电磁屏蔽织物的相关知识总结

电磁屏蔽织物的相关知识总结1.技术简介1.1电磁辐射屏蔽服的概念电磁辐射屏蔽服又称防辐射服，采用金属纤维与纺织纤维混织，制造工艺较为复杂。市面上的防辐射服多为民用，受众以孕期女性、特殊职业者为主。防辐射服最早应用于美国军工，民用防辐射服产业于上世纪90年代末起源于中国，经历了十几年发展涌现了一批优秀品牌，行业的发展也日趋成熟，面料科技及纺织技术逐年进步。市面上的防辐射面料品种很多，有镀膜型，多离子型，金属纤维型等。在防辐射效果，穿着舒适性、透气性，耐水洗方面有很多区别。1.2电磁辐射屏蔽服的现状及发展趋势电磁辐射屏蔽织物的发展现状随着电子技术的快速发展，人们生产和生活中使用的电子产品和设备越来越多，而大多数的电子产品如微波炉、电冰箱、电热毯、计算机以及无线电、雷达等的发射装置都会不同程度地产生电磁辐射。电磁辐射不仅造成电子产品之间的相互干扰，而且还污染人类生存的空问，危害人类的健康，是一种“看不见、闻不到、摸不着”的污染，被称为“无形杀手”。为此，各个国家或国际组织先后制定了严格的防止电磁干扰的各种法规，以限制电子公害的发展，其中较著名的法规包括国际无线电抗干扰特别委员会颁布的CISPR国际标准和美国联邦通讯委员会的FCC规定。虽然电磁波传播的渗透能力极强，但优良的导电或导磁材料可以用来屏蔽电磁波辐射。从对电磁波屏蔽的机制可以把电磁屏蔽材料分为3种类型：反射型、反射吸收型和吸收型，按应用形式可分为表层导电型屏蔽材料、填充复合型屏蔽材料和金属化织物类屏蔽材料。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。如德国Holatary公司用Nomaxl不锈钢纤维(25％)混纺并和棉纱交织生产出射频防护服，在2MHz～10GHz范围内其屏蔽效能达60dB；俄罗斯的莫斯科纺织材料研究院开发出由极细的高含镍合金丝交织针织物制成的能够屏蔽电磁波的防护材料和防护装具，该织物对终端设备所发射的电磁波的屏蔽效能可达40dB；瑞士SwissShield公司与Spoerry公司采用非常细的镀银铜丝为芯，在铜丝外包覆上一层聚亚胺酯膜或一种特殊的银合金，然后在外层用专利纺纱技术包覆一层棉或聚酯纤维，开发出能提供有效电磁防护的薄型织物，屏蔽效能可达50dB；日本研制出的纳米级的导电纤维，仅有一个分子粗细，将该纤维与普通纤维混纺，不仅可达到理想的电磁屏蔽效果，而且丝毫不影响穿着性能。我国利昂高科技公司已成功推出多离子织物产品，织物经精纺加工柔软舒适、色泽均匀、除臭抗菌性强，耐洗、耐磨、使用寿命长，电磁屏蔽衰减值达到99.4％，有效防止了电磁波对人体的危害：上海华天电磁波防护材料有限公司研制开发的HTCU特种纤维是金属正离子在纤维表层、中层和局部深层成膜的有机导电型纤维，具有较强的电磁波屏蔽功能；浙江三元电子科技有限公司开发的化学镀铜、电镀镍涤纶织物，采用自主研发的配位自组装钯活化工艺，先在经活化的织物上化学镀铜，然后再电镀一层镍，屏蔽效能可达75dB，且镀层牢度好，生产成本低。目前，国内生产电磁屏蔽织物材料的企业多数采用化学镀、电镀工艺，制备的电磁屏蔽织物多以反射损耗为主。虽然屏蔽效能尚可，但这些工艺多采用大量的重金属材料，环境污染严重。对于金属纤维混纺技术，由于对设备和纺纱技术的要求较高，国内目前生产的产品屏蔽效能并不理想。国际上，如韩国Metaline、德国Schlegal、Shiedex、美、英跨国公司Laird和日本Seiren，这些公司技术力量雄厚，在电磁屏蔽材料行业已有多年的技术经验，产品的性能稳定，其采用的技术已从污染严重的电镀或化学镀工艺向环保的技术工艺发展，如采用先进的等离子技术、超临界技术等，同时也有部分公司采用先进的编织技术、混纺技术织造电磁屏蔽材料，产品档次高、性能稳定、生产效率高。与此同时，这些公司加大对吸波材料的研究，尤其是智能隐身材料的研究，部分先进的技术已应用到武器装备中，而国内对于智能型吸波材料的研究仍处于探索性阶段，技术力量相对薄弱，研究主要集中在概念及基础理论研究、机体智能材料及结构元件的研制等方面。对于新型多离子电磁屏蔽织物的研究开发，国内的技术相对薄弱，虽已有新产品面市，但价格昂贵。电磁屏蔽织物的发展趋势随电器产品越来越普遍，电磁辐射产生的问题也日益严重，探索高效电磁屏蔽材料尤其是柔性电磁屏蔽织物，防止电磁波引起的电磁干扰、电磁兼容及对人体的伤害，对提高电子产品、弹药、引信、精密电子武器设备等的安全可靠性及人身安全，确保信息通信系统、网络系统、传输系统、武器平台等的安全畅通及人身安全具有十分重要的意义。新型的电磁屏蔽织物材料将向吸波织物材料的方向发展，并且要求屏蔽织物材料具有“薄、轻、宽、强”的特性，同时需要建立相应的屏蔽理论、材料的表征参数及材料的设计机制。而采用纳米材料和纳米技术是未来电磁屏蔽织物材料最重要的发展方向，但该技术目前仍处于萌芽阶段，尚无可投产的产品。而采用金属纤维混纺方法制备的电磁屏蔽织物是充分开发现有材料性能潜力、增进材料吸波性能的一种有效方法。此外，对于混纺技术中金属纤维束不易牵伸、细纱的粗细节多、混合不均及断头效率高等问题，应进一步探索工艺，改善纺纱质量，提高生产效率及成品率。而随着电磁屏蔽织物材料需求的不断扩大，对电磁屏蔽织物的性能要求也越来越高，不仅要求织物材料具有抗宽频电磁屏蔽波辐射、耐候性、可热封、可折叠等优点，而且还希望织物具有穿着舒适、抗紫外线辐射、抗菌等功能。1.3电磁屏蔽织物的屏蔽原理电磁屏蔽是指以某种材料(导电或导磁材料)制成的屏蔽壳体(实体或非实体)将需要屏蔽的区域封闭起来，形成电磁隔离，即外来的辐射电磁场不能进入这个区域(或进出该区域的电磁能量将受到很大的衰减)。电磁屏蔽的作用原理是利用屏蔽体对电磁能流的反射、吸收和引导作用。其屏蔽效能可表示成：SE=A+R+B式中A为吸收损耗，R为反射损耗，B为多次反射损耗1.4电磁波屏蔽织物的种类、特性、制备方法、应用领域以及未来的发展趋势电磁波屏蔽织物既具有良好的导电性能，又能保持织物原有的某些特性，因而可以进行粘接、缝制，易于制成不同的几何形状(如导电泡棉、导电胶带)对辐射源进行屏蔽，而且还可以缝制成屏蔽服、屏蔽帽等使工作人员免受电磁波的辐射，是理想的电磁屏蔽材料。按照生产制备技术的不同，电磁波屏蔽织物主要包含以下几种。（一）金属丝和服用纱线的混编织物金属丝和服用纱线的混编织物是最早使用的电磁波屏蔽织物。金属丝主要由铜、镍和不锈钢及它们的合金制造，特殊场合还采用银丝或铅丝。防护效果尚可，但手感较硬，又厚又重，服用性能较差。为了改善服用性能，选用最细的金属丝，并且在织物结构上进行改进，除了采用平纹、斜纹之外，还运用锻纹。后来，还把金属丝轧成扁状，同纱(线)并绕，以提高柔性和弹性，减少服压感。虽然比以前有了较大的改进，但始终不能彻底改观它的服用性能。这种屏波织物，主要用作带电作业服、电磁辐射防护服、保密室墙布和窗帘、精密仪器屏蔽罩和活动式屏蔽帐等。（二）金属纤维混纺织物为了进一步改善电磁屏蔽织物的服用性，把金属丝拉成纤维状，再同服用纤维混纺，织成混纺织物。所选用的金属纤维主要是镍纤维和不锈钢纤维，纤维直径可为2p,m至10p,m。金属纤维的主要特点为：屏蔽效果良好、耐高温、高强度、柔软，但弹性差、摩擦大、抱合力弱，不适合于高支纱的纺织。在一般情况下，金属纤维的混合比例在15%～30%之间。如有特殊要求，还可以低于15%或高于30%，直到金属纤维纯纺。王绍斌等人对不锈钢金属纤维混纺织物的防微波辐射性能的研究结果显示：随金属纤维含量的增加，混纺织物的微波屏蔽性能增加，屏蔽性能可达到15～40dB;根据电磁波屏蔽理论，表面反射损耗与电磁波频率成反比，而混纺织物的电磁屏蔽效果主要依靠对电磁波的反射作用，屏蔽性能随着电磁波频率的增加而有所下降;另外织物编织紧度和编织方法(如平纹、斜纹或锻纹)等也会对屏蔽性能有较大的影响。这种电磁屏蔽织物，主要用作带电作业服、高压静电防护服、抗静电服、电磁辐射防护服、防伪装置、隐形材料、保密室的墙布与窗帘、电缆屏蔽布等。（三）共混纺丝法将具有电磁屏蔽功能的无机粒子或粉末与普通纤维切片共混后进行纺丝，可制备具有良好导电性和铁电性的纤维，又使纤维不失去原有的强度、延伸性、耐洗性和耐磨性。共混法制得的材料具有成本低、寿命长、可靠性高等优点，但屏蔽性能不高，特别是高频时屏蔽性能会下降。而增加填料的用量将损失材料的机械性能。因而对于电磁屏蔽纤维的共混纺丝法的研究将致力于改善填料性能、优化填料排列方式，以达到屏蔽性能、机械性能、工艺性能的和谐统一。（四）真空镀金属织物采用真空镀(物理气相沉积)金属技术制备金属织物主要包含2种，一种是先将金属镀在涤纶薄膜上，再切成丝，镶嵌在织物内;另一种是直接把金属镀覆在织物上，在表面再涂上树脂。有的还在树脂内添加各种色料，增加色彩，改变以往单一银白色的基调。这种真空镀技术镀覆的金属层的厚度一般在31xm以下，屏蔽效果有限，而且结合力较差，金属很容易脱落，至今在电磁屏蔽领域内还没有得到广泛的应用。（五）金属涂层织物采用已很成熟的涂层技术，把导电磁性物质渗入到涂层浆内，使改良的织物获得对电磁波的屏蔽能力。所选用的导电磁性物质主要有：银粉、铜粉、铁粉和石墨粉等。其主要特点是：屏蔽效能一般、不透气、手感差等，因此，至今还未得到广泛应用。（六）硫化铜织物硫化铜织物是利用聚丙烯腈纤维大分子链上的氰基和铜盐，借助还原剂、硫化剂等，发生螯合而形成的，主要是银、铜、锡等金属的硫化物和碘化物，属于具有P型半导体性质的导电体。织物的导电性随着温度的升高反而降低。硫化铜织物的导电性和电磁屏蔽性能一般，主要应用于抗静电，另还具有抗菌、消臭的功能。（七）化学镀金属织物1)化学镀银织物化学镀银织物是利用“银镜反应”的原理，用甲醛或还原糖与银氨络盐发生氧化还原反应，在织物表面沉积一层白银。化学镀银不是自催化反应，1次施镀仅能镀一薄层，为了达到屏蔽性能要求和表面平整，可多次施镀。化学镀银织物的主要特点是屏蔽效能非常好，而且质地轻柔、透气抗菌、耐腐蚀，曾经在20世纪七八十年代被广泛用于电磁辐射防护领域。2)化学镀铜织物由于白银资源紧缺，价格昂贵限制了化学镀银织物的发展应用。2O世纪8O年代以来，国内外为了实现以化学镀铜(镍)织物代替镀银织物作了大量的研究工作。化学镀铜是一个自催化反应，在织物表面能获得纯的金属铜层，可以利用反应的速度和时间，来控制铜层的厚度和性能。与化学镀银相比，化学镀铜工艺较为复杂，织物化学镀铜前需进行去油、粗化、敏化和活化等前处理工序。化学镀铜主要采用甲醛作还原剂、EDTA作络合剂，pH均在l2以上，镀液的稳定性和甲醛挥发蒸气的毒性是其主要的问题。另外，也有采用次磷酸钠作还原剂的镀液，pH在9.0～10.0之间，其反应速度比使用甲醛作还原剂的镀液低很多，现在还很少应用于工业化生产。EGHan等人采用化学镀铜方法制备的镀铜织物屏蔽效能在IOOMHz～1.8GHz频率范围内可达到35～68dB。该类织物的主要特点是屏蔽电场效能很好、质地轻柔、透气性好、价格低廉，但很容易被氧化腐蚀失效、屏蔽磁场能力不强。3)化学镀镍织物化学镀镍与化学镀铜一样，之前需进行去油、粗化、敏化和活化等前处理工序。在织物表面化学镀镍所获得的不是纯金属镍层，而是镍磷合金，其中磷的含量约为3%～12%。碱性化学镀镍溶液多获得低磷镀层，而酸性镀液多获得中、高磷镀层。与化学镀铜技术相比，化学镀镍技术更为成熟，但也要严格控制镍离子和还原剂的浓度比例、络合剂的浓度、pH值、反应温度、稳定剂添加量等参数才能保证镀层的质量和镀液的稳定。国内外许多学者对化学镀镍织物的制备方法和性能进行了大量研究，研究结果显示，织物上金属的重量以及镀层内的磷含量决定了镀镍织物的表面电阻和电磁屏蔽性能，镀镍织物的电磁屏蔽性能较低，在100MHz～1.8GHz频率范围内均不超过40dB。这类