电磁屏蔽织物

摘 要：

论述了电磁屏蔽材料的屏蔽原理,分析了目前制备电磁屏蔽织物材料的技术手段,综述了表面镀金属织物、表面涂覆织物、贴金属箔织物、导电纤维混纺织物的研究现状,叙述了织物电磁屏蔽的性能测试,简要介绍了国内外电磁屏蔽织物的生产现状及趋势.

关 键 词：电磁屏蔽；织物；屏蔽材料

随着科技的迅速发展,电磁波在航空、航天、通信、家用电器、军事等领域得到广泛的应用,但随之而来的是电磁污染问题也日渐突出,电磁波向外辐射的电磁能量正在以每年7%～14%的速度递增[1].在世界各地,各种信息网络传递着数以亿计的军事、政治、经济等方面的重要情报和信息,由于电磁波辐射而导致的信息泄密事件也时有发生,直接威胁到国家政治、经济、军事安全.同时,电磁波还会造成武器系统失灵,给作战带来严重的隐患.因此,防止电磁波辐射,以保障信息、武器系统安全以及人体健康成为迫切任务[2-4].

目前,电磁防护的主要措施有屏蔽、微波吸收等,由于电磁屏蔽材料在社会生活和国防建设中的重要作用,因而其研究开发成为人们关注的重要课题[5-7].

图1电磁场屏蔽机制

在电磁波频率和材料厚度一定时,材料的导电率增加,反射损耗和吸收损耗都会增加,电磁波能量的衰减也会增加.吸波材料主要是利用材料的吸收损耗而要尽量减少反射损耗,减少表面反射也就是尽量要达到阻抗匹配.而屏蔽材料既利用了材料的反射损耗也利用了材料的吸收损耗[10].银、铜、铝等是极好的电导体,相对导电率大,电磁屏蔽效果以反射损耗为主；而铁和铁镍合金等属于高

电磁屏蔽织物具有良好的导电性能,又可保持织物材料透气、柔韧、可折叠、粘结等特性,可制成屏蔽服、屏蔽帐篷及屏蔽室材料等,以保障人身、信息安全等,是理想的电磁屏蔽材料,其按照制备工艺可分为以下几种.

2.1表面镀金属屏蔽织物

这类织物材料是在织物表面附着一层导电层,主要通过反射损耗达到屏蔽的目的.常用的制备技术包括化学镀、电镀、真空镀等.

（1）化学镀及电镀

化学镀和电镀主要是将Cu、Ag、Ni、Al等离子镀液通过氧化还原的方法,将金属粒子镀在织物的表面.目前这种技术主要用在电磁屏蔽织物材料,效果很好.例如在棉、涤及芳族聚酰胺等织物材料上进行镀铜、镀银或镍铜工艺等.它的优点是不受织物形状及大小的限制,镀层均匀,织物材料柔软,设备投入量也小,但镀层容易被刮擦而失去屏蔽性能,并且制备过程污染严重,必须进行污水处理.楚克静[12]等已在化学镀铜的涤纶织物上电镀锡镍合金,制得的织物材料表面光滑、光亮度好、表面电阻率低,屏蔽效果达到80dB以上,对人体完全无害,并且镀层具有较好的耐腐蚀和耐摩擦性能.该类屏蔽织物可应用于军事、通信及民用等领域.刘绍芝[13]等通过粗化、敏化、活化、强化、化学镀铜、化学镀镍、后处理等工艺在制备涤棉电磁屏蔽织物材料,材料屏蔽性能达到60dB以上,可用做军事作战指挥帐篷、防电磁屏蔽服及电磁屏蔽室.

（2）真空镀

真空镀是采用物理沉积的方法,在真空和高温状态下,将金属熔化,当被熔化的金属升至沸点时,金属粒子就会蒸发并向织物表面飞溅,从而沉积在织物或纤维表面.它的优点是不会造成较大的化学污染、材料美观并且屏蔽效果较好,但镀覆的金属层厚度一般在3μm以下,金属与织物的结合力较差,容易脱落,至今在电磁屏蔽领域内未得到广泛应用.

（3）磁控溅射镀

磁控溅射镀又称等离子电镀,是一种高速率低基片升温的成膜新技术,主要利用高能离子撞击金属靶材进行能量交换,把从靶材表面飞溅出的靶材原子或分子沉积到纺织基材衬底,形成屏蔽的金属薄膜.目前常见的磁控溅射技术有多靶磁控溅射、磁控扫描、非平衡磁控溅射和脉冲

发出了多种防护织物以适应市场需要[11,25].例如,瑞士Swissshield公司的电磁防护织物Swissshield是用一种非常细的金属丝做芯纱,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；AsahiKasei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[26]；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[27].

目前在国际上,供应电磁屏蔽织物产品的只有几家企业,如韩国Metaline、德国Schlegal、Shiedex、美国英国跨国公司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,但昂贵.

新型的电磁屏蔽织物材料将向吸波织物材料[28-30]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.采用纺织复合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.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.