吳瑜

摘要：論述了碳纖維電磁屏蔽織物材料的屏蔽原理，分析了目前制備碳纖維電磁屏蔽織物織物材料的技術(shù)手段，綜述了表面鍍金屬織物、表面涂覆織物、貼金屬箔織物、導(dǎo)電纖維混紡織物的研究現(xiàn)狀，敘述了織物碳纖維電磁屏蔽織物的性能測試，簡要介紹了國內(nèi)外碳纖維電磁屏蔽織物織物的生產(chǎn)現(xiàn)狀及趨勢。

關(guān)鍵詞：碳纖維電磁屏蔽織物；織物；屏蔽材料

引言

隨著科技的迅速發(fā)展，電磁波在航空、航天、通信、家用電器、軍事等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，隨之電磁污染問題也日漸突出。電磁波向外輻射的電磁能量正在以每年7%-14%的

1 碳纖維電磁屏蔽織物的原理

電磁輻射是指電磁場能量以頻率

30-30000MHz電磁波的形式向外發(fā)射。電磁波在傳播途中遇到障礙物時，受障礙物的反射和吸收作用，能量發(fā)生衰減。通常，屏蔽材料對空間某點的屏蔽效果用屏蔽效能（Shielding Effectiveness，SE）表示，即 SE=20lg（E0/E），其中，E0是無屏蔽材料時該點場強，E是有屏蔽體后該點場強。

2 碳纖維電磁屏蔽織物織物制備技術(shù)

碳纖維電磁屏蔽織物織物具有良好的導(dǎo)電性能，又可保持織物材料透氣、柔韌、可折疊、粘結(jié)等特性，可制成屏蔽服、屏蔽帳篷及屏蔽室材料等，以保障人身、信息安全等，是理想的碳纖維電磁屏蔽織物材料。其按照制備工藝可分為以下幾種。

2.1表面鍍金屬屏蔽織物

這類織物材料是在織物表面附著一層導(dǎo)電層，主要通過反射損耗達(dá)到屏蔽的目的。常用的制備技術(shù)包括化學(xué)鍍、電鍍、真空鍍等。

2.2涂層屏蔽織物

涂層屏蔽織物是在織物涂層劑中加入適當(dāng)?shù)慕饘俜勰?、金屬氧化物或者非金屬?dǎo)電材料；或讓涂層劑中含有高分子成膜劑、導(dǎo)電成分涂料，涂覆在織物表面，使織物具有電磁蔽效果。該方法制備的屏蔽織物材料屏蔽效果一般、不透氣、手感性較差，目前應(yīng)用較為局限。Lee[18]等使用聚吡咯和AgPd 金屬混合物在織物或非織造布上涂層，得到產(chǎn)品的屏蔽效果在8-80dB，并具有良好的吸波性能，是一種比較有前途的吸波紡織品。Hong[19]等研究了經(jīng)蒽醌磺酸或萘磺酸處理的聚吡咯，并加入適量的Ag納米粒子，涂覆于PET織物表面，屏蔽性能超過30dB，并且屏蔽機制以涂層材料的吸波為主。Kim[20] 等在PET 織物上聚合一層本征型導(dǎo)電聚合體，其復(fù)合織物材料屏蔽效果達(dá)到36dB。義小蘇等[21]采用單臂碳納米管作為導(dǎo)電填料，制備的單臂碳納米管無紡布厚度在100nm—1μm，材料的性能優(yōu)良且比重較輕。

2.3 貼金屬箔

貼金屬箔是利用鋁箔和銅箔等金屬薄膜同織物經(jīng)膠黏劑復(fù)合制成的材料，其中表面金屬箔起到屏蔽電磁波的作用。它的優(yōu)點是方法簡單、粘結(jié)強度高、不易部分脫落、導(dǎo)電性能良好，但織物材料的透氣性及柔軟程度較差，目前常見的貼金屬箔織物多用于消防防護服，主要通過反射高溫輻射能，達(dá)到保護人體的作用。

2.4 導(dǎo)電纖維混紡織物

該類織物主要將導(dǎo)電纖維與普通纖維經(jīng)混紡技術(shù)織成的織物。常用的導(dǎo)電纖維主要有鎳?yán)w維、銅纖維和碳纖維等，這種工藝制備的碳纖維電磁屏蔽織物織物材料主要應(yīng)用于防輻射服、保密室窗簾、精密儀器防護罩及活動式屏蔽帳篷等。Chen[22-23]等人將銅纖維與PET纖維等混紡制出的碳纖維電磁屏蔽織物織物，表面覆有金屬 Cu、Zn、Sn纖維材料，在30-1000 MHz頻率范圍內(nèi)，屏蔽效果達(dá)到30dB以上，進行6層層壓的碳纖維電磁屏蔽織物織物材料屏蔽效果達(dá)到55dB以上。中國山西華麗服飾科技發(fā)展有限公司開發(fā)的碳纖維電磁屏蔽織物織物材料，將不銹鋼纖維均勻分布在滌棉纖維中，在10GHz時織物的屏蔽性能達(dá)到34.77dB。

2.5 多離子碳纖維電磁屏蔽織物織物

多離子碳纖維電磁屏蔽織物織物材料是當(dāng)今最先進的第六代屏蔽電磁輻射材料，采用先進的物理和化學(xué)工藝對金屬進行離子化處理。目前國內(nèi)產(chǎn)業(yè)化的主要是紅豆集團與科研單位聯(lián)合開發(fā)的多離子碳纖維電磁屏蔽織物夾克衫，其電磁輻射屏蔽衰減達(dá)到99.4%，可用于多種場合的電磁輻射防護，也可應(yīng)用于軍隊保密、偽裝等領(lǐng)域。

3 織物的碳纖維電磁屏蔽織物性能測試

衡量材料的電磁波屏蔽性能的指標(biāo)是屏蔽效能（SE），其定義為在同一激勵電平下，有屏蔽材料與沒有屏蔽材料時所接收到的功率之比或電壓之比，并以對數(shù)表示：

SE=20lg（V0/V1）=10lg（P0/P1） （1）

式中SE為屏蔽效能，dB；V0為無屏蔽材料時的接受電壓；V1為有屏蔽材料時的接受電壓；P0為無屏蔽材料時的接受功率；P1為有屏蔽材料時的接受功率。也可根據(jù)有無屏蔽材料時電磁波電場和磁場的變化來定義屏蔽效能：

SEE=20lg（E0/Es）；（2）

SEH=20lg（H0/Hs）。（3）

式中E0，H0為屏蔽前電場強度（V/m）和磁場強度（A/m）；Es、Hs為屏蔽后的電場強度（V/m）和磁場強度（A/m）。根據(jù)屏蔽材料距離電磁輻射源的距離不同，碳纖維電磁屏蔽織物材料屏蔽效能測試方法可以分為遠(yuǎn)場測試法和近場測試法[24-25]。

遠(yuǎn)場為屏蔽體到電磁輻射源的距離r≥λ/2π的區(qū)域，λ為輻射電磁波波長，遠(yuǎn)場區(qū)電場和磁場相互垂直，相位相同，任一點 E和H能量各占一半，且隨著r的增加而衰減，因而SEE= SEH，目前國內(nèi)外使用最多的是同軸測試方法；近場是指屏蔽體到電磁輻射源的距離r<λ/2 的區(qū)域，λ為輻射電磁波波長，近場內(nèi)E和H有90°相位差，E和H隨著r的增加，按1/r2或 1/r3比例衰減。在近場區(qū)內(nèi)電磁能量在場源與場點之間往返振蕩和交換，因此SEE≠ SEH。

4 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

國內(nèi)外通過改進紡紗工藝提高生產(chǎn)技術(shù)，相繼開發(fā)出了多種防護織物以適應(yīng)市場需要。例如，瑞士Swissshield公司的電磁防護織物Swissshield是用一種非常細(xì)的金屬絲作芯紗，通過一種特殊的紡紗工藝將棉或滌綸等纖維包在外面，可反射99%的電磁輻射；AsahiKasei公司將導(dǎo)電纖維交織到滌綸面料中，可以屏蔽97%甚至更高的電磁波，還具有良好的抗靜電性能和微生物控制功能[27]；日本大阪的 Daiwabo公司推出了一種柔韌性好且能經(jīng)受普通紡織加工的金屬涂層纖維，該纖維是利用一種連帶催化劑的化學(xué)鍍層技術(shù)制得[28]。

目前在國際上，供應(yīng)碳纖維電磁屏蔽織物織物產(chǎn)品的只有幾家企業(yè)，如韓國Metaline、德國 Schlegal、Shiedex、美國英國跨國公司 Laird 和日本Seiren，這些公司技術(shù)力量雄厚，在碳纖維電磁屏蔽織物材料行業(yè)已有多年的技術(shù)經(jīng)驗，產(chǎn)品的性能穩(wěn)定，其采用的技術(shù)已從污染嚴(yán)重的電鍍或化學(xué)鍍工藝向環(huán)保的技術(shù)工藝發(fā)展，如采用先進的等離子技術(shù)、超臨界技術(shù)等，同時也有部分公司采用先進的編織技術(shù)、混紡技術(shù)織造碳纖維電磁屏蔽織物材料，產(chǎn)品檔次高、性能穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高。與此同時，這些公司加大對吸波材料的研究，尤其是智能隱身材料的研究，部分先進的技術(shù)已應(yīng)用到武器裝備中，而國內(nèi)對于智能型吸波材料的研究仍處于探索性階段，技術(shù)力量相對薄弱，研究主要集中在概念及基礎(chǔ)理論研究、機體智能材料及結(jié)構(gòu)元件的研制等方面。對于新型多離子碳纖維電磁屏蔽織物織物的研究開發(fā)，國內(nèi)的技術(shù)相對薄弱，雖已有新產(chǎn)品面市，但價格昂貴。

新型的碳纖維電磁屏蔽織物織物材料將向吸波織物材料[29-31]的方向發(fā)展，并且要求屏蔽織物材料具有“薄、輕、寬、強”的特性，同時需要建立相應(yīng)的屏蔽理論、材料的表征參數(shù)及材料的設(shè)計機制。采用紡織復(fù)合方法制備的碳纖維電磁屏蔽織物織物是充分開發(fā)現(xiàn)有材料性能潛力、增進材料吸波性能的一種有效方法。而隨著碳纖維電磁屏蔽織物織物材料需求的不斷擴大，對碳纖維電磁屏蔽織物織物的性能要求也越來越高，不僅要求織物材料具有抗寬頻碳纖維電磁屏蔽織物波輻射、耐候性、可熱封、可折疊等優(yōu)點，而且還希望織物具有穿著舒適、抗紫外線輻射、抗菌等功能。

參考文獻

[1]潘智勇，張慧，吳中偉等. 碳纖維電磁屏蔽織物織物材料研究進展[J]. 科技導(dǎo)報，2009，（27）：86-91.

[2]趙靈智，胡社軍，何琴玉，等. 碳纖維電磁屏蔽織物材料的屏蔽原理與研究現(xiàn)狀[J].包裝工程，2006（2）：1-4.

（作者單位：國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心）