碳纖維碳纖維電磁屏蔽織物織物

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、導電纖維混紡織物的研究現狀，敘述了織物碳纖維電磁屏蔽織物的性能測試，簡要介紹了國內外碳纖維電磁屏蔽織物織物的生產現狀及趨勢。

關鍵詞：碳纖維電磁屏蔽織物；織物；屏蔽材料

引言

隨著科技的迅速發展，電磁波在航空、航天、通信、家用電器、軍事等領域得到廣泛的應用，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

碳纖維電磁屏蔽織物織物具有良好的導電性能，又可保持織物材料透氣、柔韌、可折疊、粘結等特性，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電層，主要通過反射損耗達到屏蔽的目的。常用的制備技術包括化學鍍、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的金屬粉末、金屬氧化物或者非金屬導電材料；或讓涂層劑中含有高分子成膜劑、導電成分涂料，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電聚合體，其復合織物材料屏蔽效果達到36dB。義小蘇等[21]采用單臂碳納米管作為導電填料，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膠黏劑復合制成的材料，其中表面金屬箔起到屏蔽電磁波的作用。它的優點是方法簡單、粘結強度高、不易部分脫落、導電性能良好，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，達到保護人體的作用。

2.4 導電纖維混紡織物

該類織物主要將導電纖維與普通纖維經混紡技術織成的織物。常用的導電纖維主要有鎳纖維、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，屏蔽效果達到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到55dB以上。中國山西華麗服飾科技發展有限公司開發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工藝對金屬進行離子化處理。目前國內產業化的主要是紅豆集團與科研單位聯合開發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到99.4%，可用于多種場合的電磁輻射防護，也可應用于軍隊保密、偽裝等領域。

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場測試法和近場測試法[24-25]。

遠場為屏蔽體到電磁輻射源的距離r≥λ/2π的區域，λ為輻射電磁波波長，遠場區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 的區域，λ為輻射電磁波波長，近場內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。在近場區內電磁能量在場源與場點之間往返振蕩和交換，因此SEE≠ SEH。

4 國內外發展現狀及趨勢

國內外通過改進紡紗工藝提高生產技術，相繼開發出了多種防護織物以適應市場需要。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鍍層技術制得[28]。

目前在國際上，供應碳纖維電磁屏蔽織物織物產品的只有幾家企業，如韓國Metaline、德國 Schlegal、Shiedex、美國英國跨國公司 Laird 和日本Seiren，這些公司技術力量雄厚，在碳纖維電磁屏蔽織物材料行業已有多年的技術經驗，產品的性能穩定，其采用的技術已從污染嚴重的電鍍或化學鍍工藝向環保的技術工藝發展，如采用先進的等離子技術、超臨界技術等，同時也有部分公司采用先進的編織技術、混紡技術織造碳纖維電磁屏蔽織物材料，產品檔次高、性能穩定、生產效率高。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，部分先進的技術已應用到武器裝備中，而國內對于智能型吸波材料的研究仍處于探索性階段，技術力量相對薄弱，研究主要集中在概念及基礎理論研究、機體智能材料及結構元件的研制等方面。對于新型多離子碳纖維電磁屏蔽織物織物的研究開發，國內的技術相對薄弱，雖已有新產品面市，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，同時需要建立相應的屏蔽理論、材料的表征參數及材料的設計機制。采用紡織復合方法制備的碳纖維電磁屏蔽織物織物是充分開發現有材料性能潛力、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狀[J].包裝工程，2006（2）：1-4.

（作者單位：國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心）