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(yuǎn)遠(yuǎn)超過了人們以往對它的認(rèn)識(shí)。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(gè)人電腦、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊、移動(dòng)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(qiáng)、生物作用大，充斥著整個(gè)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(huì)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(dá)。材料被電磁波入射時(shí),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(dǎo)率、介電常數(shù)、介電損耗、磁導(dǎo)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(dāng)這些電場或磁場作用于材料時(shí),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(dǎo)率可以復(fù)數(shù)形式表達(dá):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(chǔ)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(dāng)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(gè)區(qū)域向另一個(gè)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(shí)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(dǎo)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(jìn)行金屬電鍍或化學(xué)鍍,提高電導(dǎo)率。電導(dǎo)率高的材料對電磁波具有較強(qiáng)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(jì)算和實(shí)踐說明,電損耗型材料在較高的電磁波頻段存在較強(qiáng)的吸收,而磁損耗型材料在較低的電磁波頻段有較強(qiáng)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(shí)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(shí)具有較高的ε″和μ″,而且具有較好的物理機(jī)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(fù)合吸波材料的設(shè)計(jì)原理,使用不同性能的電磁損耗材料,利用紡織復(fù)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(fù)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(tuán)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(shí)施金屬電鍍或化學(xué)鍍,使其具有適當(dāng)?shù)碾娮柚岛瓦m當(dāng)?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(jī)導(dǎo)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(jī)導(dǎo)電纖維以及使用某些金屬氧化物制作的導(dǎo)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(jī)械性能與紡織纖維接近,容易與紡織品結(jié)合,用于紡織復(fù)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(dǎo)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(diǎn)是體積密度較大,造價(jià)昂貴,與紡織品結(jié)合性能差。為了克服這一缺點(diǎn),有人使用直徑幾十微米的空心微珠進(jìn)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(xué)纖維的復(fù)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(fù)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(qiáng)。與鐵氧體和金屬超細(xì)粉相比,其比重更接近紡織纖維,而且材料強(qiáng)度大,有利于在吸波紡織品中的應(yīng)用;但同時(shí)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(shí)纖維的長度、形狀因子、電導(dǎo)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(jìn)一步研究。第12頁,共17頁，2024年2月25日，星期天5.紡織復(fù)合材料

在實(shí)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(xué)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(qiáng)”的需要,因此需要將多種材料進(jìn)行各種形式的復(fù)合以達(dá)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(gè)因素,即ε′、ε″、μ′、μ″、電磁波頻率和吸波材料的厚度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。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(jì)中,可以根據(jù)實(shí)際要求改變材料中不同組分及其含量以及材料的厚度,進(jìn)而調(diào)節(jié)材料的電磁參數(shù),達(dá)到對某些頻段的電磁波有最強(qiáng)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(shí)現(xiàn)在有效薄層內(nèi)使入射波盡可能被強(qiáng)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(fù)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(shí)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