電磁波屏蔽織物的開發與應用

  隨著科學技術的飛速發展，人類己經進入信息化時代，移動電話、微波爐、電腦、復印機、電視機、空調等產品，日益普及，這些電子設備和家用電器在使用過程中都會產生不同波長和頻率的電磁波。這些電磁波雖然無色、無味、看不見、摸不著，但穿透力強、生物作用大，充斥著整個空間令人防不勝防，已成為繼大氣污染、水污染、噪音污染之后的第四大污染，被人們喻為"電子煙霧"。

　　據美國環保局調查，98%以上的人經常接觸不同程度的電磁波輻射，而電磁波的脈沖輻射會引起人的心血管系統、內分泌系統、神經系統、生殖系統、免疫系統的功能損傷，特別是對大腦細胞有很大的傷害。1993年瑞典等北歐三國作了一項研究調查公布，長期受到2mg以上的電磁波輻射影響，患白血病的機會是正常人的1.5倍。前蘇聯國際象棋大師民古拉斯就是在與超級電腦下棋時受到電磁波輻射的傷害而死亡的，因而對產生的電磁波好采用屏蔽措施，實現自我保護。為此，電磁波屏蔽織物的開發應運而生。

　　目前，摻有金屬纖維的屏蔽織物在發達國家早已成為環保要求的綠色紡織品新興產物，而在我國才剛剛起步。在這世紀之交，中國終將加入WTO時期，為適應國際環保紡織品發展趨勢的要求，在我國研究和開發防電磁波輻射的屏蔽織物，無論是在航空航天、軍事領域還是民用領域都具有廣泛的市場和應用前景。

　　1.磁波及其防護

　　1.1.電磁波概述

　　從基本物理學可知，存在有兩種電荷：正電荷及負電荷。這兩種電荷都是電廠的來源，移動的電荷產生了電流，而電流能建立出磁場，一個時變的電場會伴隨著產生磁場，一個時變的磁場也會件隨著產生電場。換句話說，時變的電場和磁場會耦合在一起而產生電磁場。在空間傳播的周期性變化的電磁場，就是電磁波，電磁波本身載有電磁能量，此能量由電磁波從起源出發經由空間傳送到有段距離的某個接受點的過程，就是輻射。

　　電磁波包括長波、中波、短波、超短波和微波。對于長、中、短、超短波電磁輻射，我們用電場強度來表示，對微波電磁輻射，我們用功率密度來表示。微波頻率為300MHz～300GHz，相應波長為lm～lmm范圍內，微波的頻率高，頻帶寬，信息量大，波長短，波柬定向性和分辨能力高，它在雷達、通訊、醫療、食品加工等領域得到了廣泛的應用，但人們在學會利用微波的同時，微波給人類帶來的危害在電磁輻射中是大的，這一點不容忽視。1996年3月，日本SAPLO雜志公布了家庭常用電器電磁輻射檢測數據參考表如下；(單位mg)


　　1.2.電磁波輻射人體的作用機理及其危害

　　電磁輻射對人類的危害可分為熱效應作用和非熱效應作用。熱效應是指高頻電磁波對生物肌體細胞的"加熱"作用。人體接受電磁輻射后，體內的極性分子會隨著電磁場極性的變化作快速排列在排列運動中，分子因相互撞擊，摩擦而產生巨大熱量，使肌體生溫。如果吸收的輻射能很多，靠體溫的調節無法把熱量散發出去，則會引起體溫升高，進而引發各種不良癥狀。非熱效應是指低頻電磁波產生的影響，人體被電磁輻射后，體溫并未明顯升高，但己經干擾了人體固有的微弱電磁場使血液、淋巴液和細胞原生質發生改變，對人體造成危害。長期受到電磁波輻射的工作人員，他們的收縮壓、心率、血小板和白血球的免疫功能等都會受到一定程度的影響，并會產生神經衰弱、早脫發、眼睛體混濁等癥狀，因此電磁波輻射特別是高頻對人體有很明顯的破壞作用。

　　1.3電磁波的防護

　　為了減少電磁輻射，專家們告誡要遠離電磁波發射源，對產生電磁波的電器好采用屏蔽措施，但好的方法是實現自我保護，如給手機等微波輻射源罩上具有屏蔽作用的外套，給長期從事計算機和復印機等工作的人員穿上具有屏蔽作用的防護服裝，給采用微波爐烹調的主婦戴上屏蔽圍裙，特別是懷了小寶寶的孕婦，更需要這方面的防護。

　　2.電磁波屏蔽織物的開發

　　2.1屏蔽織物的種類及其性能

　　電磁波屏蔽織物的種類大體上可分為三大類；一是使用了功能性纖維的屏蔽織物，二是進行防輻射后整理的屏蔽織物，三是帶有金屬絲網夾層的屏蔽織物。

　　在大類中，功能性纖維可以采用純粹由無機金屬材料制成的纖維，如不銹鋼纖維;也可以是在金屬纖維的表面涂上一層塑料后制成的纖維;或者是外包金屬的鍍金屬纖維，如鍍銅、鍍鎳、鍍鋁、鍍鋅、鍍銀的聚醋纖維、腈綸纖維等。用這些纖維制成的屏蔽織物除了防電磁輻射性能外，通常還有質輕、柔韌性好等優點，其中用不銹鋼金屬纖維制成的屏蔽織物是較理想的電磁波防護面料。防輻射后整理的屏蔽織物，使用金屬銀、鎳、銅等噴涂織物，使織物具有電磁波屏蔽性。

　　綜合比較而言，對織物進行后整理得到的屏蔽織物受外界環境的影響較大，不耐洗滌，手感僵硬；帶有金屬網夾層的屏蔽織物不能洗滌而且笨重，服用性能差；而采用金屬纖維與普通纖維按一定比例混紡，通過特定的工藝使之充分混合均勻，制成成色一致的金屬纖維混紡紗制成的織物不僅具有較好的電磁波屏蔽性能，而且耐久性良好，織物耐洗滌、耐高溫、耐腐蝕、柔軟透氣、穿著舒適、服用性能好。

　　2.2屏蔽織物的屏蔽機理

　　電磁波在傳送過程中碰到不同介質的物質時，將產生反射、吸收和穿透現象。若電磁波攝入到電解質的表面，大部分入射波會反射回去，若射入非導電介質的表面，另一部分入射波會反射，一部分入射波會傳送過去。不銹鋼金屬纖維是電磁的良導體，導體內部有許多自由電荷，具有很好的集膚效應，因而當電磁波入射到纖維表面上時，大部分入射功率將削弱而衰減。

　　屏蔽織物的屏蔽機理主要是利用防電磁波能力較高的金屬纖維對電磁波的反射功能。當電磁波輻射在織物上時，織物中均勻分布的金屬纖維成為導電介質而將部分電磁波反射回去，減少了電磁波的透過量。隨著織物中金屬纖維含量的增多，導電介質面區域增大，反射能力愈強，透射量愈小，屏蔽作用也就愈好。

　　2.3屏蔽織物開發的工藝要點

　　金屬纖維表面不平整，摩擦系數大，比重大，剛度大，纖維的韌性比普通的纖維要差，卷曲、彈性差、脆性強、容易斷，并且導電，其可紡性與普通紡織纖維相比有很大差異，織染各工序要改變許多工藝參數和設備，并采取特殊的技術措施，才能保證紡紗、織造、染整順利進行，隨著金屬纖維含量的增加，紡織染的難度也相應增加。

　　2.3.1紡紗要點

　　金屬纖維與普通纖維的混紡工藝主要采用條混多道并合的方法，使金屬纖維充分混合均勻，然后經過粗、細紗紡成所需號數的混紡紗線，在混紡的并、粗、細各工序，工藝上要采取低車速、重加壓、輕定量，大隔距、通道光潔、防纏防堵、勤換鋼絲圈等措施，以保證牽伸的穩定，提高成紗強力及條干均勻度等。

　　2.3.2織造要點

　　絡筒、整經工序要采用小張力、低車速的工藝以減少經紗斷頭和摩擦起毛，清紗器采用光電式代替電容式，漿料采用特殊的配方，目的在于提高經紗的耐磨性能，減少因摩擦而引起的金屬纖維脫落。織造采用低車速、小張力，開口投梭時間等參數要按照織物中金屬纖維含量及用途要求來選擇。

　　2.3.3染整要點

　　金屬纖維織物后處理時可采用氯漂工藝，退漿時可使用酶退漿與堿退漿結合，減少燒堿用量，依據金屬纖維織物和其它纖維混紡比例的不同，要采用不同的染色方法，盡量不使用強氧化劑，以免紡織金屬纖維氧化、溶解、腐蝕、降低屏蔽性能。

　　2.4屏蔽織物性能檢測

　　屏蔽織物除了應具備普通織物的物理性能指標外，還應具備很好的屏蔽性能。現在我們通常用屏蔽衰減值(也稱隔離度)來反映屏蔽織物遮擋電磁波的效果。隔離度達到20dB，就能滿足屏蔽的要求，相當于電磁波通過織物后衰減了4萬倍，即透射量僅為入射量的萬分之一。我所研制的幾種金屬纖維屏蔽織物隔離度，在20～45dB，表2給出了代號為J002A的屏蔽織物在不同波段頻率下的隔離度數值。

　　表2, J002A屏蔽織物的隔離度


　　3．電磁波屏蔽織物的應用

　　電磁波屏蔽織物可廣泛應用于軍事、通訊、醫學、工業和家庭等方面，如織物中金屬纖維的含量不同，用途亦不同，如表3所示。

　　金屬纖維防電磁屏蔽織物用途


　　4．結束語

　　電磁波屏蔽織物的研究和開發具有良好的社會意義和應用前景，但從目前情況看，還有許多需要進一步研究的課題以及實現產業化及銷售方面的工作仍需我們不斷努力，為此有以下幾點建議:

　　(1)對于開發成功的產品，應盡快制定標準，提高產品質量與使用性能，擴大對外宣傳，開拓國內外市場;

　　(2)應及時制定電磁波屏蔽織物的國家標準，有利于企業的規范和發展。

　　(3）目前只有少數人認為電磁波對人體有害而采用工作服，大多數接近電磁波的人對此還缺乏足夠認識，因此應加大市場宣傳力度。國家也應依據環保要求制訂相應的勞保法規及頒布相關政策，提高人們的自我保護意識。

　　(4)對于金屬纖維紡紗，仍存在著金屬纖維束不易牽伸，并條、粗紗易涌頭，細紗的粗細節多，混合不均，斷頭率高等問題，高含量紡紗更是明顯，所以應進一步探索工藝、改善紡紗質量，提高生產效率，降低加工成本。
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