電磁波屏蔽織物的開發(fā)與應(yīng)用

  隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人類己經(jīng)進(jìn)入信息化時(shí)代，移動(dòng)電話、微波爐、電腦、復(fù)印機(jī)、電視機(jī)、空調(diào)等產(chǎn)品，日益普及，這些電子設(shè)備和家用電器在使用過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生不同波長(zhǎng)和頻率的電磁波。這些電磁波雖然無(wú)色、無(wú)味、看不見、摸不著，但穿透力強(qiáng)、生物作用大，充斥著整個(gè)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(jù)美國(guó)環(huán)保局調(diào)查，98%以上的人經(jīng)常接觸不同程度的電磁波輻射，而電磁波的脈沖輻射會(huì)引起人的心血管系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)的功能損傷，特別是對(duì)大腦細(xì)胞有很大的傷害。1993年瑞典等北歐三國(guó)作了一項(xiàng)研究調(diào)查公布，長(zhǎng)期受到2mg以上的電磁波輻射影響，患白血病的機(jī)會(huì)是正常人的1.5倍。前蘇聯(lián)國(guó)際象棋大師民古拉斯就是在與超級(jí)電腦下棋時(shí)受到電磁波輻射的傷害而死亡的，因而對(duì)產(chǎn)生的電磁波好采用屏蔽措施，實(shí)現(xiàn)自我保護(hù)。為此，電磁波屏蔽織物的開發(fā)應(yīng)運(yùn)而生。

　　目前，摻有金屬纖維的屏蔽織物在發(fā)達(dá)國(guó)家早已成為環(huán)保要求的綠色紡織品新興產(chǎn)物，而在我國(guó)才剛剛起步。在這世紀(jì)之交，中國(guó)終將加入WTO時(shí)期，為適應(yīng)國(guó)際環(huán)保紡織品發(fā)展趨勢(shì)的要求，在我國(guó)研究和開發(fā)防電磁波輻射的屏蔽織物，無(wú)論是在航空航天、軍事領(lǐng)域還是民用領(lǐng)域都具有廣泛的市場(chǎng)和應(yīng)用前景。

　　1.磁波及其防護(hù)

　　1.1.電磁波概述

　　從基本物理學(xué)可知，存在有兩種電荷：正電荷及負(fù)電荷。這兩種電荷都是電廠的來(lái)源，移動(dòng)的電荷產(chǎn)生了電流，而電流能建立出磁場(chǎng)，一個(gè)時(shí)變的電場(chǎng)會(huì)伴隨著產(chǎn)生磁場(chǎng)，一個(gè)時(shí)變的磁場(chǎng)也會(huì)件隨著產(chǎn)生電場(chǎng)。換句話說(shuō)，時(shí)變的電場(chǎng)和磁場(chǎng)會(huì)耦合在一起而產(chǎn)生電磁場(chǎng)。在空間傳播的周期性變化的電磁場(chǎng)，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(fā)經(jīng)由空間傳送到有段距離的某個(gè)接受點(diǎn)的過(guò)程，就是輻射。

　　電磁波包括長(zhǎng)波、中波、短波、超短波和微波。對(duì)于長(zhǎng)、中、短、超短波電磁輻射，我們用電場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)表示，對(duì)微波電磁輻射，我們用功率密度來(lái)表示。微波頻率為300MHz～300GHz，相應(yīng)波長(zhǎng)為lm～lmm范圍內(nèi)，微波的頻率高，頻帶寬，信息量大，波長(zhǎng)短，波柬定向性和分辨能力高，它在雷達(dá)、通訊、醫(yī)療、食品加工等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但人們?cè)趯W(xué)會(huì)利用微波的同時(shí)，微波給人類帶來(lái)的危害在電磁輻射中是大的，這一點(diǎn)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(cè)數(shù)據(jù)參考表如下；(單位mg)


　　1.2.電磁波輻射人體的作用機(jī)理及其危害

　　電磁輻射對(duì)人類的危害可分為熱效應(yīng)作用和非熱效應(yīng)作用。熱效應(yīng)是指高頻電磁波對(duì)生物肌體細(xì)胞的"加熱"作用。人體接受電磁輻射后，體內(nèi)的極性分子會(huì)隨著電磁場(chǎng)極性的變化作快速排列在排列運(yùn)動(dòng)中，分子因相互撞擊，摩擦而產(chǎn)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(diào)節(jié)無(wú)法把熱量散發(fā)出去，則會(huì)引起體溫升高，進(jìn)而引發(fā)各種不良癥狀。非熱效應(yīng)是指低頻電磁波產(chǎn)生的影響，人體被電磁輻射后，體溫并未明顯升高，但己經(jīng)干擾了人體固有的微弱電磁場(chǎng)使血液、淋巴液和細(xì)胞原生質(zhì)發(fā)生改變，對(duì)人體造成危害。長(zhǎng)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(huì)受到一定程度的影響，并會(huì)產(chǎn)生神經(jīng)衰弱、早脫發(fā)、眼睛體混濁等癥狀，因此電磁波輻射特別是高頻對(duì)人體有很明顯的破壞作用。

　　1.3電磁波的防護(hù)

　　為了減少電磁輻射，專家們告誡要遠(yuǎn)離電磁波發(fā)射源，對(duì)產(chǎn)生電磁波的電器好采用屏蔽措施，但好的方法是實(shí)現(xiàn)自我保護(hù)，如給手機(jī)等微波輻射源罩上具有屏蔽作用的外套，給長(zhǎng)期從事計(jì)算機(jī)和復(fù)印機(jī)等工作的人員穿上具有屏蔽作用的防護(hù)服裝，給采用微波爐烹調(diào)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(hù)。

　　2.電磁波屏蔽織物的開發(fā)

　　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(jìn)行防輻射后整理的屏蔽織物，三是帶有金屬絲網(wǎng)夾層的屏蔽織物。

　　在大類中，功能性纖維可以采用純粹由無(wú)機(jī)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(zhì)輕、柔韌性好等優(yōu)點(diǎn)，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(hù)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(duì)織物進(jìn)行后整理得到的屏蔽織物受外界環(huán)境的影響較大，不耐洗滌，手感僵硬；帶有金屬網(wǎng)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(guò)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(jī)理

　　電磁波在傳送過(guò)程中碰到不同介質(zhì)的物質(zhì)時(shí)，將產(chǎn)生反射、吸收和穿透現(xiàn)象。若電磁波攝入到電解質(zhì)的表面，大部分入射波會(huì)反射回去，若射入非導(dǎo)電介質(zhì)的表面，另一部分入射波會(huì)反射，一部分入射波會(huì)傳送過(guò)去。不銹鋼金屬纖維是電磁的良導(dǎo)體，導(dǎo)體內(nèi)部有許多自由電荷，具有很好的集膚效應(yīng)，因而當(dāng)電磁波入射到纖維表面上時(shí)，大部分入射功率將削弱而衰減。

　　屏蔽織物的屏蔽機(jī)理主要是利用防電磁波能力較高的金屬纖維對(duì)電磁波的反射功能。當(dāng)電磁波輻射在織物上時(shí)，織物中均勻分布的金屬纖維成為導(dǎo)電介質(zhì)而將部分電磁波反射回去，減少了電磁波的透過(guò)量。隨著織物中金屬纖維含量的增多，導(dǎo)電介質(zhì)面區(qū)域增大，反射能力愈強(qiáng)，透射量愈小，屏蔽作用也就愈好。

　　2.3屏蔽織物開發(fā)的工藝要點(diǎn)

　　金屬纖維表面不平整，摩擦系數(shù)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(qiáng)、容易斷，并且導(dǎo)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?cè)S多工藝參數(shù)和設(shè)備，并采取特殊的技術(shù)措施，才能保證紡紗、織造、染整順利進(jìn)行，隨著金屬纖維含量的增加，紡織染的難度也相應(yīng)增加。

　　2.3.1紡紗要點(diǎn)

　　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(jīng)過(guò)粗、細(xì)紗紡成所需號(hào)數(shù)的混紡紗線，在混紡的并、粗、細(xì)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(wěn)定，提高成紗強(qiáng)力及條干均勻度等。

　　2.3.2織造要點(diǎn)

　　絡(luò)筒、整經(jīng)工序要采用小張力、低車速的工藝以減少經(jīng)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(jīng)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(shí)間等參數(shù)要按照織物中金屬纖維含量及用途要求來(lái)選擇。

　　2.3.3染整要點(diǎn)

　　金屬纖維織物后處理時(shí)可采用氯漂工藝，退漿時(shí)可使用酶退漿與堿退漿結(jié)合，減少燒堿用量，依據(jù)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(qiáng)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(cè)

　　屏蔽織物除了應(yīng)具備普通織物的物理性能指標(biāo)外，還應(yīng)具備很好的屏蔽性能?，F(xiàn)在我們通常用屏蔽衰減值(也稱隔離度)來(lái)反映屏蔽織物遮擋電磁波的效果。隔離度達(dá)到20dB，就能滿足屏蔽的要求，相當(dāng)于電磁波通過(guò)織物后衰減了4萬(wàn)倍，即透射量?jī)H為入射量的萬(wàn)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(hào)為J002A的屏蔽織物在不同波段頻率下的隔離度數(shù)值。

　　表2, J002A屏蔽織物的隔離度


　　3．電磁波屏蔽織物的應(yīng)用

　　電磁波屏蔽織物可廣泛應(yīng)用于軍事、通訊、醫(yī)學(xué)、工業(yè)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(jié)束語(yǔ)

　　電磁波屏蔽織物的研究和開發(fā)具有良好的社會(huì)意義和應(yīng)用前景，但從目前情況看，還有許多需要進(jìn)一步研究的課題以及實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化及銷售方面的工作仍需我們不斷努力，為此有以下幾點(diǎn)建議:

　　(1)對(duì)于開發(fā)成功的產(chǎn)品，應(yīng)盡快制定標(biāo)準(zhǔn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量與使用性能，擴(kuò)大對(duì)外宣傳，開拓國(guó)內(nèi)外市場(chǎng);

　　(2)應(yīng)及時(shí)制定電磁波屏蔽織物的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，有利于企業(yè)的規(guī)范和發(fā)展。

　　(3）目前只有少數(shù)人認(rèn)為電磁波對(duì)人體有害而采用工作服，大多數(shù)接近電磁波的人對(duì)此還缺乏足夠認(rèn)識(shí)，因此應(yīng)加大市場(chǎng)宣傳力度。國(guó)家也應(yīng)依據(jù)環(huán)保要求制訂相應(yīng)的勞保法規(guī)及頒布相關(guān)政策，提高人們的自我保護(hù)意識(shí)。

　　(4)對(duì)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(xì)紗的粗細(xì)節(jié)多，混合不均，斷頭率高等問(wèn)題，高含量紡紗更是明顯，所以應(yīng)進(jìn)一步探索工藝、改善紡紗質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低加工成本。
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