3-4]。該類織物的主要特點是屏蔽電場效能很好、質(zhì)地輕柔、透氣性好、價格低廉，但很容易被氧化腐蝕而失效、屏蔽磁場能力不強。

(3)化學鍍鎳織物。與化學鍍銅技術相比，化學鍍鎳技術更為成熟，但也要嚴格控制鎳離子和還原劑的濃度比例、絡合劑的濃度、pH值、反應溫度、穩(wěn)定劑添加量等參數(shù)才能保證鍍層的質(zhì)量和鍍液的穩(wěn)定。國內(nèi)外許多學者對化學鍍鎳織物的制備方法和性能進行了大量研究[3，5-8]，研究結果顯示，織物上金屬的重量以及鍍層內(nèi)的磷含量決定了鍍鎳織物的表面電阻和電磁屏蔽性能，鍍鎳織物的電磁屏蔽性能較低，在0.1～1.8 GHz頻率范圍內(nèi)均不超過40 dB。這類織物的主要特點是質(zhì)地輕柔、透氣性好、耐磨性強、價格低廉、抗氧化腐蝕能力強，但電磁屏蔽性能較弱，特別是屏蔽電場的能力很弱。

(4)金屬復合鍍織物。為了克服單一鍍層的不足，采用了金屬復合化學鍍工藝。Can X.等人在織物表面化學鍍銅后再化學鍍鎳-磷合金，得到的織物有良好的導電性同時又具有良好的鐵磁性，耐環(huán)境腐蝕[9]。但是金屬化學鍍污染嚴重，并存在過程復雜、鍍層不易控制和金屬附著力差、織物手感和透氣性差等問題，在產(chǎn)品推廣中有一定困難。

1.2.2 真空磁控濺射

真空磁控濺射技術近幾年發(fā)展迅速，它可以根據(jù)需要鍍上不同厚度的金屬鍍層，鍍層的附著力良好，成本低廉，克服了化學鍍的污染，是一種很有前途的電磁屏蔽織物的制備方法。山東天諾光電材料有限公司采用真空磁控濺射在滌綸織物上鍍上金屬鎳，再電鍍金屬銅和鎳[10]。樣品具有良好的導電性、耐磨性和附著力，在0.03～1.5 GHz內(nèi)的屏蔽效能大于70 dB，在1.5～40 GHz內(nèi)的屏蔽效能大于60 dB。制成的材料除了適合用于航天、軍事設施的屏蔽和室內(nèi)屏蔽之外，還用于電子及精密儀器的屏蔽件。

1.3 金屬離子接枝織物

這類織物是利用聚丙烯腈纖維大分子鏈上的氰基和金屬鹽，借助還原劑、硫化劑等，發(fā)生螯合而形成的具有電磁屏蔽功能織物，并能保持原纖維普通織物的性能和手感。從合成的金屬化合物來看，主要是銀、銅、錫等金屬的硫化物和碘化物，屬于具有P型半導體性質(zhì)的導電體。屏蔽率一般在20 dB左右，略低于不銹鋼纖維混紡織物。該類織物的顏色與化學反應條件有關，不太耐氧化，使用時間2～5年，其最大的優(yōu)點是使用頻段寬、性能穩(wěn)定，且使用范圍寬廣，應用廣泛，因此，金屬離子接枝織物不僅具備了混紡織物柔軟、透氣等特點,而且拓展了屏蔽材料的發(fā)展空間[11]。

1.4 納米吸波型電磁屏蔽織物

納米吸波材料利用納米級的導電纖維織入織物或?qū)椢镞M行涂層制得。從應用納米吸波材料角度來看，可將納米吸波型電磁屏蔽織物分為結構型吸波織物和后整理型吸波織物兩類，利用納米吸波劑吸收、衰減入射到織物表面上的電磁波能量，再將其電磁能量轉(zhuǎn)換為熱能而消耗掉或使電磁波因干擾而消失，達到防電磁輻射的目的。此類產(chǎn)品質(zhì)量輕、厚度薄、吸波頻帶寬、吸收能力強、可避免環(huán)境二次污染。納米結構型吸波織物多為附有吸波特性、結構功能一體化的復合材料，使用較多的是碳纖維復合材料，如SiC纖維復合材料等。由于該類材料的復雜程度高，加上各國對先進復合材料嚴格保密，有關該材料特別是在防輻射織物中的應用報道很少[12]。納米后整理型吸波織物中決定織物吸波性能優(yōu)異與否的最關鍵的主體是納米吸波劑，目前主要有超微磁性金屬粉、復合材料金屬基超細粉、無機鐵氧體等，該方法以其加工方便靈活有效、可調(diào)節(jié)、吸波性能好等優(yōu)點而受到重視和歡迎。

2 電磁屏蔽織物的開發(fā)趨勢

近年來，我國在原有的基礎上成功研制出許多新型的屏蔽織物。有公司研制的新型防輻射服裝面料，這種服裝面料通過不銹鋼纖維、棉纖維、滌綸纖維和麥飯石纖維混合紡絲制得。此外上海研制成功采用離子織物和金屬化纖維織物的電磁輻射屏蔽材料。它們都具有防電磁輻射、抗靜電、耐洗滌和透氣性好等特點。

美國科學家最新研制出世界上第一種防輻射織物：這種織物的防輻射性能就像鉛做的衣服一樣好，但是重量只有鉛的若干分之一。這種織物無毒無鉛，混合在兩層機織布料之間。它的用途非常廣泛，從輕便的全身防護裝到飛機和宇宙飛船使用的保護帳篷和防輻射內(nèi)襯等。傳統(tǒng)的防護服只能抵抗α射線，而這種新型織物還能阻擋β射線和γ射線。它不僅可保護在手術室工作的醫(yī)護人員免受X射線的輻射，也能用于核工業(yè)。同時世界上許國家已經(jīng)瞄準了抗靜電、防電磁輻射、抗菌等多功能特種防護服裝的民用市場，正在組織力量進行深入研究。

最近日本Kanebu纖維公司開發(fā)了一種X-Age的電磁波屏蔽材料。它是用非電解法將銀鍍到錦綸纖維上。該纖維制成的織物手感柔軟、耐洗滌性好，很有實用價值。經(jīng)測試可以使用X-Age電磁波屏蔽材料可以屏蔽個人電腦屏幕和移動電話產(chǎn)生的電磁波。用它做成背心，可使心臟起搏器的使用者免受電磁輻射的影響。同時由于該產(chǎn)品鍍銀，還有抗菌和抗靜電的作用。銀又是可見光、微波以及紅外線、遠紅外線的優(yōu)良反射體，還具有冬天保暖和夏天涼爽的功效。

隨著納米技術的發(fā)展，納米材料獨有的小尺寸效應，表面與界面效應和量子尺寸效應，使得它具有許多宏觀材料沒有的特性，這將極大地提高材料的防護性能。應用納米技術和納米材料制成的具有屏蔽電磁輻射功能的纖維將有廣闊的發(fā)展前景。運用多離子相關技術研制防電磁波輻射織物經(jīng)過精紡加工，具有柔軟舒適、色澤均勻、除臭抗菌性強、耐洗、耐磨、耐氣候和使用壽命長等優(yōu)點，由其制成的防護服不僅具有可靠的安全防護性，同時具有優(yōu)良的服用性。多離子織物中含有大量的金屬離子，可起到殺菌除臭作用，對皮膚無刺激，有助于人體表皮微循環(huán)；同時具有抗靜電、抗部分X射線及紫外線等功能。

3 結語

金屬纖維與普通服用紗線的混紡織物，應該對金屬纖維材質(zhì)、細度以及織物結構設計等進行工藝創(chuàng)新與優(yōu)化，實現(xiàn)在滿足電磁屏蔽要求的前提下，減少金屬纖維的含量。

化學鍍金屬織物的發(fā)展方向是采用等離子體、激光等技術取代原有的織物前處理工藝，杜絕危害環(huán)境，開發(fā)復合鍍進一步提高現(xiàn)有電磁屏蔽織物的屏蔽性能，并希望同時賦予它具有抗紫外線輻射、抗菌除臭或其它一些附加功能。

納米材料[13]的特殊結構導致奇異的表面效應和體積效應，使其具有特殊的微波吸收性能，同時還具有吸收頻帶寬、多功能、質(zhì)量輕、厚度薄等特點，將這些特殊功能的納米材料與其他屏蔽材料復合所得的新型材料是極有前途的電磁屏蔽材料，對納米技術屏蔽材料已經(jīng)展開了大量的科研工作。

電磁波輻射到織物上時會產(chǎn)生反射、吸收、散射和少量的透射，反射、散射會使環(huán)境產(chǎn)生二次污染，因此從方法上來看防電磁波輻射織物的開發(fā)途徑應主要考慮：(1) 減少反射，盡可能避免二次污染；(2)減少透射，最好透射率為零，使用安全可靠；(3)增大吸收。目前國內(nèi)防電磁輻射織物的特征主要表現(xiàn)為單一防護功能、低吸收型，且易產(chǎn)生二次污染，因此開發(fā)多功能防護織物和高吸收型防電磁輻射織物將成為防電磁輻射織物的開發(fā)趨勢。

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