電磁防護紡織品的研究

焦馨宇

（天津工業(yè)大學紡織科學與工程學院，天津 300387）

0 引言

目前，電子產(chǎn)品普遍應用于人們的工作、生活中。在這一背景下，電磁輻射問題影響了人們的健康。通常情況下，電磁輻射能量越大，產(chǎn)生的危害也越大。開發(fā)實用性強、便攜性高的電磁防護產(chǎn)品已經(jīng)成為人們防控電磁輻射危害面臨的必然選擇。防護型紡織品應該符合人們對電磁輻射危害防護的要求。因此，對電磁防護紡織品進行開發(fā)是很有必要的。

1 電磁輻射的危害

電磁輻射的危害主要體現(xiàn)為以下2 個方面。

1.1 熱效應方面

電磁輻射中的熱效應包括人的健康狀況[1]。處于電磁熱效應環(huán)境下，健康人群容易出現(xiàn)白細胞水平下降、發(fā)熱以及頭痛等問題。隨著健康人群在熱效應環(huán)境中停留時間的延長人體合并內(nèi)分泌系統(tǒng)疾病、心血管疾病甚至是惡性腫瘤的風險，均明顯升高。熱效應的危害與電磁波強度呈正相關(guān)關(guān)系。當產(chǎn)生熱效應的電磁波功率＞1 kW 時，處于該環(huán)境下的健康人群將面臨死亡威脅。

1.2 非熱效應方面

電磁輻射形成后，除了熱效應外，這一作用機制還會產(chǎn)生非熱效應。該效應的危害是長期處于電磁非熱效應作用下，健康人群的血液循環(huán)、淋巴循環(huán)、細胞間循環(huán)等容易在外部電磁場的干擾下，出現(xiàn)異常改變。隨著機體平衡機制的打破，其免疫功能、正常新陳代謝等均可能受到一定損害，上述變化容易增加健康人群的患病風險。

2 電磁防護原理分析

根據(jù)電磁波傳播機制，可利用如下原理，加強對電磁防護紡織品的研發(fā)。

2.1 反射原理

電磁輻射的形成機制：電磁波傳遞期間，除了部分被吸收、反射的電磁波外，部分電磁波穿透被輻射組織，進而造成輻射損害[2]。在這一過程中，電磁波產(chǎn)生的危害程度主要受透過率、反射率以及吸收率這3 個參數(shù)的影響。電磁波的透過率與反射率、吸收率水平呈負相關(guān)關(guān)系。基于上述作用原理，可借助增大反射率的形式，減少穿透組織的電磁波能量，進而達到一定的保護目的。在開發(fā)防護型紡織品時，可利用可反射電磁波（電磁輻射）的紡織材料，提高紡織品的反射率參數(shù)，進而減少穿過紡織品的電磁波。運用該原理時，可根據(jù)電磁防護要求對紡織品層數(shù)、結(jié)構(gòu)進行合理設(shè)置，從而達到預期的防護效果。例如，如果電磁防護紡織品擬使用環(huán)境的電磁輻射較強，那么可以通過對紡織品結(jié)構(gòu)的特殊處理，使電磁波在穿過紡織品時，在紡織品內(nèi)部發(fā)生多次反射，逐步減少電磁波能量，實現(xiàn)電磁場能的衰減，進而滿足紡織品使用者的電磁輻射保護要求。

2.2 吸收、抵消原理

除了反射作用外，還可借助吸收、抵消作用，弱化電磁輻射帶來的不良影響。為了實現(xiàn)該類防護原理的應用，可選擇具有一定磁性的材料開發(fā)防護型紡織品。當電磁波通過有磁性的紡織品時，可與紡織品形成電磁感應，這一感應過程有助于降低電磁波的透過率，最終達成防護目的[3]。通常情況下，在應用上述原理設(shè)計、開發(fā)防護型紡織品時，所選紡織材料需要具備良好的磁導率與電導率性能。

3 電磁防護紡織品的開發(fā)

這里主要從以下4 個方面入手，針對電磁防護紡織品的開發(fā)進行分析和研究。

3.1 紡織物材料選擇方面

根據(jù)可行電磁防護原理，在開發(fā)防護型紡織品時，可從以下4 類材料中選擇紡織品的基本材料：1） 硫化銅紡織材料。該復合材料以銅鹽、氰基（來源：聚丙烯腈纖維）為原材料，在硫化劑及還原劑等輔助材料的輔助下發(fā)生螯合反應獲得。該材料具有良好的抗靜電、消除（吸收）電磁場特征。2） 金屬噴鍍紡織材料。該材料的電磁輻射防護原理如下：吸收、抵消作用。該類新型材料的加工工藝：在高溫條件下，將金屬材料加熱至融化狀態(tài)，借助高壓氣流的作用將呈液態(tài)狀的金屬液體均勻噴灑于織物表面，使其轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢姶艌鑫兆饔玫男滦筒牧稀膶嶋H應用狀況來看，該材料的加工工藝可靠性良好（織物與表面金屬層結(jié)合穩(wěn)定性較強），且加工工藝較為簡單，具有較強的推廣價值。3） 聚酰胺纖維+金屬紡織材料。該類材料是在金屬噴鍍紡織材料基礎(chǔ)上衍生出來的，其特征為：利用聚酰胺纖維與特定金屬材料（銅、鋼等）、織物的融合，形成一種復合材料。該種新型材料可幫助使用者有效避免外界電磁輻射的危害。4） HTCU 特種纖維材料。該類防護材料的生產(chǎn)工藝促使金屬正離子分別于紡織纖維深層、中層及表層成膜，形成具有良好導電性能的紡織纖維材料。與其他材料相比，該類材料的優(yōu)勢在于具有較強抗靜電作用，并且對電磁輻射的屏蔽作用顯著。除此之外，該類材料也存在一定的缺點其生產(chǎn)成本較高，難以在用量較大的紡織品生產(chǎn)中推廣。

3.2 紡織品開發(fā)流程

根據(jù)以往的電磁輻射防護經(jīng)驗，電磁屏蔽（電磁場吸收、抵消）與電磁波反射原理，均可為新型電磁防護紡織品的開發(fā)提供可靠支持。考慮到電磁防護紡織品開發(fā)的便捷性，這里選擇電磁屏蔽原理，闡述電磁屏蔽型紡織品的開發(fā)與制備流程。具體為以下2 條：1） 紡織材料性能分析。在屏蔽型紡織品開發(fā)中，所選紡織材料的性能直接影響紡織品的電磁輻射屏蔽效果。選定基礎(chǔ)紡織材料后，可根據(jù)紡織品使用環(huán)境的特征及屏蔽材料性能的要求，搭配適宜導電材料并進行合成。目前，屏蔽材料導電性方面的要求為：材料的電導率參數(shù)需要＜102Ω/cm。基于上述要求，可將所有符合上述參數(shù)范圍的可用導電材料篩選出來，再結(jié)合紡織材料的經(jīng)濟性、舒適度等要求，擇優(yōu)選擇適宜材料。2） 屏蔽紡織品的生產(chǎn)。在這一制備環(huán)節(jié)中，生產(chǎn)工藝的選擇主要受到選定材料的限制。如果選用金屬導電材料，則可借助電鍍技術(shù)于織物表面進行鍍膜，借助金屬織物與電磁場間的電磁感應，消耗其能量，進而滿足使用者的安全防護要求。選擇了以納米材料為代表的新型材料后，就需要借助納米涂層或共混紡絲技術(shù)等技術(shù)，完成屏蔽型紡織品的生產(chǎn)。例如，可采用電鍍技術(shù)將覆蓋聚亞胺酯膜的鍍銀銅絲與棉織物進行復合，形成一種薄層電磁屏蔽織物。通過對該電磁屏蔽織物的剪裁、縫合，制作防護手套、防護上衣等防護型紡織品。

3.3 紡織品防護性能測定方面

在電磁防護紡織品的開發(fā)工作中，紡織品防護性能是否良好是決定紡織品能否上市推廣的關(guān)鍵。針對上一環(huán)節(jié)提到的聚亞胺酯膜+鍍銀銅絲紡織品，可按照以下2 個流程，針對其電磁防護（屏蔽）性能進行測試：1） 近場測試法。在電磁波近場條件下，分別測定無紡織品條件下、有紡織品條件下的同一位置的電磁波。嚴格按照近場測試流程進行測試，所得結(jié)果如下：無紡織品條件下，測試環(huán)境中的電磁波頻率范圍為0～19.4 MHz。而使用聚亞胺酯膜聯(lián)合鍍銀銅絲紡織品后，透過該防護型紡織品的電磁波降為1.2 MHz。上述結(jié)果證實：該紡織品可對電磁場形成良好屏蔽作用，可滿足使用者的電磁輻射防護要求。2） ASTMES-7 同軸傳輸線遠場測試法。為了保證紡織品屏蔽性能測試的可靠性，經(jīng)近場測試法確定屏蔽性能參數(shù)后，還可設(shè)置遠場測試環(huán)境，利用ASTM-ES-7 同軸傳輸線測試技術(shù)再次開展測試。遠場測試環(huán)境下，未使用紡織品時，現(xiàn)場測點1、2 的電磁波頻率分別為581.6 MHz、585.1 MHz。分別在上述2 個測點放置厚度為8.0 mm 的聚亞胺酯膜聯(lián)合鍍銀銅絲紡織品后，測點1 的頻率降至51.6 MHz，而測點2 的頻率參數(shù)則降至52.0 MHz。上述結(jié)果證實：測試實驗所選紡織品的屏蔽性能良好，具備較強的抗電磁輻射作用，符合實際推廣要求。

3.4 紡織品開發(fā)注意事項

為了保證電磁防護紡織物的研發(fā)質(zhì)量，在實踐研發(fā)工作中，需要注意以下3 個問題：1） 做好防護型紡織品的人性化設(shè)計。開發(fā)電磁防護紡織品的最終目的為：在頻繁接觸電磁輻射的高危人群中推廣該防護用品，抑制電磁輻射作用帶來的危害及不良影響。基于上述要求，在開發(fā)紡織品時，應該遵循人性化原則，從多個方面、多個角度考慮和滿足使用者以及潛在客戶群體對防護型紡織品的使用要求。例如，為了滿足電磁輻射高危人群的便攜性要求，可考慮將防護型紡織品開發(fā)成服飾或常見配飾，以保障該類紡織品的充分使用。2） 合理選擇設(shè)計工藝。在研發(fā)防護型紡織品時，還需要對設(shè)計工藝進行選擇。以電磁防護紡織服飾為例，在設(shè)計該類防護用品時，為了減少由使用者手部、頭部等組織暴露引發(fā)的輻射損傷，需要盡量縮小電磁防護紡織服飾的開口尺寸以及減少開口數(shù)量，并適當增加服飾密度及厚度參數(shù)，以保證紡織服飾設(shè)計方案高度契合使用者的要求。3） 滿足電磁防護紡織品的各項要求。研發(fā)電磁防護紡織品的目標以投產(chǎn)和推廣為主。因此，在前期設(shè)計階段，需要充分考慮紡織品設(shè)計方案的經(jīng)濟性、實用性和舒適度等特征。為了擴展其推廣范圍，可從紡織品材料選擇、紡織品結(jié)構(gòu)設(shè)計、厚度設(shè)計等方面，平衡電磁防護紡織品的各項屬性，以保證其在現(xiàn)實生活中各電磁輻射場景中的良好推廣。

4 結(jié)語

綜上所述，做好電磁防護紡織品的研發(fā)工作具有一定的現(xiàn)實意義。為了保證電磁防護紡織品的防護性能，可以結(jié)合電磁輻射的特征，合理確定防護型紡織品的開發(fā)思路，使人們免受電磁輻射的干擾。此外，為了進一步發(fā)揮電磁防護紡織品的作用，還應該對新材料的防護性能進行分析，不斷更新電磁防護紡織品，以滿足人們對電磁輻射的防護管理要求。