電磁屏蔽織物分類、生產(chǎn)及展望

張仁樂，何衛(wèi)星，華 東，周建平，徐 晶，張曉靜

（1.江蘇蘇豪紡織集團有限公司，江蘇 南京 210012；2.江蘇省紡織研究所股份有限公司，江蘇 南京 214024）

電磁屏蔽織物從開發(fā)應(yīng)用至今已有30多年的歷史，從軍事用、工業(yè)用到民用都有涉及，比如軍用偽裝網(wǎng)、軍用帳篷、電子儀器材料、帶電作業(yè)服面料、電磁環(huán)境防輻射工作服面料，還有目前普遍使用的防電磁波輻射孕婦裝和青少年馬夾等。各類織物的設(shè)計原理大致相同，都是利用屏蔽體阻止電磁波在空間傳播，提高電子系統(tǒng)及電子設(shè)備的電磁兼容性，同時避免電磁波危害人體健康。

1 電磁屏蔽織物的屏蔽原理

防電磁波輻射的原理包括兩個方面：一是利用材料的導(dǎo)電性，提高對電磁波的反射率；二是利用材料的磁性，提高對電磁波的吸收率。目前，電磁屏蔽織物的設(shè)計原理主要是利用材料的導(dǎo)電性，將織物的表面金屬化，形成金屬導(dǎo)電層；或是先制成導(dǎo)電長絲及導(dǎo)電紗線，再織成織物，使織物內(nèi)部形成金屬導(dǎo)電網(wǎng)。當電磁波傳播到織物表面時，通過織物表面的反射衰減、織物內(nèi)部的多次反射衰減、織物內(nèi)部的吸收衰減這3種機理，阻擋電磁波的侵害。由圖1可見，電磁屏蔽機理主要取決于織物表面的反射衰減[1]。

圖1 電磁屏蔽織物對電磁波傳播的阻擋原理

2 電磁屏蔽織物的分類

2.1 根據(jù)電磁屏蔽原理分類

根據(jù)電磁屏蔽原理，主要可分為反射型織物、反射吸收型織物和吸收型織物，分類由所用屏蔽材料介質(zhì)決定。

2.2 根據(jù)功能性材料分類

（1）金屬化織物：在基質(zhì)材料上直接鍍上高導(dǎo)電金屬層。

（2）金屬纖維混紡織物：將金屬纖維與普通紡織纖維混紡成導(dǎo)電紗，然后織造成織物。

（3）螯合型腈綸基銅離子織物（多離子織物）：利用腈綸纖維氰基的活性，通過化學(xué)反應(yīng)，與銅離子形成螯合物，賦予其導(dǎo)電性。

3 金屬化織物生產(chǎn)方法

3.1 化學(xué)鍍（濕法）

化學(xué)鍍是利用還原劑將溶液中的金屬離子還原，在呈催化活性的物體表面形成金屬鍍層。

3.1.1 鍍銀纖維長絲織物生產(chǎn)

鍍銀纖維長絲織物主要采用如下方法生產(chǎn)：（1）錦綸長絲→經(jīng)編織物→表面粗化處理→化學(xué)鍍銀→全銀織物；（2）錦綸長絲→緯編織物→表面粗化處理→化學(xué)鍍銀→絡(luò)筒→檢驗→包裝→鍍銀纖維長絲。

梭織物的生產(chǎn)方式：鍍銀纖維長絲、普通紡織長絲或紗線→（加捻）→絡(luò)筒→整經(jīng)→（漿紗）→穿綜→上機→打緯→落布→檢驗→修布→復(fù)檢→打包→坯布→后整理→鍍銀纖維交織梭織物。針織物的生產(chǎn)方式：鍍銀纖維長絲、普通紡織長絲或紗線→圓機織造→落布→檢驗→坯布→后整理→鍍銀纖維交織針織物。

鍍銀纖維梭織物和針織物以交織織物為主，用于交織的普通纖維有滌綸、錦綸、真絲；普通紗線有棉紗、滌棉紗、莫代爾紗、竹纖維紗等[2]。

3.1.2 織物金屬化生產(chǎn)

生產(chǎn)工藝：織物粗化→敏化→活化→強化→化學(xué)鍍→水洗→軋樹脂→烘干→導(dǎo)電布。

將織物先進行粗化處理，用化學(xué)方法對織物的表面進行刻蝕，形成無數(shù)凹槽微孔，造成表面微觀粗糙，以增加基體表面積，確保化學(xué)鍍所需要的“鎖扣效應(yīng)”，進而提高鍍層與基體的結(jié)合強度，將粗化處理的織物置于金屬鹽水溶液中，添加還原劑，通過化學(xué)反應(yīng)，使金屬離子還原成原子或分子，沉積在織物表面，形成金屬鍍膜。鍍層金屬包括鍍銅、鍍銀、鍍鎳，多元化學(xué)鍍織物性能優(yōu)于單層化學(xué)鍍織物。

3.2 濺鍍法（干法）

濺鍍法是利用多耙磁控濺射技術(shù)對織物進行濺鍍，直接在織物表面形成金屬鍍層。

3.2.1 鍍銀紗線織物生產(chǎn)

鍍銀紗線采用濺鍍法生產(chǎn)，目前主要用于抗菌織物。生產(chǎn)工藝：紗線絡(luò)筒→整經(jīng)→漿紗→穿綜→上機→打緯→落布→檢驗→修布→復(fù)檢→打包→坯布→后整理→成布。

3.2.2 織物金屬化生產(chǎn)

首先，對織物進行等離子前處理，改變織物的表面形態(tài)，除去基布表面的污物與異物，同時對基布表面產(chǎn)生侵入粗化作用，極大地提高了基布與金屬間的結(jié)合力，確保鍍膜致密、均勻，提高屏蔽效能。其次，對織物進行濺鍍，直接在織物表面形成金屬化結(jié)構(gòu)。方法如下：電子在電場作用下加速飛向基底材料的過程中，與氬原子發(fā)生碰撞，電離出大量的氬離子和電子。氬離子在電場的作用下，加速轟擊靶材，濺射出大量的靶材原料，包括銀、鎳、銅等，呈中性的靶原子或分子沉積在基體材料上形成金屬鍍膜。

3.3 真空沉積法

在真空環(huán)境下，任何一種金屬或非金屬的熔點和沸點都比在大氣壓下要低得多。在真空和高溫環(huán)境中，金屬熔化、蒸發(fā)，加上真空環(huán)境中殘留的氣體分子極少，金屬的氧化程度和分子之間的碰撞都非常小，當被熔化的金屬溫度升至沸點時，金屬便大量地蒸發(fā)并向周圍飛濺，飛濺的金屬分子遇到織物表面就會被吸收沉積，并凝結(jié)成膜，最終形成金屬鍍膜。

3.4 電鍍

電鍍是在金屬鹽的水溶液中，將欲鍍的金屬作陽極、織物作陰極，通上直流電，在織物表面沉積金屬的鍍覆方法。

3.5 復(fù)合鍍層法

復(fù)合鍍層法是由化學(xué)鍍與電鍍結(jié)合、真空鍍與電鍍結(jié)合、多耙磁控濺射鍍再復(fù)合鍍等。

目前，工業(yè)上常用的生產(chǎn)方法有化學(xué)鍍、濺鍍、電鍍和復(fù)合鍍。

4 金屬纖維混紡織物生產(chǎn)方法

金屬纖維混紡織物目前應(yīng)用最為廣泛，其生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)在于紡紗工藝。

4.1 紗線的制備

（1）原棉→開清棉聯(lián)合機→梳棉機→（棉條）；（2）滌綸→開清棉聯(lián)合機→梳棉機→（滌綸條）；（3）棉條、滌綸條、不銹鋼纖維牽切條→頭道混并→二道混并→三道混并→粗紗→細紗→絡(luò)筒→不銹鋼纖維混紡紗。

紗線品種包括滌/棉/不銹鋼纖維紗、滌/不銹鋼纖維紗、棉/不銹鋼纖維紗、莫代爾/不銹鋼纖維紗、竹纖維/不銹鋼纖維紗等。不銹鋼纖維質(zhì)量分數(shù)一般在15%~30%，根據(jù)需要，也可以適當選擇。常用的不銹鋼纖維質(zhì)量分數(shù)有15%、20%、25%、28%、30%。不銹鋼纖維直徑為4~12 μm，服裝用不銹鋼纖維直徑為6~8 μm。

4.2 織物的生產(chǎn)

4.2.1 梭織物（匹染產(chǎn)品）的生產(chǎn)工藝

（1）織造：不銹鋼纖維混紡紗（及/或普通紡織紗線）→絡(luò)筒→整經(jīng)→漿紗→穿綜→上機→打緯→落布→檢驗→修布→復(fù)檢→打包→坯布。

（2）染色：翻布→縫頭→燒毛→退漿→煮練→絲光→清洗→預(yù)定型→染色→烘干→柔軟定型→檢驗→成卷→成布。

4.2.2 針織物的生產(chǎn)工藝

（1）不銹鋼纖維混紡紗（及/或普通紡織紗線）→絡(luò)筒→圓機織造→落布→檢驗→染色→后整理→成布。

不銹鋼纖維混紡織物可以是全織織物，也可以是交織織物。交織的普通紗線有棉紗、滌棉紗、莫代爾紗、竹纖維紗等。

4.3 螯合型腈綸基銅離子織物

基質(zhì)材料為腈綸短纖維、腈綸紗線、滌/腈紗線。利用聚丙烯腈大分子上氰基（—CN）的化學(xué)活性，與過渡金屬離子配位，發(fā)生螯合作用形成螯合物。導(dǎo)電腈綸紗的導(dǎo)電成分為Cu9S5，這是一種具有P型半導(dǎo)體性質(zhì)的導(dǎo)電成分。腈綸短纖維純紡或混紡成紗線，采用這些紗線織成梭織物或者針織物，全織與交織皆可?？椢锷a(chǎn)工藝同金屬纖維混紡織物。

5 結(jié)論與展望

隨著電子工業(yè)的迅速發(fā)展、科技的進步以及人們生活水平的提高和環(huán)保意識的增強，電磁屏蔽織物的需求量必將持續(xù)增加，30年的發(fā)展充分證明了這一點。21世紀是計算機、手機、微波技術(shù)、藍牙技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速發(fā)展的時期，更是電磁輻射污染嚴重的時代。因此，進一步研究和開發(fā)新型防電磁波輻射織物、適應(yīng)飛速發(fā)展的電氣時代的需求，具有良好的社會意義和應(yīng)用前景。

對于不同的特種工業(yè)電磁輻射環(huán)境，開發(fā)相應(yīng)的多功能電磁屏蔽織物極為重要。主要包括以下方面：（1）用于軍用偽裝網(wǎng)、屏蔽炮衣、軍用帳篷、雷達兵防護服等軍需用品，可結(jié)合迷彩隱身和雷達隱身功能開發(fā)新品面料；（2）用于野外作業(yè)防輻射工作服，可結(jié)合防水透濕、防風(fēng)耐寒、防紫外線功能開發(fā)新品面料；（3）用于發(fā)電廠、高壓輸送線路、消防、冶金、鋼鐵、焊接等特種場所的工作服，可結(jié)合耐高溫、阻燃、隔熱功能開發(fā)新品面料；（4）用于電子元器件生產(chǎn)檢測、計算機房、通信發(fā)射系統(tǒng)等高純度環(huán)境要求下的工作服，可結(jié)合高密度無塵服的要求開發(fā)新品面料；（5）用于阻擋手機、電腦以及其他家用電器的電磁波輻射的民用防輻射服，可結(jié)合柔軟、透氣、抗菌、涼爽、保潔及美觀大方等服裝要求來開發(fā)新品面料。總之，防護服必須朝多功能化、復(fù)合化、系統(tǒng)化方向發(fā)展。

廣播站、電視塔、通信臺站、高壓電線、變電所及雷達試驗基地附近的居民（特別是孕婦、兒童等敏感人群），除了需要穿著防電磁波輻射的服裝外，還應(yīng)考慮加設(shè)防電磁波輻射窗簾，尤其是戴心臟起搏器的人員以及有金屬移植件的人員，都應(yīng)長期穿著防電磁波輻射服裝。

目前，市場上的電磁屏蔽織物有3類：金屬化織物（鍍銅、鎳、銀等）、金屬纖維織物（主要為不銹鋼纖維混紡織物）、螯合型腈綸基銅離子織物，這3種類型的電磁屏蔽織物具有極高的導(dǎo)電性、良好的電磁屏蔽功能和優(yōu)良的抗菌性能。但這些防電磁波輻射的織物多為反射型（螯合型腈綸基銅離子織物是吸收型），易產(chǎn)生二次污染。因此，利用納米吸波材料，兼具導(dǎo)電導(dǎo)磁功能，開發(fā)高吸收型防電磁波輻射織物是發(fā)展方向。目前，電磁屏蔽新產(chǎn)品材料包括碳纖維連續(xù)鍍鎳生產(chǎn)工藝及復(fù)合材料、陶瓷電鍍銅鎳的不燃導(dǎo)電屏蔽布，這些都可工業(yè)化生產(chǎn)。

此外，要想提高織物的內(nèi)在質(zhì)量，需解決不銹鋼混紡織物刺癢、布面纖維屑和鍍銀纖維織物易氧化變色等問題，開發(fā)出更多更好的面料及服飾，開拓市場，加強服裝款式之間的配合和服裝的包裹性[3]，消除駐波現(xiàn)象，然后加強宣傳，引領(lǐng)市場，帶動電磁屏蔽織物的銷量穩(wěn)步提升。通過加強防電磁波輻射行業(yè)協(xié)會的引領(lǐng)作用和防電磁波輻射標準委員會對織物及其服裝的質(zhì)量標準化，促進防電磁波輻射行業(yè)的發(fā)展，推廣研究成果并開發(fā)新市場，發(fā)展前景良好。