電磁波屏蔽纖維及紡織品

關(guān)于電磁波屏蔽纖維及紡織品一、電磁輻射的危害

電磁輻射已經(jīng)成為繼水、大氣、噪聲之后的第四大環(huán)境污染源。大量研究表明，電磁輻射對地球生物和人類的危害和影響已經(jīng)遠遠超過了人們以往對它的認識。早期的防電磁輻射或抗電磁干擾研究和產(chǎn)品開發(fā)主要集中在軍事、國防或工業(yè)領(lǐng)域。隨著個人電腦、計算機網(wǎng)絡(luò)通訊、移動電話、視聽設(shè)備、微波爐等電子技術(shù)和產(chǎn)品的日益普及，電磁輻射對人們健康和生命安全的影響日益顯現(xiàn)，這些電磁波雖然無色、無味、看不見、摸不著，但穿透力強、生物作用大，充斥著整個空間令人防不勝防，被人們喻為“電子煙霧”。第2頁,共17頁，2024年2月25日，星期天

據(jù)美國環(huán)保局調(diào)查，98%以上的人接觸不同成都的電磁輻射，而電磁輻射的脈沖輻射會引起的心血管系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)的功能損傷，特別是對大腦的傷害。因此，開發(fā)和使用具有抗電磁輻射功能的紡織產(chǎn)品則是最簡便和有效的手段之一。

第3頁,共17頁，2024年2月25日，星期天二、電磁屏蔽基本原理

屏蔽材料對于電磁波的屏蔽效果可以用Schelkun-off電磁屏蔽理論來表達。材料被電磁波入射時,其屏蔽效果的總和:SE(dB)=R+A+B

式中,R為材料對電磁波能量的反射損耗,A為對電磁波能量的吸收損耗,B為電磁波能量在屏蔽材料中的內(nèi)部反射損耗。從電磁屏蔽效能理論看,材料的厚度、電導率、介電常數(shù)、介電損耗、磁導率等許多因素對屏蔽效能都有影響。第4頁,共17頁，2024年2月25日，星期天

電磁波是由在空間中交替變化的周期性電場和磁場構(gòu)成的。當這些電場或磁場作用于材料時,總存在某種內(nèi)摩擦而形成損耗。材料的介電系數(shù)和磁導率可以復數(shù)形式表達:ε=ε′-iε″

μ=μ′-iμ″式中,ε′和μ′分別表示材料對電場能和磁場能的儲存,而ε″和μ″則表示對電場能和磁場能的消耗。因此,要制作吸波型的屏蔽紡織品,應(yīng)當使用具備較高的ε″和μ″的材料。第5頁,共17頁，2024年2月25日，星期天三、抗輻射紡織品的開發(fā)

抗電磁輻射紡織產(chǎn)品的開發(fā)模擬了常規(guī)電磁屏蔽材料的工作原理，即以金屬隔離的原理來控制電磁干擾由一個區(qū)域向另一個區(qū)域感應(yīng)和輻射傳播，而這種隔離是通過電磁屏蔽材料對入射電磁輻射的反射或吸收實現(xiàn)的。第6頁,共17頁，2024年2月25日，星期天

目前用于電磁屏蔽的紡織品,大多以不銹鋼纖維或碳、石墨纖維等具有較高電導率的材料與紡織纖維混紡或交織制成,或使用金屬化纖維,在纖維或織物上進行金屬電鍍或化學鍍,提高電導率。電導率高的材料對電磁波具有較強的反射能力,具備良好的屏蔽效能,而吸收能力則相對較差，容易在環(huán)境中造成再次污染。理論計算和實踐說明,電損耗型材料在較高的電磁波頻段存在較強的吸收,而磁損耗型材料在較低的電磁波頻段有較強的吸收能力,因此制作具有寬頻吸波性能的紡織品,應(yīng)使材料同時具備一定的介電損耗和磁損耗能力第7頁,共17頁，2024年2月25日，星期天四、開發(fā)吸波型屏蔽紡織品的主要途徑

開發(fā)吸波型電磁屏蔽紡織品有兩條主要思路,一是尋找新型材料,使其同時具有較高的ε″和μ″,而且具有較好的物理機械性能,便于紡織加工,并能夠適合紡織品的應(yīng)用環(huán)境;二是根據(jù)多層復合吸波材料的設(shè)計原理,使用不同性能的電磁損耗材料,利用紡織復合材料的制作技術(shù)制造吸波材料。第8頁,共17頁，2024年2月25日，星期天1碳纖維材料

碳纖維的電阻率隨熱處理溫度的升高而降低,因此經(jīng)低溫處理的某些碳纖維晶化溫度低,結(jié)構(gòu)更加疏松紊亂,具有一定的吸波性能。另外,經(jīng)過特殊工藝處理,如特殊表面處理的某些碳纖維,制作SiC/C復合纖維,這種特殊工藝可在碳纖維表面沉積一層石墨顆粒,或者在碳纖維上接枝某些官能團如酰亞胺等,也可改變纖維的橫截面形狀和大小,對碳纖維表面實施金屬電鍍或化學鍍,使其具有適當?shù)碾娮柚岛瓦m當?shù)摩藕挺讨?制作出具備一定吸波性能的碳纖維材料第9頁,共17頁，2024年2月25日，星期天2.有機導電纖維吸波材料

炭黑是最早得到應(yīng)用的吸波材料,屬于介電型吸收劑;某些金屬氧化物如TiO2,ZnO,NiO,MoO2,WO3等,都具有在一定條件下吸收電磁波的能力。使用炭黑制作的有機導電纖維以及使用某些金屬氧化物制作的導電纖維,目前多用于紡織品的抗靜電,與碳纖維相比,這種材料的機械性能與紡織纖維接近,容易與紡織品結(jié)合,用于紡織復合材料可以調(diào)節(jié)材料的電磁參數(shù),因此也可以用來制作具備優(yōu)異性能的吸波紡織品。第10頁,共17頁，2024年2月25日，星期天3.金屬微粉材料

如羰基金屬微粉吸波材料,包括羰基鐵、羰基鎳和羰基鈷等,都具備良好的吸波性能,其中羰基鐵微粉是最常用的一種磁性金屬微粉吸波材料,如使用合適的粘膠劑將其涂布在纖維或織物表面,形成導磁薄層,或者使用浸漬的加工方法,制備吸波織物或非織造布。這類材料的主要缺點是體積密度較大,造價昂貴,與紡織品結(jié)合性能差。為了克服這一缺點,有人使用直徑幾十微米的空心微珠進行表面改性,如鍍覆金屬鎳等,材料的體積密度大大下降。這是一種有望用于吸波紡織品的材料,有可能用于化學纖維的復合紡絲或織物的涂層整理。第11頁,共17頁，2024年2月25日，星期天4.功能纖維材料

碳化硅纖維是制作多波段吸波復合材料的主要成分,在8～18GHz和26～40GHz頻段范圍內(nèi)有著很好的吸波性能,吸波頻帶寬,吸收能力強。與鐵氧體和金屬超細粉相比,其比重更接近紡織纖維,而且材料強度大,有利于在吸波紡織品中的應(yīng)用;但同時脆性也較大,不耐剪切和彎折,與紡織纖維混合后制取的吸波紡織品耐用性差。同時纖維的長度、形狀因子、電導率、取向等都明顯地影響吸波性能,所制備的材料穩(wěn)定性較差,應(yīng)用于紡織品還有待于進一步研究。第12頁,共17頁，2024年2月25日，星期天5.紡織復合材料

在實際應(yīng)用中,一種類型的材料往往只是在某一頻段有較好的吸波效果,且物理、化學性能各異,僅憑單一的材料很難滿足吸收電磁波材料“輕、薄、寬、強”的需要,因此需要將多種材料進行各種形式的復合以達到阻抗匹配的要求。針對單層吸波材料,于曉凌提出跟蹤逼近優(yōu)化的方法或逆向優(yōu)化方法,對影響單層吸波材料的吸波性能的6個因素,即ε′、ε″、μ′、μ″、電磁波頻率和吸波材料的厚度進行優(yōu)化設(shè)計。第13頁,共17頁，2024年2月25日，星期天

根據(jù)這一方法,在吸波紡織品的設(shè)計中,可以根據(jù)實際要求改變材料中不同組分及其含量以及材料的厚度,進而調(diào)節(jié)材料的電磁參數(shù),達到對某些頻段的電磁波有最強吸收的目的。即使采用新型吸波材料,利用單層紡織品也較難實現(xiàn)在有效薄層內(nèi)使入射波盡可能被強吸收,而且其吸波的極限帶寬也受到諸多限制。利用不同紡織品復合的方法,或利用非織造布技術(shù)將不同性能的材料結(jié)合起來,用雙層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)代替單層結(jié)構(gòu),或設(shè)置阻抗匹配層和吸收層,可實現(xiàn)較好的吸波性能。第14頁,共17頁，2024年2月25日，星期天五、電磁波屏蔽纖維在生活中的應(yīng)用第15頁,共17頁，2024年2月25日，星期天六、電磁屏蔽纖維及紡織品的發(fā)展前景

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，高科技電子產(chǎn)品得到越來越多人的青睞，再給人