浅谈防电磁辐射纺织品及其屏蔽效能

张丽娟

浅谈防电磁辐射纺织品及其屏蔽效能

张丽娟

（唐山学院时尚设计系，河北唐山 064000）

本文主要分析了电磁辐射的危害，通过介绍纺织品功能整理开发屏蔽织物的研究进展和功能纤维开发屏蔽织物的研究进展分析了防电磁辐射织物的研究现状，并分析研究了辐射源类型、辐射源与防护织物的距离、电磁屏蔽技术、织物的组织结构和紧度、织物厚度、经纬向纱线的差异及纱线结构6项指标对防电磁辐射纺织品屏蔽效能的影响，指导了防电磁辐射织物的研发。

电磁辐射危害；防电磁辐射纺织品；功能整理；功能纤维；屏蔽效能影响因素

1 电磁辐射的危害

1.1 电磁辐射对人体的影响

据查证，世界卫生组织早已证实了电磁辐射对人体的5大影响：电磁辐射是糖尿病、癌突变、心血管疾病的主要诱因；电磁辐射对人体遗传系统、免疫系统和神经系统可造成直接伤害；电磁辐射是造成畸胎、孕妇不育、流产等病变的诱发因素；此外，过量的电磁辐射可直接影响儿童骨骼发育、组织发育，并造成肝脏造血功能下降、视力下降，严重者能导致视网膜脱落；电磁辐射还可以造成女性内分泌紊乱、月经失调，男性生殖功能下降等现象[1]。

1.2 电磁辐射对环境的影响

过量的电磁辐射还会影响到人们赖以生存的自然环境。比如，严重的电磁污染会对动植物造成不同程度的影响，导致动植物无法正常生长、基因变异甚至死亡。

1.3 电磁辐射对设备的影响

高频设备，尤其是大功率的高频设备，它的能量输出非常强，在工作期间产生的高频辐射更是异常强大，对其附近的其他精密仪表、通讯信号、电子仪器设备、参数测试等产生一定的干扰，甚至使其不能正常工作。

2 防电磁辐射织物的研究现状

为保护人体不受或尽量少受电磁辐射的伤害，赋予纺织品的防电磁辐射功能是必要的，尤其是对于那些工作在高电磁辐射场合的群体，或易受电磁辐射伤害的群体如孕妇和婴幼儿[2]。

2.1 纺织品功能整理开发屏蔽织物的研究进展[3]

目前，采用纺织品功能整理开发防电磁辐射织物有两种方法：一种是在织物上镀覆金属，可在涤纶、棉或腈纶织物(多为平纹)上镀覆镍、钢等金属，其中所镀金属的导电性高低直接影响了织物的屏蔽效果，这类织物加工成本较高，色调单一，镀层耐久性欠佳；另一种是织物的电磁屏蔽涂层整理，就是在涂层剂中加入已分散好的电磁波吸收剂，然后经涂层整理、热处理在织物表面包覆一层含有电磁波吸收剂的薄膜。东华大学吕习武等采用片状银粉作为电磁屏蔽剂，进行涂层整理，Eva Hakansson等人开展了采用在织物上进行聚吡咯等导电聚合物涂层生产电磁波辐射屏蔽织物的相关研究。

织物后整理类产品不具有整体导电性，而且织物颜色受涂层影响和制约。当产品处于动态时，纤维间的涂层易断裂，从而削弱了产品的导电性能，此外织物透气性差，手感较硬，服用性能不够理想，因此至今没有广泛推广。

2.2 功能纤维开发屏蔽织物的研究进展

该类织物的屏蔽机理就是利用金属纤维或金属化纤维的导电性，使得织物对电磁波具有反射作用。因此随着织物中导电纤维含量的增多，导电介质区域增大，织物的反射能力增强，电磁波的透过量减小，织物的屏蔽作用得以提高。

将防电磁辐射纤维掺入织物中所制得的防电磁辐射纺织品的方法比较灵活，它可以根据不同的电磁辐射屏蔽要求选择不同的纤维材料，而且织物具有较好的服用性能。

苏州大学文珊等人通过测试不锈钢纤维电磁波屏蔽织物的屏蔽效能和服用性能，分析了不锈钢纤维含量对织物性能的影响，提出了兼顾舒适性和功能性的设计方案，并利用含Cu9S5的导电腈纶纱，开发了不锈钢防电磁辐射织物。

天津工业大学陈合义等人从原材料和织物组织结构入手，解决了不锈钢长丝与普通纤维纱线复合加工的技术难点，通过对电磁屏蔽原理的研究，提出了防电磁辐射织物屏蔽效能的估算方法，设计了新型组织结构的防电磁辐射织物。

东华大学孙润军等人利用自制的防电磁辐射测试仪器，对碳纳米管、碳纳米粉不同含量样品，以及金属铜丝不同嵌织距离所加工织物等样品的防电磁辐射效果进行了测试和分析，指出屏蔽效率与纬向金属丝的嵌织间距有着非常密切的关系，并拟合得到了嵌织距离与屏蔽效率的回归方程。

H.C.Chen等人采用铜纤维和聚酰胺纤维与丙纶加工包芯纱，加工具有各向同性屏蔽效能的机织物，并对不同叠合层数的产品的电磁辐射屏蔽效能进行了研究。

湘潭大学曾炜等人分别采用化学镀镍和电镀镍方法制备了两种导电PET纤维，并利用其分别与环氧树脂(EP)和水泥两种基体材料复合，制得了屏蔽电磁波干扰的导电复合材料，研究了导电纤维含量与复合材料导电性能、力学性能、电磁屏蔽性能的关系，同时通过对导电纤维表面改性的方法，提高导电纤维与基体的结合能力，达到改善复合材料的导电性能和力学性能的目的。

日本Anebo纤维公司开发了一种X-Akge非电解法锦纶纤维镀银电磁屏蔽服,该织物手感柔软、耐洗性好。经测试,使用X-Akge可以屏蔽个人电脑屏幕发生的电磁波,可以完全屏蔽移动电话发射的电磁波,可保护心脏起搏器的使用者免受电磁辐射影响。

河北科技大学张丽娟在建立纺织材料防电磁辐射性能测试仪以及其性能研究的基础上，搭建了织物仿真模型；并制作了系列织物仿真模型试样，研究了不同镀银混纺纱、长丝及其赛络菲尔纱模型试样屏蔽效能的影响因素及其防辐射机理；建立了不同镀银混纺纱、长丝及其赛络菲尔纱交织排列模式下防辐射效果与排列密度的相关关系；进行了短纤混纺纱防辐射效果评估，并建立了织物镀银纤维含量与防辐射效果相关关系；设计与开发了不同电磁辐射强度环境下防辐射纺织品，并对其屏蔽效能进行了测试与分析。

3 防电磁辐射纺织品屏蔽效能的影响因素[4]

3.1 辐射源类型

我们日常生活中的电磁辐射源随处可见，这些辐射源都可以产生各种形式、不同强度、不同频率的电磁辐射。由电磁环境监测知识得知：电磁辐射源类型不同，产生的电磁辐射波长、强度及频率就不同，对人体的伤害程度也会不同，且同种防护织物对不同辐射源的屏蔽效能也不同。

低频时，屏蔽原理是利用高磁导率的金属屏蔽体进行磁场屏蔽；高频时，屏蔽体的电阻越小，产生的感应涡流就越大，其屏蔽效果就越好。一般来说，很多辐射源既有电场也有磁场，只是频率较低时，电磁辐射主要发生在近场，当高压低电流时以电场为主，可只考虑电场屏蔽；低压大电流时以磁场为主，可只考虑磁场屏蔽。随辐射频率的不断增高，电磁辐射能力增强，产生辐射的电磁场逐渐变为远场，远场中的电场、磁场均不能忽略，需要对电场与磁场同时进行屏蔽。

因此在设计和开发电磁辐射防护织物的同时，应考虑辐射源的类型，使得所设计的防护织物适应所要屏蔽的辐射源，进而达到很好的屏蔽效果。

3.2 辐射源与防护织物的距离

织物防电磁辐射屏蔽效能的大小与织物到辐射源距离的远近有关。日常生活中人们离辐射源的距离可以从几厘米到几米，可将电磁辐射场区分为近区场和远区场可两种。设电磁辐射源波长为λ，当屏蔽体与辐射源的距离r＞ λ/2π时为远区场，r＜λ/2π时为近区场。近区场与远区场的电场强度与磁场强度的关系、电磁场强度及其随距离变化的程度都有一定的差异，因此在设计电磁辐射防护织物的时候，电磁波的近区场与远区场的概念十分有重要。在多数情况下防护织物与辐射源之间的距离通常较远，处于远区场范围内，主要考虑防护织物对平面波的屏蔽效能。

3.3 电磁屏蔽技术

通过对电磁辐射防护织物的研究，目前具有代表性的技术主要包括：镀膜织物涂覆导电涂料织物、粘贴金属箔织物、导电纤维混纺织物、多离子织物、防辐射纤维织物等等。相同条件下，不同屏蔽技术制成的屏蔽织物具有不同的屏蔽效能。

3.4 织物的组织结构和紧度

不同组织结构和紧度的防电磁辐射织物具有不同的屏蔽效能。功能纤维在织物中的比重相同的情况下，平纹组织的屏蔽效能比斜纹组织大，而斜纹组织的屏蔽效能比缎纹组织大。此外斜纹的纹向对织物屏蔽效能的影响也较大，假如在其他条件相同的情况下，三上一下斜纹组织的屏蔽效能则略差于二上一下斜纹组织的屏蔽效能。

分析其原因是当电磁波辐射到织物上时，如果织物中的缝隙孔洞多而大，则透过织物的电磁波就多，其屏蔽效能就越差。众所周知，在其他条件相同的情况下平纹组织织物的结构最紧密，形成的缝隙孔洞最少最小，因此该组织织物的屏蔽效能最好。相比之下斜纹组织织物的屏蔽效能次之，缎纹组织织物的结构最疏松，其屏蔽效能最差。

3.5 织物厚度

织物组织结构的差异及纱线支数的不同，导致织物的厚度不同，而厚度的不同则对织物的屏蔽效能产生影响。主要是由于电磁波在进入厚度厚的屏蔽织物后，由于在内部各界面发生更多的内部多次反射，从而损耗了更多的电磁波能量。所以织物的厚度对其屏蔽效能有较大的影响。

3.6 经纬向纱线的差异及纱线结构

经纬向均有防电磁辐射纤维织物的屏蔽效能优于只纬向有防电磁辐射纤维织物的屏蔽效能。主要是由于双向均有防电磁辐射纤维且交点相接织物形成了一个良好的导电网络，进而能够更好地阻挡电磁波且破坏其辐射频率，从而达到很好的屏蔽作用。

相同条件下镀银长丝试样的屏蔽效能大于对应的赛络菲尔纱的屏蔽效能。分析其原因为相同长度的镀银长丝及赛络菲尔纱相比，赛络菲尔纱中镀银长丝的长度比单纯的镀银长丝的长度长，电阻大，屏蔽效能小。此外，相同条件下由于镀银长丝在试样中形成的导电网的孔或缝隙较赛络菲尔纱的小，使得镀银长丝试样的屏蔽效能好于赛络菲尔纱试样的屏蔽效能。

总之，影响电磁辐射防护织物屏蔽效能的因素诸多。这就要求在开发和设计屏蔽织物时，首先要根据其用途选用防电磁辐射性能强的纤维及织物组织结构，然后再结合屏蔽剂处理，使屏蔽效果达到最佳要求，最终满足不同辐射环境的需求。

[1]郭 鹞.电磁辐射对神经内分泌和免疫系统的影响.疾病控制杂志，2004(2):3-15.

[2]朱 平.功能纤维及功能纺织品.北京：中国纺织出版社，2006:154-166.

[3]贾华明，齐 鲁.防辐射纤维及其织物的研究进展.合成纤维工业，2005,28(5):30-33.

[4]汪秀琛.织物防电磁辐射性能的影响因素分析.棉纺织技术，2004,32(9):539-540.

Discussion on electromagnetic radiation - proof textiles and its shielding effectiveness

HE Yu-jie
(Tangshan University Fashion Design Academy, Hebei Tangshan 064000,China)

In this paper, the harm of electromagnetic radiation is analyzed. The development of shielding fabric and the research progress of functional fiber development of shielding fabric are introduced. The research status of anti-electromagnetic radiation fabric is analyzed. The radiation source type, radiation source and The distance between the protective fabric, the electromagnetic shielding technology, the structure and tightness of the fabric, the thickness of the fabric, the differences between the warp and weft yarns and the yarn structure on the shielding effectiveness of the electromagnetic shielding fabric, the anti-electromagnetic radiation fabric Research and development.

electromagnetic radiation damage; anti - electromagnetic radiation textiles,;functional finishing, functional fibers; shielding effectiveness influencing factors

TS102

A

投稿日期：2017-03-29

张丽娟（1982—），女，籍贯：河北唐山，职称：讲师，研究方向：服装材料与工程。