电磁屏蔽织物的研究现状及开发趋势

褚 玲，赵其明

(五邑大学纺织服装学院 ，广东 江门 529020 )

引言

当今社会飞速发展，现代技术日新月异，人们时时刻刻都生活在电磁波的海洋之中，身体健康受到严重威胁，因此，研究开发电磁屏蔽绿色保健纺织品以保护人类健康，使人类不受电磁危害极为必要。电磁屏蔽织物主要用于制作电磁屏蔽服、包装袋、装饰材料等，防止电磁波对人体的危害，防止电磁辐射对仪器设备的干扰与破坏。电磁屏蔽织物相比其他电磁屏蔽材料来说，更贴近人们的生活，既满足人们日常生活的需要，又能起到防护的作用。本文主要阐述目前市场上常见的电磁屏蔽织物的种类、开发现状、应用状况，并介绍目前电磁屏蔽织物的开发趋势。

1 电磁屏蔽织物的研究现状

电磁屏蔽织物可采用不同的材料、不同的制作方法制作而成，目前市场上常见的有以下几种。

1.1 金属纤维混编混纺织物

这种电磁屏蔽织物是将金属纤维与普通纺织纤维混纺成纱，然后通过机织或针织工艺制成织物。所选用的金属纤维主要有不锈钢纤维和镍纤维，因为该纤维具有细微化、柔软化和良好的绕性，并有较好的机械性能、导电性能、耐腐蚀性、耐热性，在一定频率范围内对电磁波具有突出的反射性能，而且还能满足纺纱、织造、缝制等加工要求。

金属纤维的结构参数对屏蔽效能的影响很大，其中不锈钢纤维含量直接影响电磁屏蔽织物的屏蔽效能和服用性能，可通过设计不锈钢纤维的含量调节其屏蔽性能，并根据不同需要选用，确定最合理的性价比。不锈钢纤维混纺交织织物屏蔽电磁波频带宽、屏蔽效能高,是良好的电磁波屏蔽材料[1]，具有透气性好、质地柔软、穿着舒适、强度高、耐腐蚀、耐洗涤、加工方便等优点，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。

1.2 电磁屏蔽镀金属织物

1.2.1 化学镀金属织物

(1)化学镀银织物。化学镀银不是自催化反应，一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70～80年代被广泛用于电磁辐射防护领域。

(2)化学镀铜织物。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[2]。化学镀铜主要采用甲醛作还原剂、EDTA作络合剂，pH值均在12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值在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。E.G.Han等人采用化学镀铜方法制备的镀铜织物屏蔽效能在0.1～1.8 GHz频率范围内可达到35～68 dB[3-4]。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而失效、屏蔽磁场能力不强。

(3)化学镀镍织物。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[3，5-8]，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0.1～1.8 GHz频率范围内均不超过40 dB。这类织物的主要特点是质地轻柔、透气性好、耐磨性强、价格低廉、抗氧化腐蚀能力强，但电磁屏蔽性能较弱，特别是屏蔽电场的能力很弱。

(4)金属复合镀织物。为了克服单一镀层的不足，采用了金属复合化学镀工艺。Can X.等人在织物表面化学镀铜后再化学镀镍-磷合金，得到的织物有良好的导电性同时又具有良好的铁磁性，耐环境腐蚀[9]。但是金属化学镀污染严重，并存在过程复杂、镀层不易控制和金属附着力差、织物手感和透气性差等问题，在产品推广中有一定困难。

1.2.2 真空磁控溅射

真空磁控溅射技术近几年发展迅速，它可以根据需要镀上不同厚度的金属镀层，镀层的附着力良好，成本低廉，克服了化学镀的污染，是一种很有前途的电磁屏蔽织物的制备方法。山东天诺光电材料有限公司采用真空磁控溅射在涤纶织物上镀上金属镍，再电镀金属铜和镍[10]。样品具有良好的导电性、耐磨性和附着力，在0.03～1.5 GHz内的屏蔽效能大于70 dB，在1.5～40 GHz内的屏蔽效能大于60 dB。制成的材料除了适合用于航天、军事设施的屏蔽和室内屏蔽之外，还用于电子及精密仪器的屏蔽件。

1.3 金属离子接枝织物

这类织物是利用聚丙烯腈纤维大分子链上的氰基和金属盐，借助还原剂、硫化剂等，发生螯合而形成的具有电磁屏蔽功能织物，并能保持原纤维普通织物的性能和手感。从合成的金属化合物来看，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。屏蔽率一般在20 dB左右，略低于不锈钢纤维混纺织物。该类织物的颜色与化学反应条件有关，不太耐氧化，使用时间2～5年，其最大的优点是使用频段宽、性能稳定，且使用范围宽广，应用广泛，因此，金属离子接枝织物不仅具备了混纺织物柔软、透气等特点,而且拓展了屏蔽材料的发展空间[11]。

1.4 纳米吸波型电磁屏蔽织物

纳米吸波材料利用纳米级的导电纤维织入织物或对织物进行涂层制得。从应用纳米吸波材料角度来看，可将纳米吸波型电磁屏蔽织物分为结构型吸波织物和后整理型吸波织物两类，利用纳米吸波剂吸收、衰减入射到织物表面上的电磁波能量，再将其电磁能量转换为热能而消耗掉或使电磁波因干扰而消失，达到防电磁辐射的目的。此类产品质量轻、厚度薄、吸波频带宽、吸收能力强、可避免环境二次污染。纳米结构型吸波织物多为附有吸波特性、结构功能一体化的复合材料，使用较多的是碳纤维复合材料，如SiC纤维复合材料等。由于该类材料的复杂程度高，加上各国对先进复合材料严格保密，有关该材料特别是在防辐射织物中的应用报道很少[12]。纳米后整理型吸波织物中决定织物吸波性能优异与否的最关键的主体是纳米吸波剂，目前主要有超微磁性金属粉、复合材料金属基超细粉、无机铁氧体等，该方法以其加工方便灵活有效、可调节、吸波性能好等优点而受到重视和欢迎。

2 电磁屏蔽织物的开发趋势

近年来，我国在原有的基础上成功研制出许多新型的屏蔽织物。有公司研制的新型防辐射服装面料，这种服装面料通过不锈钢纤维、棉纤维、涤纶纤维和麦饭石纤维混合纺丝制得。此外上海研制成功采用离子织物和金属化纤维织物的电磁辐射屏蔽材料。它们都具有防电磁辐射、抗静电、耐洗涤和透气性好等特点。

美国科学家最新研制出世界上第一种防辐射织物：这种织物的防辐射性能就像铅做的衣服一样好，但是重量只有铅的若干分之一。这种织物无毒无铅，混合在两层机织布料之间。它的用途非常广泛，从轻便的全身防护装到飞机和宇宙飞船使用的保护帐篷和防辐射内衬等。传统的防护服只能抵抗α射线，而这种新型织物还能阻挡β射线和γ射线。它不仅可保护在手术室工作的医护人员免受X射线的辐射，也能用于核工业。同时世界上许国家已经瞄准了抗静电、防电磁辐射、抗菌等多功能特种防护服装的民用市场，正在组织力量进行深入研究。

最近日本Kanebu纤维公司开发了一种X-Age的电磁波屏蔽材料。它是用非电解法将银镀到锦纶纤维上。该纤维制成的织物手感柔软、耐洗涤性好，很有实用价值。经测试可以使用X-Age电磁波屏蔽材料可以屏蔽个人电脑屏幕和移动电话产生的电磁波。用它做成背心，可使心脏起搏器的使用者免受电磁辐射的影响。同时由于该产品镀银，还有抗菌和抗静电的作用。银又是可见光、微波以及红外线、远红外线的优良反射体，还具有冬天保暖和夏天凉爽的功效。

随着纳米技术的发展，纳米材料独有的小尺寸效应，表面与界面效应和量子尺寸效应，使得它具有许多宏观材料没有的特性，这将极大地提高材料的防护性能。应用纳米技术和纳米材料制成的具有屏蔽电磁辐射功能的纤维将有广阔的发展前景。运用多离子相关技术研制防电磁波辐射织物经过精纺加工，具有柔软舒适、色泽均匀、除臭抗菌性强、耐洗、耐磨、耐气候和使用寿命长等优点，由其制成的防护服不仅具有可靠的安全防护性，同时具有优良的服用性。多离子织物中含有大量的金属离子，可起到杀菌除臭作用，对皮肤无刺激，有助于人体表皮微循环；同时具有抗静电、抗部分X射线及紫外线等功能。

3 结语

金属纤维与普通服用纱线的混纺织物，应该对金属纤维材质、细度以及织物结构设计等进行工艺创新与优化，实现在满足电磁屏蔽要求的前提下，减少金属纤维的含量。

化学镀金属织物的发展方向是采用等离子体、激光等技术取代原有的织物前处理工艺，杜绝危害环境，开发复合镀进一步提高现有电磁屏蔽织物的屏蔽性能，并希望同时赋予它具有抗紫外线辐射、抗菌除臭或其它一些附加功能。

纳米材料[13]的特殊结构导致奇异的表面效应和体积效应，使其具有特殊的微波吸收性能，同时还具有吸收频带宽、多功能、质量轻、厚度薄等特点，将这些特殊功能的纳米材料与其他屏蔽材料复合所得的新型材料是极有前途的电磁屏蔽材料，对纳米技术屏蔽材料已经展开了大量的科研工作。

电磁波辐射到织物上时会产生反射、吸收、散射和少量的透射，反射、散射会使环境产生二次污染，因此从方法上来看防电磁波辐射织物的开发途径应主要考虑：(1) 减少反射，尽可能避免二次污染；(2)减少透射，最好透射率为零，使用安全可靠；(3)增大吸收。目前国内防电磁辐射织物的特征主要表现为单一防护功能、低吸收型，且易产生二次污染，因此开发多功能防护织物和高吸收型防电磁辐射织物将成为防电磁辐射织物的开发趋势。

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