淺談防電磁輻射紡織品及其屏蔽效能

張麗娟

淺談防電磁輻射紡織品及其屏蔽效能

張麗娟

（唐山學(xué)院時(shí)尚設(shè)計(jì)系，河北唐山 064000）

本文主要分析了電磁輻射的危害，通過介紹紡織品功能整理開發(fā)屏蔽織物的研究進(jìn)展和功能纖維開發(fā)屏蔽織物的研究進(jìn)展分析了防電磁輻射織物的研究現(xiàn)狀，并分析研究了輻射源類型、輻射源與防護(hù)織物的距離、電磁屏蔽技術(shù)、織物的組織結(jié)構(gòu)和緊度、織物厚度、經(jīng)緯向紗線的差異及紗線結(jié)構(gòu)6項(xiàng)指標(biāo)對(duì)防電磁輻射紡織品屏蔽效能的影響，指導(dǎo)了防電磁輻射織物的研發(fā)。

電磁輻射危害；防電磁輻射紡織品；功能整理；功能纖維；屏蔽效能影響因素

1 電磁輻射的危害

1.1 電磁輻射對(duì)人體的影響

據(jù)查證，世界衛(wèi)生組織早已證實(shí)了電磁輻射對(duì)人體的5大影響：電磁輻射是糖尿病、癌突變、心血管疾病的主要誘因；電磁輻射對(duì)人體遺傳系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)可造成直接傷害；電磁輻射是造成畸胎、孕婦不育、流產(chǎn)等病變的誘發(fā)因素；此外，過量的電磁輻射可直接影響兒童骨骼發(fā)育、組織發(fā)育，并造成肝臟造血功能下降、視力下降，嚴(yán)重者能導(dǎo)致視網(wǎng)膜脫落；電磁輻射還可以造成女性內(nèi)分泌紊亂、月經(jīng)失調(diào)，男性生殖功能下降等現(xiàn)象[1]。

1.2 電磁輻射對(duì)環(huán)境的影響

過量的電磁輻射還會(huì)影響到人們賴以生存的自然環(huán)境。比如，嚴(yán)重的電磁污染會(huì)對(duì)動(dòng)植物造成不同程度的影響，導(dǎo)致動(dòng)植物無(wú)法正常生長(zhǎng)、基因變異甚至死亡。

1.3 電磁輻射對(duì)設(shè)備的影響

高頻設(shè)備，尤其是大功率的高頻設(shè)備，它的能量輸出非常強(qiáng)，在工作期間產(chǎn)生的高頻輻射更是異常強(qiáng)大，對(duì)其附近的其他精密儀表、通訊信號(hào)、電子儀器設(shè)備、參數(shù)測(cè)試等產(chǎn)生一定的干擾，甚至使其不能正常工作。

2 防電磁輻射織物的研究現(xiàn)狀

為保護(hù)人體不受或盡量少受電磁輻射的傷害，賦予紡織品的防電磁輻射功能是必要的，尤其是對(duì)于那些工作在高電磁輻射場(chǎng)合的群體，或易受電磁輻射傷害的群體如孕婦和嬰幼兒[2]。

2.1 紡織品功能整理開發(fā)屏蔽織物的研究進(jìn)展[3]

目前，采用紡織品功能整理開發(fā)防電磁輻射織物有兩種方法：一種是在織物上鍍覆金屬，可在滌綸、棉或腈綸織物(多為平紋)上鍍覆鎳、鋼等金屬，其中所鍍金屬的導(dǎo)電性高低直接影響了織物的屏蔽效果，這類織物加工成本較高，色調(diào)單一，鍍層耐久性欠佳；另一種是織物的電磁屏蔽涂層整理，就是在涂層劑中加入已分散好的電磁波吸收劑，然后經(jīng)涂層整理、熱處理在織物表面包覆一層含有電磁波吸收劑的薄膜。東華大學(xué)呂習(xí)武等采用片狀銀粉作為電磁屏蔽劑，進(jìn)行涂層整理，Eva Hakansson等人開展了采用在織物上進(jìn)行聚吡咯等導(dǎo)電聚合物涂層生產(chǎn)電磁波輻射屏蔽織物的相關(guān)研究。

織物后整理類產(chǎn)品不具有整體導(dǎo)電性，而且織物顏色受涂層影響和制約。當(dāng)產(chǎn)品處于動(dòng)態(tài)時(shí)，纖維間的涂層易斷裂，從而削弱了產(chǎn)品的導(dǎo)電性能，此外織物透氣性差，手感較硬，服用性能不夠理想，因此至今沒有廣泛推廣。

2.2 功能纖維開發(fā)屏蔽織物的研究進(jìn)展

該類織物的屏蔽機(jī)理就是利用金屬纖維或金屬化纖維的導(dǎo)電性，使得織物對(duì)電磁波具有反射作用。因此隨著織物中導(dǎo)電纖維含量的增多，導(dǎo)電介質(zhì)區(qū)域增大，織物的反射能力增強(qiáng)，電磁波的透過量減小，織物的屏蔽作用得以提高。

將防電磁輻射纖維摻入織物中所制得的防電磁輻射紡織品的方法比較靈活，它可以根據(jù)不同的電磁輻射屏蔽要求選擇不同的纖維材料，而且織物具有較好的服用性能。

蘇州大學(xué)文珊等人通過測(cè)試不銹鋼纖維電磁波屏蔽織物的屏蔽效能和服用性能，分析了不銹鋼纖維含量對(duì)織物性能的影響，提出了兼顧舒適性和功能性的設(shè)計(jì)方案，并利用含Cu9S5的導(dǎo)電腈綸紗，開發(fā)了不銹鋼防電磁輻射織物。

天津工業(yè)大學(xué)陳合義等人從原材料和織物組織結(jié)構(gòu)入手，解決了不銹鋼長(zhǎng)絲與普通纖維紗線復(fù)合加工的技術(shù)難點(diǎn)，通過對(duì)電磁屏蔽原理的研究，提出了防電磁輻射織物屏蔽效能的估算方法，設(shè)計(jì)了新型組織結(jié)構(gòu)的防電磁輻射織物。

東華大學(xué)孫潤(rùn)軍等人利用自制的防電磁輻射測(cè)試儀器，對(duì)碳納米管、碳納米粉不同含量樣品，以及金屬銅絲不同嵌織距離所加工織物等樣品的防電磁輻射效果進(jìn)行了測(cè)試和分析，指出屏蔽效率與緯向金屬絲的嵌織間距有著非常密切的關(guān)系，并擬合得到了嵌織距離與屏蔽效率的回歸方程。

H.C.Chen等人采用銅纖維和聚酰胺纖維與丙綸加工包芯紗，加工具有各向同性屏蔽效能的機(jī)織物，并對(duì)不同疊合層數(shù)的產(chǎn)品的電磁輻射屏蔽效能進(jìn)行了研究。

湘潭大學(xué)曾煒等人分別采用化學(xué)鍍鎳和電鍍鎳方法制備了兩種導(dǎo)電PET纖維，并利用其分別與環(huán)氧樹脂(EP)和水泥兩種基體材料復(fù)合，制得了屏蔽電磁波干擾的導(dǎo)電復(fù)合材料，研究了導(dǎo)電纖維含量與復(fù)合材料導(dǎo)電性能、力學(xué)性能、電磁屏蔽性能的關(guān)系，同時(shí)通過對(duì)導(dǎo)電纖維表面改性的方法，提高導(dǎo)電纖維與基體的結(jié)合能力，達(dá)到改善復(fù)合材料的導(dǎo)電性能和力學(xué)性能的目的。

日本Anebo纖維公司開發(fā)了一種X-Akge非電解法錦綸纖維鍍銀電磁屏蔽服,該織物手感柔軟、耐洗性好。經(jīng)測(cè)試,使用X-Akge可以屏蔽個(gè)人電腦屏幕發(fā)生的電磁波,可以完全屏蔽移動(dòng)電話發(fā)射的電磁波,可保護(hù)心臟起搏器的使用者免受電磁輻射影響。

河北科技大學(xué)張麗娟在建立紡織材料防電磁輻射性能測(cè)試儀以及其性能研究的基礎(chǔ)上，搭建了織物仿真模型；并制作了系列織物仿真模型試樣，研究了不同鍍銀混紡紗、長(zhǎng)絲及其賽絡(luò)菲爾紗模型試樣屏蔽效能的影響因素及其防輻射機(jī)理；建立了不同鍍銀混紡紗、長(zhǎng)絲及其賽絡(luò)菲爾紗交織排列模式下防輻射效果與排列密度的相關(guān)關(guān)系；進(jìn)行了短纖混紡紗防輻射效果評(píng)估，并建立了織物鍍銀纖維含量與防輻射效果相關(guān)關(guān)系；設(shè)計(jì)與開發(fā)了不同電磁輻射強(qiáng)度環(huán)境下防輻射紡織品，并對(duì)其屏蔽效能進(jìn)行了測(cè)試與分析。

3 防電磁輻射紡織品屏蔽效能的影響因素[4]

3.1 輻射源類型

我們?nèi)粘Ｉ钪械碾姶泡椛湓措S處可見，這些輻射源都可以產(chǎn)生各種形式、不同強(qiáng)度、不同頻率的電磁輻射。由電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)知識(shí)得知：電磁輻射源類型不同，產(chǎn)生的電磁輻射波長(zhǎng)、強(qiáng)度及頻率就不同，對(duì)人體的傷害程度也會(huì)不同，且同種防護(hù)織物對(duì)不同輻射源的屏蔽效能也不同。

低頻時(shí)，屏蔽原理是利用高磁導(dǎo)率的金屬屏蔽體進(jìn)行磁場(chǎng)屏蔽；高頻時(shí)，屏蔽體的電阻越小，產(chǎn)生的感應(yīng)渦流就越大，其屏蔽效果就越好。一般來說，很多輻射源既有電場(chǎng)也有磁場(chǎng)，只是頻率較低時(shí)，電磁輻射主要發(fā)生在近場(chǎng)，當(dāng)高壓低電流時(shí)以電場(chǎng)為主，可只考慮電場(chǎng)屏蔽；低壓大電流時(shí)以磁場(chǎng)為主，可只考慮磁場(chǎng)屏蔽。隨輻射頻率的不斷增高，電磁輻射能力增強(qiáng)，產(chǎn)生輻射的電磁場(chǎng)逐漸變?yōu)檫h(yuǎn)場(chǎng)，遠(yuǎn)場(chǎng)中的電場(chǎng)、磁場(chǎng)均不能忽略，需要對(duì)電場(chǎng)與磁場(chǎng)同時(shí)進(jìn)行屏蔽。

因此在設(shè)計(jì)和開發(fā)電磁輻射防護(hù)織物的同時(shí)，應(yīng)考慮輻射源的類型，使得所設(shè)計(jì)的防護(hù)織物適應(yīng)所要屏蔽的輻射源，進(jìn)而達(dá)到很好的屏蔽效果。

3.2 輻射源與防護(hù)織物的距離

織物防電磁輻射屏蔽效能的大小與織物到輻射源距離的遠(yuǎn)近有關(guān)。日常生活中人們離輻射源的距離可以從幾厘米到幾米，可將電磁輻射場(chǎng)區(qū)分為近區(qū)場(chǎng)和遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)可兩種。設(shè)電磁輻射源波長(zhǎng)為λ，當(dāng)屏蔽體與輻射源的距離r＞ λ/2π時(shí)為遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)，r＜λ/2π時(shí)為近區(qū)場(chǎng)。近區(qū)場(chǎng)與遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系、電磁場(chǎng)強(qiáng)度及其隨距離變化的程度都有一定的差異，因此在設(shè)計(jì)電磁輻射防護(hù)織物的時(shí)候，電磁波的近區(qū)場(chǎng)與遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)的概念十分有重要。在多數(shù)情況下防護(hù)織物與輻射源之間的距離通常較遠(yuǎn)，處于遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)范圍內(nèi)，主要考慮防護(hù)織物對(duì)平面波的屏蔽效能。

3.3 電磁屏蔽技術(shù)

通過對(duì)電磁輻射防護(hù)織物的研究，目前具有代表性的技術(shù)主要包括：鍍膜織物涂覆導(dǎo)電涂料織物、粘貼金屬箔織物、導(dǎo)電纖維混紡織物、多離子織物、防輻射纖維織物等等。相同條件下，不同屏蔽技術(shù)制成的屏蔽織物具有不同的屏蔽效能。

3.4 織物的組織結(jié)構(gòu)和緊度

不同組織結(jié)構(gòu)和緊度的防電磁輻射織物具有不同的屏蔽效能。功能纖維在織物中的比重相同的情況下，平紋組織的屏蔽效能比斜紋組織大，而斜紋組織的屏蔽效能比緞紋組織大。此外斜紋的紋向?qū)椢锲帘涡艿挠绊懸草^大，假如在其他條件相同的情況下，三上一下斜紋組織的屏蔽效能則略差于二上一下斜紋組織的屏蔽效能。

分析其原因是當(dāng)電磁波輻射到織物上時(shí)，如果織物中的縫隙孔洞多而大，則透過織物的電磁波就多，其屏蔽效能就越差。眾所周知，在其他條件相同的情況下平紋組織織物的結(jié)構(gòu)最緊密，形成的縫隙孔洞最少最小，因此該組織織物的屏蔽效能最好。相比之下斜紋組織織物的屏蔽效能次之，緞紋組織織物的結(jié)構(gòu)最疏松，其屏蔽效能最差。

3.5 織物厚度

織物組織結(jié)構(gòu)的差異及紗線支數(shù)的不同，導(dǎo)致織物的厚度不同，而厚度的不同則對(duì)織物的屏蔽效能產(chǎn)生影響。主要是由于電磁波在進(jìn)入厚度厚的屏蔽織物后，由于在內(nèi)部各界面發(fā)生更多的內(nèi)部多次反射，從而損耗了更多的電磁波能量。所以織物的厚度對(duì)其屏蔽效能有較大的影響。

3.6 經(jīng)緯向紗線的差異及紗線結(jié)構(gòu)

經(jīng)緯向均有防電磁輻射纖維織物的屏蔽效能優(yōu)于只緯向有防電磁輻射纖維織物的屏蔽效能。主要是由于雙向均有防電磁輻射纖維且交點(diǎn)相接織物形成了一個(gè)良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而能夠更好地阻擋電磁波且破壞其輻射頻率，從而達(dá)到很好的屏蔽作用。

相同條件下鍍銀長(zhǎng)絲試樣的屏蔽效能大于對(duì)應(yīng)的賽絡(luò)菲爾紗的屏蔽效能。分析其原因?yàn)橄嗤L(zhǎng)度的鍍銀長(zhǎng)絲及賽絡(luò)菲爾紗相比，賽絡(luò)菲爾紗中鍍銀長(zhǎng)絲的長(zhǎng)度比單純的鍍銀長(zhǎng)絲的長(zhǎng)度長(zhǎng)，電阻大，屏蔽效能小。此外，相同條件下由于鍍銀長(zhǎng)絲在試樣中形成的導(dǎo)電網(wǎng)的孔或縫隙較賽絡(luò)菲爾紗的小，使得鍍銀長(zhǎng)絲試樣的屏蔽效能好于賽絡(luò)菲爾紗試樣的屏蔽效能。

總之，影響電磁輻射防護(hù)織物屏蔽效能的因素諸多。這就要求在開發(fā)和設(shè)計(jì)屏蔽織物時(shí)，首先要根據(jù)其用途選用防電磁輻射性能強(qiáng)的纖維及織物組織結(jié)構(gòu)，然后再結(jié)合屏蔽劑處理，使屏蔽效果達(dá)到最佳要求，最終滿足不同輻射環(huán)境的需求。

[1]郭 鷂.電磁輻射對(duì)神經(jīng)內(nèi)分泌和免疫系統(tǒng)的影響.疾病控制雜志，2004(2):3-15.

[2]朱 平.功能纖維及功能紡織品.北京：中國(guó)紡織出版社，2006:154-166.

[3]賈華明，齊 魯.防輻射纖維及其織物的研究進(jìn)展.合成纖維工業(yè)，2005,28(5):30-33.

[4]汪秀琛.織物防電磁輻射性能的影響因素分析.棉紡織技術(shù)，2004,32(9):539-540.

Discussion on electromagnetic radiation - proof textiles and its shielding effectiveness

HE Yu-jie
(Tangshan University Fashion Design Academy, Hebei Tangshan 064000,China)

In this paper, the harm of electromagnetic radiation is analyzed. The development of shielding fabric and the research progress of functional fiber development of shielding fabric are introduced. The research status of anti-electromagnetic radiation fabric is analyzed. The radiation source type, radiation source and The distance between the protective fabric, the electromagnetic shielding technology, the structure and tightness of the fabric, the thickness of the fabric, the differences between the warp and weft yarns and the yarn structure on the shielding effectiveness of the electromagnetic shielding fabric, the anti-electromagnetic radiation fabric Research and development.

electromagnetic radiation damage; anti - electromagnetic radiation textiles,;functional finishing, functional fibers; shielding effectiveness influencing factors

TS102

A

投稿日期：2017-03-29

張麗娟（1982—），女，籍貫：河北唐山，職稱：講師，研究方向：服裝材料與工程。