導電錦綸6防電磁輻射面料屏蔽效能研究

吳愛輝

（江蘇省紡織原料物資有限公司，江蘇南京 210002）

“電磁污染”是指電磁輻射的強度超過人體或環(huán)境所能承受的限度所產(chǎn)生的危害現(xiàn)象，已成為繼大氣污染、水污染、固體廢棄物污染和噪聲污染之后的第五大污染；無色、無味、無形、無蹤，直接作用于機器或人體，是危害嚴重的“隱形殺手”。人體的器官和組織都存在穩(wěn)定、有序、微弱的電磁場，一旦受到外界電磁場的干擾，處于平衡狀態(tài)的微弱電磁場將遭到破壞，使血液、淋巴液和細胞原生質(zhì)發(fā)生改變，對人體造成嚴重危害，影響人體的循環(huán)、免疫、生殖和代謝功能，甚至可致胎兒畸形或孕婦自然流產(chǎn)[1,2]。因此，隨著人們對健康越來越重視，研究和開發(fā)各種具有防電磁輻射面料已成為新型紡織品開發(fā)的熱點領(lǐng)域之一。

為減少電磁輻射對人體的危害，一方面，可對電磁輻射源進行屏蔽，減少輻射量；另一方面，研制有效的防護材料進行個體防護，防電磁輻射織物即是其中之一。賦予織物優(yōu)良的導電或?qū)Т判阅芗纯尚纬闪己玫姆离姶泡椛淇椢铮斂椢锸芡饨珉姶挪ㄗ饔脮r良好的導電性可產(chǎn)生感應電流，相應產(chǎn)生與外界磁場反方向的磁場，從而與外界磁場相抵消，達到對外界電磁場的屏蔽作用；較強的導磁性能有效地起到消磁作用，使電磁能轉(zhuǎn)化為其它形式的能量，以達到吸收電磁輻射的目的[3]。

本文以錦綸涂銀導電長絲為經(jīng)、緯原料織造而成的機織防電磁輻射面料，在輻射源頻率為30 MHZ～3000 MHZ范圍內(nèi)，通過面料厚度等因素變化，分析其電磁屏蔽效能，并進一步對其穩(wěn)定性展開探討。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

導電錦綸6：線密度110dtex。

織物：電磁屏蔽面料，組織：平紋。

1.2 測試儀器

1.2.1 掃描電鏡

用JEOL 日本電子株氏會社生產(chǎn)的JSM-5600LV型掃描電子顯微鏡來觀察導電纖維表面形貌。

1.2.2 纖維導電性

采用QJ123A型直流電橋測試錦綸6導電纖維的電阻率。

1.2.3 電磁屏蔽效能

利用FY 800織物防電磁輻射性能測試儀來測試織物的電磁屏蔽效能，全頻一次掃描，帶寬30 MHz-3GHz。

1.2.4 電磁屏蔽面料耐磨性

采用往復式織物耐磨儀對電磁屏蔽面料進行耐磨處理。

2 結(jié)果與討論

電磁輻射防護面料的基本原理是基于電磁波穿過防電磁輻射織物時，產(chǎn)生反射、吸收以及電磁波在織物內(nèi)的多次反射，而導致電磁波能量的衰減[4]。

圖1 導電錦綸6纖維的SEM圖

圖1所示為導電錦綸6纖維的SEM圖。從圖中可發(fā)現(xiàn)，導電錦綸6纖維表面粗糙，并且分布有一些小顆粒，這主要是因為其表面沉積了一層導電介質(zhì)。表1所示為錦綸6導電纖維的表面電阻，經(jīng)分析測試，其平均值為4.06 Ω/cm。

表1 導電錦綸6纖維的電阻

圖2 普通錦綸6面料和錦綸6導電面料的電磁屏蔽效能

圖2所示為普通錦綸6面料和錦綸6導電面料的電磁屏蔽效能隨頻率變化之間的關(guān)系曲線。由圖可知，在頻率為0～3000 MHz范圍內(nèi)，普通錦綸6面料的電磁屏蔽效能介于0～0.5 dB，不具備電磁屏蔽的功能。錦綸6電磁屏蔽面料，在頻率范圍為0～500 MHz時，隨著頻率的增加，其屏蔽效能從0增加到了50dB；在500～2000 MHz，其屏蔽效能約為50 dB，處于一個相對較為穩(wěn)定屏蔽平臺，體現(xiàn)出優(yōu)異的電磁屏蔽性能；而在2000～3000 MHz范圍內(nèi)，其電磁屏蔽效能有所下降，但高于40 dB。這主要是，隨著頻率的增加，吸收損耗增大，而反射損耗減小，即低頻時材料的屏蔽效能主要來源于反射損耗，機織面料經(jīng)緯交織點之間在其表面形成大量的微孔結(jié)構(gòu)，可產(chǎn)生一定的感抗，反射性能較好；而高頻時電磁波變得容易進入，屏蔽效能主要取決于電磁波在面料內(nèi)部的吸收損耗。

根據(jù)實用需要，對于大多數(shù)電子產(chǎn)品的屏蔽材料，在30～1000 MHz頻率范圍內(nèi)，其電磁屏蔽效能至少達到35 dB以上，才認為是有效屏蔽效果[5]。以上現(xiàn)象表明：由錦綸6導電長絲開發(fā)的電磁屏蔽機織面料在頻率為0～3000 MHz范圍內(nèi)具有優(yōu)異的電磁屏蔽效能。

圖3 不同厚度電磁屏蔽面料的屏蔽效能隨頻率的變化

圖3所示為不同厚度電磁屏蔽面料的屏蔽效能隨頻率的變化關(guān)系。從圖3可發(fā)現(xiàn)，在頻率范圍為0～350 MHz時，隨著電磁屏蔽面料厚度（層數(shù)）的增加，其屏蔽效能明顯增加，厚度為四層時，其屏蔽效能達到了60 dB。頻率在350～3000 MHz范圍內(nèi)，當面料厚度超過二層時，其屏蔽性能顯著提高，出現(xiàn)了一個屏蔽效能達到了70 dB左右的屏蔽平臺，尤其在頻率高于2000 MHz時，其屏蔽效能得到了進一步的改善；然而，當層數(shù)超過二層時，隨著層數(shù)的增加，進一步提高屏蔽效能并不明顯。這主要是隨著試樣厚度的增大，吸收損耗增大，多次反射損耗增大，即試樣的厚度越大電磁屏蔽性能越好，但是當電磁波進入良導體之后，它是以平面波的形式向前傳播，當電磁波在良導體中“行走”一定的距離（趨膚深度）時，它的幅度已降至它在導體外表面時幅度的e-1倍[6]。對于高頻電磁波，當試樣厚度大于趨膚深度時，增加電磁屏蔽面料的厚度對其電磁屏蔽性能影向不大。因此，當厚度達到二層時，該錦綸6導電面料即可具有優(yōu)異的電磁屏蔽性能。

圖4 錦綸6電磁屏蔽面料的耐磨性

圖4所示為錦綸6電磁屏蔽面料重量減少率隨摩擦次數(shù)的變化。隨著摩擦次數(shù)的增加，錦綸6電磁屏蔽面料的重量減少率逐漸增加，當摩擦次數(shù)達到750次時，其重量減少率約達到了6%，且與摩擦次數(shù)成線性關(guān)系，表明：該錦綸導電涂層長絲制備而得到的電磁屏蔽面料的耐磨性不佳。這主要是錦綸6表面經(jīng)過導電介質(zhì)沉積后，其表面粗糙度增加，且表面導電介質(zhì)與基體錦綸6之間的粘結(jié)力不強。

為進一步分析該錦綸6電磁屏蔽面料屏蔽效能的穩(wěn)定性，其電磁屏蔽性能隨摩擦次數(shù)之間的關(guān)系如圖5所示。由圖5可知，經(jīng)過750次摩擦處理后，除了在頻域為750～1250 MHz時，其屏蔽效能略有下降，但該錦綸6面料的電磁屏蔽效能基本保持不變。這主要是雖然經(jīng)過摩擦處理，面料表面的導電沉積介質(zhì)雖有一定的脫落，但縱橫交錯的經(jīng)緯紗絲之間仍能形成良好的導電通路。

圖5 電磁屏蔽性能與摩擦次數(shù)之間的關(guān)系

3 結(jié)論

本文以銀導電介質(zhì)沉積錦綸6為原料開發(fā)電磁屏蔽面料，錦綸6導電面料的電磁屏蔽效能超過50 dB，尤其是經(jīng)過兩層復合后，在頻域為350～3000 MHz內(nèi)，其屏蔽效能達到70 dB，且經(jīng)過750次摩擦處理后，其重量減少率雖達到了6%，但是其電磁屏蔽效能幾乎不變，具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。

[1]陳俊平, 吳翠霞.日常生活中的電磁污染及防護對策[J].環(huán)境科學與技術(shù), 2003, 26(增刊): 39-40.

[2]Aitken R.J., Bennetts L.E., Sawyer D., et al.Impact of radio frequency electromagnetic radiation on DNA integrity in the male germline [J].International Journal of Andrology, 2005, 28(3): 171-179.

[3]劉國華, 王文祖.電磁輻射防護織物的開發(fā)[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品, 2003, 21(153):16.

[4]蘇軍強.電磁輻射對人體的危害與防護織物及服裝的開發(fā)[J].中國個體防護裝備, 2007 (1):18-20.

[5]徐 晶, 徐先林.電磁輻射防護織物發(fā)展現(xiàn)狀[J].紡織科技進展, 2009(3):25-27.

[6]項 萍, 程和法, 莫立娥, 曹玲玲.開孔泡沫鋁的電磁屏蔽性能[J].金屬功能材料, 2008, 15(1):12-15.