电磁辐射防护织物发展现状

电磁辐射防护织物发展现状

徐　晶,徐先林

(天津工业大学,天津300160)

摘　要:介绍了电磁辐射防护织物的作用原理,综述了其各种制备方法,简要介绍了电磁辐射防护织物的国内外研发现状。

关键词:电磁辐射;电磁屏蔽织物;防电磁辐射纤维;现状中图分类号:TS19515 文献标识码:A

文章编号:1673-0356(2009)03-0025-02

收稿日期:2009203223;修回日期:2009204220作者简介:徐　晶(19842),女,江苏扬州人,在读硕士研究生,主要研究方

向:壳聚糖抗菌织物。

近年来随着广播、电视、通信及电力事业的迅速发展,已使整个生物界沉浸在电磁辐射中。电磁辐射成为了继空气污染、水污染和噪声污染后的第4种污染源。人类长期暴露在电磁辐射环境中,身体会受到不同程度的伤害[1]。中国环保标准已正式颁布了有害电磁波的环境允许能量强度[2]。为了保护人体不受或尽量减少电磁辐射的危害,人们正积极研制有效的防护材料进行个体防护,电磁辐射防护织物便应运而生。

1　电磁辐射防护织物的作用机理

如图1所示,电磁辐射防护织物的基本原理主要是基于电磁波穿过防电磁辐射织物时,产生波反射、波吸收和电磁波在织物内的多次反射,导致电磁波能量衰减[3]。因此电磁辐射防护织物的屏蔽效能要具有导电性和导磁性。导电性使织物受到外界电磁波作用时产生感应电流和感应磁场的方向同外界电磁场的方向相反,从而与外界电磁场相抵消,达到对外界电磁场的屏蔽效果。较强的导磁性能有效地起到消磁作用,使电磁能转化为其他形式的能量,由此达到吸收电磁辐射的目的[4]

。

图1　防电磁辐射服对入射电磁波的衰减

通常屏蔽材料对空间某点的屏蔽效果用屏蔽效能S E

(Shielding Effectiveness )表示,单位为dB 。电磁波通过屏蔽材料的总屏蔽效果可按下式计算[5]:

S E =A +B +R

(1)

式中　S E ———电磁屏蔽效果;R ———表面单次反射衰减;

A ———吸收衰减;

B ———内部多次反射衰减(只在A <15dB 的

情况下才有意义)。

根据实用需要,对于大多数电子产品的屏蔽材料,在30～

1000M Hz 频率范围内其S E 至少达到35dB 以上,才认为是有

效屏蔽[6]。

好的屏蔽材料反射大部分入射波而吸收其很少一部分。银、铜、铝等是极好的电导体,相对电导率σr 大,电磁屏蔽效果以反射损耗为主;而铁和铁镍合金等属于高磁导率材料,相对磁导率μr 大,电磁屏蔽衰减以吸收损耗为主[7]。

2　电磁辐射防护织物的制备方法

211　防电磁辐射纤维与基体纤维混纺织

将导电纤维与常规纺织纤维混纺成纱,然后采用机织或针织工艺生产出具有优良电磁屏蔽功能的织物[8],是最灵活、有效的加工方法。该法可使织物的导电率提高数个数量级[9],且织物具有较好的服用性能。例如金属纤维与棉混纺织物的电磁辐射屏蔽衰减可以达到99%以上。利用纤维导电性反射电磁波,当电磁波辐射在织物上时,织物中均匀分布的防辐射纤维成为导电介质而将部分电磁波反射回去,减少了电磁波的透过量;因此随着织物中金属含量的增多反射能力越强,透过量越小,屏蔽作用也越好。用这种方式织造出的屏蔽织物主要用做带电作业服、电磁辐射防护服、保密室墙布和窗帘等。导电纤维可与其他纤维以混纤、混纺、交捻、交编、交织等方式混用[10]。防电磁辐射纤维的种类很多,可根据不同频率屏蔽要求选择不同的防电磁辐射纤维。

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复合型高分子导电纤维

以高分子材料为主体,加入多种纳米级的导电物质(如炭黑、石墨、金属微粉、金属氧化物等)纺丝而成。功能性纳米粉体尺寸小,在高温纺丝时热稳定性好,制得的纤维具有良好导电性和铁电性,且纤维不失去原有的强度、延伸性、耐洗性和耐磨性。所制得的材料具有成本低、寿命长、可靠性高等优点[11]。美国开发的镀镍石墨纤维型屏蔽材料,在ABS 树脂中填充20%

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纺织科技进展

(体积)、直径为7μm的镀镍石墨纤维,在1000M Hz时S E值高达80dB。日本推出的黄铜纤维填充型屏蔽材料,当填充率为10%(体积)时,基体电阻率小于10-2Ω・cm,屏蔽效果可达60 dB[7]。

21112金属纤维

金属丝是最早具有电磁辐射防护功能的纤维,目前仍然是主要原料,主要有金属箔与有机纤维复合丝、金属化纤维、纯金属纤维3类。

(1)金属箔与有机纤维复合丝　如我国军用81型伪装网,在基础布中夹织有铝涤复合丝,并通过合理设计,成网后不仅能有效预防雷达侦察,而且耐受恶劣气候条件性好。

(2)金属化纤维　用镍、铜等金属覆盖在合成纤维上,沉积0.02～2.5μm的金属层,形成表面金属化纤维,并用丙烯酸类等树脂作保护膜。日本称其为金属化纤维。金属化纤维经纺织加工成屏蔽布,对1×106～3×1010Hz高频电磁波的屏蔽率可达99.90%～99.99%。日本钟纺公司在1998年应用美国SAVQVOIT公司生产的镀银尼龙丝(含银率30%)与其他短纤维进行复合纺纱,其制品可以阻断96%以上的电磁波,适用于受电磁波辐射较强环境下工作的人和心脏起搏器使用者[7]。涂覆金属盐的纤维,采用金属络合物处理聚合物纤维,降低比电阻[12]。鲍红权等[13]用化学镀的方法制备了玻纤/Ni、玻纤/Cu 和玻纤/Cu/Ni2Cu2P3种导电玻璃纤维,研究表明制备的镀镍、镀铜纤维都具有较好的导电性能。采用双镀层结构的玻纤/Cu/ Ni2Cu2P导电玻璃纤维,把Cu的高导电性和Ni2Cu2P镀层优良的抗氧化及耐热稳定性结合起来,制备出导电性好、抗氧化及耐热稳定性也较好的镀金属玻璃纤维导电填料,屏蔽效果在500 M Hz时可达50～60dB。

(3)纯金属纤维　具有本质意义的金属纤维是全部采用金属材料制成的纤维,如采用铅、铜、铝、不锈钢等材料制成的纤维。金属纤维具有最高的导电率,优良的耐热、耐化学腐蚀性,其柔软性、纤度也能接近一般纤维。采用99.9%纯度的镍制成8μm左右的镍纤维,可与棉、麻、丝、毛及多种化纤混纺,其产品除了有防电磁波辐射危害外,还具有抑制典型病菌,做到了人体调理和人体防护的有机结合。其他一些延展性较好的金属也可制做成纺织用纤维材料,如金、银等金属,但使用范围较小[13～14]。

由于金属纤维表面摩擦系数大和比重大,抗弯刚度、弹性回复率差,抱合力较小,导致其可纺性差。与其他纤维混纺、交织难以匀化;梳理时易打结,纺细号纱有困难;织物水洗后易起皱,且难以熨烫平整,影响织物风格。由于金属纤维不能上色,露在纱表面的部分会影响织物的外观,特别是对浅色织物的影响更大,限制了它在纺织加工中的应用。目前采用拉夹法来牵切不锈钢纤维丝束,以改善金属纤维的可纺性[15]。

21113结构型导电聚合物纤维

以结构型导电聚合物作为成纤聚合物纺制的防电磁辐射纤维,如20世纪80年代初日本研制出的含Cu9S5导电腈纶。结构型导电聚合物是指不需要加入其他导电性物质而依靠成纤聚合物本身结构即具有导电性的物质。其导电性优良持久。但由于这类聚合物通常为不溶、不熔性物质,或由于分子量低,热、光稳定性差,加上加工成型困难,所以要广泛应用还需进一步研究[16]。

21114离子化纤维

离子化纤维是当今国际上最先进的第6代屏蔽电磁辐射材料,它是屏蔽低、中频电磁辐射的先进民用防护材料。通过低温等离子处理,连续进行表面沉积来实现纤维金属化。产品以吸收为主,通过离子加速运动使得电磁辐射能变成热能散发掉,从而避免二次污染,净化了空气。多离子织物柔软舒适,色泽均匀、耐洗等特点,由其制作的防护服不仅有防护性,同时具有优良服用性能[17]。

212　织物涂镀法

21211织物涂层

在涂层剂中加入已分散好的电磁波吸收剂或导电磁性物质,经涂层整理、热处理后就可在织物表面包覆一层具有电磁波屏蔽的薄膜。当涂层体积电阻率达10-1～10-3Ω・cm时,屏蔽效率可达到30dB以上,此时屏蔽的电磁波能达到95%以上。由于金属用量较少,所以该类产品的重量最轻,与普通纺织品非常接近[18]。但是,由于金属与纤维间的结合力较小,所以加工性差,屏蔽效能一般,不透气,手感差,产品通常颜色较为单一,涂层容易脱落,其屏蔽效果耐久性不佳,应用前景暗淡。

21212织物镀层

化学镀是将铜、镍等金属镀覆在织物上,在表面再涂上树脂,能获得均匀的镀层,不会大幅度地恶化纤维的其他良好性能。所以可采用一般纺织技术加工而成,但镀覆的金属层厚度一般在3μm以下,屏蔽效果有限,且结合力较差金属很容易脱落,存在金属离子污水,至今未得到广泛的应用[8]。

此外,还有一种多层织物中使用金属丝网夹层。该类产品比较笨重,服用性能差,已较少采用。

3　国内外现状

随着纺织、化学和材料科技的不断发展,在前期金属丝和普通纱线混编织物、金属纤维和基体纤维混纺织物及化学镀层织物中又新增添了多种新型电磁辐射防护织物。国内外通过改进纺纱工艺提高生产技术,相继开发出了多种防护织物以适应市场需要。例如,瑞士Swiss shield公司的电磁防护织物Swiss shield是用一种非常细的金属丝作芯纱,通过一种特殊的纺纱工艺将棉或涤纶等纤维包在外面,可反射99%的电磁辐射; Asahi Kasei公司将导电纤维交织到涤纶面料中,可以屏蔽97%甚至更高的电磁波,还具有良好的抗静电性能和微生物控制功能[19];日本住友公司在聚酯纤维上镀以铜、镍和铝3种金属合金,开发出了与单一金属层相比能更好保持原纤维的柔软性和手感的防电磁辐射纤维;日本大阪的Daiwabo公司推出了一种柔韧性好且能经受普通纺织加工的金属涂层纤维,该纤维是利用一种连带催化剂的化学镀层技术制得的[20]。(下转第33页)

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