电磁屏蔽织物与防辐射屏蔽服屏蔽性能测试方法的研究
2009-05-01
电磁屏蔽织物与防辐射屏蔽服屏蔽性能测试方法的研究
伏广伟 中国纺织工业协会检测中心主任
赵玉峰 中国纺织工业协会检测中心顾问
原载：http://www.cnki.net
网上来稿：zhanyizhen，2008/12/30
一、关于屏蔽材料与屏蔽织物的研究动态
电磁屏蔽是控制电磁干扰, 防止污染环境, 保护人类健康的有效手段。随着科学技术的进步, 在传统的屏蔽材料基础上, 国外不断研究, 开发新的屏蔽材料, 并且开始应用到许多场合。其中电磁兼容技术领域中, 采用物理镀的电镀与化学镀等方法制备的非晶态合金型电磁屏蔽材料已开始用于提高集成电子电路、仪器仪表、无线电、通信、雷达、以及卫星系统等电磁兼容性能, 发挥了良好作用。近年来, 我国在金属填充聚合物电磁屏蔽材料的研究工作中取得较大进展, 比如, 研制成功的导电聚苯胺与金属微粉混合的高效轻质电磁屏蔽材料, 利用与或其他金属粉末存在的复合效应, 形成导电网络见图所示对电磁能量具有显著的衰减性能。
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图1 聚苯胺连接金属粉末颗粒形成导电网络示意图
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按照材料使用形式进行分类, 电磁屏蔽材料可分为金属板带材料、表面金属沉积材料、导电高分子材料、电磁屏蔽涂料和电磁屏蔽织物。
（一）金属板带材料
电磁屏蔽室、微波暗室一直都是电磁屏蔽材料的主要应用领域, 所使用的屏蔽材料是轧制钢板。伴随着钢铁工业发展, 电磁屏蔽钢铁材料的力学性能及屏蔽性能得到了很大程度的提高。虽然屏蔽性能并非轧制钢板的主要追求目的, 但钢板综合性能的提高督屏蔽工程的技术进步起到巨大的推动作用, 主要表现在硅钢和铁镍合金两种材料上。这两种材料在宽频电磁屏蔽性能, 特别是低频磁屏蔽性能方面所具有的优越性是目前任何一种工程屏蔽材料都不具有的。
某些金属熔体通过快速冷却的方法, 能够获得非晶态金属材料。同金属轧制板材相比,非晶态带材的宽度较窄, 目前国内生产的非晶带宽度普遍在40cm以下。小尺寸规格使材料的工程化应用受到一定的限制, 然而非晶态金属材料优良的磁导率和饱和磁化强度为解决磁干扰问题提供了很好的技术方案。
（二）表面金属沉积材料
表面金属沉积材料是采用金属熔射, 真空蒸镀, 阴极溅射、电化学沉积的方法使非导电材料的表面覆盖一层导电薄膜。例如真空镀铝、化学镀铜镍等都是电磁屏蔽材料或元件进场采用的技术手段。
（三）导电高分子材料
导电高分子材料按其组成和导电机理可分为本征型和复合型两种。本征型主要有,共辘型、金属合物型、电荷转移络合物等, 由于这类导电聚合物成本较高, 电磁屏蔽效能较低, 其应用范围受到很大限制, 目前仍处于实验室研究阶段。复合型己进入实际应用, 是将不同的导电填料分散复合于高分子基材中制成导电复合材料, 如普遍使用的导电塑料、导电橡胶等。
（四）电磁屏蔽涂料
导电涂料是由合成树脂、导电填料和助剂组成的一种半液态混合物, 使用过程中将其涂敷于基材表面、固化后形成的导电膜发挥电磁屏蔽的功能。成膜树脂主要有醇酸树脂、丙烯酸树脂、聚氯乙烯、聚苯乙烯等导电填料包括石墨、银、铜、镍导电粉料, 目前人们正在开发、推广Ag/Cu/Ni三种金属的包覆粉料, 被覆粉料有石墨, 空心玻璃微珠、片型矿物粉体等。
在深入研究电磁兼容材料的同时, 为防止电磁环境污染, 保护作业人员与公众的身体健康, 国内外相继研究、开发用于防辐射的个体屏蔽织物和屏蔽帐篷、屏蔽罩、屏蔽隔断等软体屏蔽材料, 即屏蔽织物。电磁屏蔽织物是一类具有织物网络结构的电磁屏蔽材料。目前电磁屏蔽织物包括化纤布表面金属沉淀织物、技术纤维编织物、金属纤维无纺布、导电纤维与化纤的混纺织物, 涉及的金属材料有Cu、Fe、Ni、Al、不锈钢纤维。同其他电磁屏蔽材料相比, 屏蔽材料有质地柔软、易于剪裁、便于贴装的特点。屏蔽效能的高低取决于使用的金属类型和织物的制造方法。
在屏蔽织物的成型工艺方面, 主要分为下面三种
(一)软化金属纤维屏蔽织物
此为纺织成型, 它是特棉纤维, 毛纤维等植物性、动物性纤维与软化金属纤维合股制纱线, 在纺织成屏蔽织物由于加入金属纤维的量不同, 使之屏蔽衰减性能也不相同。目前我国多半采用软化不锈钢纤维与棉纤维、化学纤维等植物纤维混纺制成, 一般衰减性能, 即屏蔽效能大致在10-60dB。采用防止成型的屏蔽织物有:手感与服饰感好;透气性强;色彩多样;耐洗涤;折叠性良好等特点。基本上与市场上流行的纺织布性能一样, 适合作防辐射屏蔽服、屏蔽罩、屏蔽窗帘等。
(二)镀膜金属屏蔽织物
此为湿镀成型, 它是在制成纺织成品, 即布料的两面, 采用物理镀或化学镀的工艺, 在布料上置换沉积上一层导电膜一导电粒子制成的屏蔽织物。镀膜成型的屏蔽织物,一般视金属导电膜层的厚度与施镀金属粒子的导电性来决定屏蔽织物的屏蔽性能, 一般可具有30-80dB的衰减。镀膜织物比软化金属纤维织物在透气性能、服饰感与耐洗涤等性能方面差,但对电磁能量衰减幅度大。所以镀膜屏蔽织物可广泛制成屏蔽帐篷, 作假目标、屏蔽罩等。
(三)金属粒子包覆织物纤维屏蔽织物
日本等国家在开展用金属粒子包覆织物纤维制作屏蔽织物的力度很大, 我国近几年也开始涉足。这种包覆法是将棉纤维、化学纤维等织物纤维处理后, 采用金属置换将导电粒子渗透、沉积在织物纤维表面, 即形成一层牢固的金属导电膜(见图2所示)。
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图2 包覆纤维示意图
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从成型工艺考虑, 在实际制作上多采用对织物纤维丝进行导电层包覆做法。这种方法制作成本高, 从性能上分析, 兼顾软化金属屏蔽织物与镀膜屏蔽织物的特点, 其性能介于上述两者之间。
二、关于屏蔽织物屏蔽效能侧试方法的国内外研究动态
(一)屏蔽效能
）与加屏蔽该点的电场强度E1（或电场强度H1、能量场强度P1）的比值, 对于实际屏蔽材料, 屏蔽效能SE可表示为SE=A+R+B,A、R、B三项表达式如下表所示：