电磁屏蔽织物材料的种类分析

电磁屏蔽的作用原理
电磁屏蔽是指以某种材料(导电或导磁材料)制成的屏蔽壳体(实体或非实体)将需要屏蔽的区域封闭起来，形成电磁隔离，即外来的辐射电磁场不能进入这个区域(或进出该区域的电磁能量将受到很大的衰减)。电磁屏蔽的作用原理是利用屏蔽体对电磁能流的反射、吸收和引导作用。其屏蔽效能可表示成：SE=A+R+B式中A为吸收损耗，R为反射损耗，B为多次反射损耗。

根据电磁屏蔽的作用原理，屏蔽材料或产品均要求具有高导电性或导磁性。根据应用需要及各种法规的要求，当材料的屏蔽效能达到30～60dB的中等屏蔽值时，认为有效。屏蔽电磁干扰的材料和方法很多，按电磁波屏蔽的机制可以把电磁屏蔽材料分为三种类型，反射型、反射吸收型和吸收型；按应用形式和结构可分为表层导电型屏蔽材料、结构型屏蔽材料和金属化织物类屏蔽材料。

表层导电型屏蔽材料
表层导电型屏蔽材料又分为导电涂料和金属敷层型屏蔽材料，是指将具有导电能力的导电聚合物或掺杂有银、铜、镍、碳等导电填料的混合物喷涂在制品表面，或通过金属熔融喷射、化学镀、真空溅射、真空镀金和贴金属箔等方法使高分子绝缘材料的表面获得很薄的导电金属层，从而达到电磁屏蔽的目的。
在各种电磁屏蔽材料中，导电涂料以其工艺简单、无需特殊设备、不占空间以及与基材一体化等众多优势成为其中的佼佼者，被广泛应用于各类电子产品、装置、系统的电磁辐射防护。统计表明，在美国使用电磁屏蔽涂料方法占各种屏蔽方法的80％以上。

结构型屏蔽材料
结构型屏蔽材料主要是指导电高分子材料，按制备方法不同可将导电高分子材料分为复合型与本征型两大类。复合型导电高分子材料是以高分子材料为基体，加入一定数量的导电物质(如碳黑、石墨、碳纤维、金属粉、金属纤维等)组合而成。该类聚合物兼有高分子材料的加工特性和金属的导电性。本征型导电高分子材料，是指高分子本身或少量掺杂后具有导电性质，一般是电子高度离域的共轭聚合物经过适当电子受体或供体进行掺杂后制得的。

金属化织物类屏蔽材料
金属化织物既具有良好的导电性能，又能保持织物原有的某些特性，因而可以进行粘接、缝制，易于制成不同的几何形状(如导电泡棉、导电胶带)对辐射源进行屏蔽，而且还可以缝制成屏蔽服、屏蔽帽等使工作人员免受电磁波的辐射，是理想的电磁屏蔽材料。按照生产制备方法的不同，电磁波屏蔽织物主要包含以下几种：金属丝和服用纱线的混编织物；金属纤维混纺织物：共混纺丝织物；真空镀金属织物；金属涂层织物；硫化铜织物；化学镀金属织物；综合技术制备的金属织物。

金属丝和服用纱线的混编织物
金属丝和服用纱线的混编织物是早使用的电磁波屏蔽织物。金属丝主要由铜、镍和不锈钢及它们的合金制造。特殊场合还采用银丝或铅丝。防护效果尚可，但手感较硬，又厚又重，服用性能较差。随着金属纤维混纺织物的开发与发展，这种混编织物现在已经很少使用。

金属纤维混纺织物
为了改善混编织物的服用性，把金属丝拉成纤维状，再同服用纤维混纺，织成混纺织物。金属纤维除具有良好的导电性、导热性和耐高温外，还有较高的强度。当前用于屏波织物的金属纤维主要是镍纤维和不锈钢纤维，纤维直径可从2～10微米。由于金属纤维弹性差、摩擦大、抱合力弱，不适合于高支纱的纺织。根据具体用途和屏蔽性能要求不同，可以调整金属纤维的混合比例。用于防电磁波辐射的织物，金属纤维的混合比例在10％～50％之间，混纺的材料有化纤、棉及粘胶纤维等，主要用于人体及设备的电磁屏蔽，屏蔽效能在20-70dB之间。

共混纺丝织物
将具有电磁屏蔽功能的无机粒子或粉末与普通纤维切片共混后进行纺丝，可制备具有良好的导电性和铁电性的纤维，又使纤维不失去原有的强度、延伸性、耐洗性和耐磨性。共混纺丝法制得的导电织物具有成本低、寿命长、可靠性高等优点，但屏蔽性能不高，特别是高频时屏蔽性能会下降，而且此法制造工艺较复杂，还要考虑到导电相与基体的亲合性、热膨胀系数、热稳定性以及导电相的加入对机械性能的影响。因而对于电磁屏蔽纤维的共混纺丝法的研究将致力于改善填料性能、优化填料排列方式，以达到屏蔽性能、机械性能、工艺性能的和谐统一。

真空镀金属织物
采用真空镀(物理气相沉积)金属技术制备金属织物主要包含两种，一种是先将金属镀在涤纶薄膜上，再切成丝，镶嵌在织物内；另一种是直接把金属镀覆在织物上，在表面再涂上树脂。有的还在树脂内添加各种色料，增加色彩，改变以往单一银白色的基调。织物真空镀金属分为很多种方法，常用的有真空蒸镀、真空溅射镀等。
织物真空镀金属的工艺过程比较简便，然而采用真空沉积法制得的金属化织物，织物纤维与金属之间结合力弱，金属层易剥离脱落。因此，真空镀金属织物至今在电磁屏蔽领域内还没有得到广泛的应用。

金属涂层织物
用涂层整理技术使织物金属化，是在涂层整理剂中添加一定的粉末状导电磁性物质，然后涂覆到织物表面上。所选用的导电磁性物质主要有：银粉、铜粉、铁粉和石墨粉等。通常用的金属粉末为片状，它在涂层浆中的含量可高达60％以上，经涂布后，能使织物表面产生金属光泽。
涂层法生产的金属化织物的主要特点是具有很好的粘结性、挠曲性、耐磨性和耐化学药品性，但屏蔽效能一般，透气性和手感较差。

硫化铜织物   
硫化铜织物制备原理，是利用聚丙烯腈纤维大分子链上的氰基和铜盐，借助还原剂、硫化剂等，发生螯合形成的，主要是银、铜、锡等金属的硫化物和碘化物，属于具有P型半导体性质的导电体。硫化铜织物的导电性，随温度的升高而降低，这就是P型半导体导电特征的体现。由于一价铜离子和氰基的螯合作用，生成的螯合物，耐洗、耐搓、耐日晒、可熨烫，对导电性的影响不大。该织物仍保留原织物的风格，质地轻薄，柔软透气，吸湿滑爽，导电性和电磁屏蔽性能一般，主要应用于抗静电、电磁屏蔽领域，另还具有抗菌、消臭的功能。

化学镀金属织物
化学镀是将铜、镍等金属镀覆在织物上，在表面再涂上树脂，能获得均匀的镀层，不会大幅度地恶化纤维的其他良好性能。化学镀铜织物具有良好的导电性，是优良的电场屏蔽材料，广泛用于屏蔽微波领域，因为物美价廉取代了当时风靡一时的化学镀银屏蔽织物。该类织物的主要特点是屏蔽电场效能高、质地轻柔、透气性好、价格低廉，但很容易被氧化腐蚀失效、屏蔽磁场能力不强。化学镀镍是利用镍盐溶液在强还原剂次亚磷酸钠的作用下，使镍离子还原成金属镍，同时次亚磷酸盐分解析出磷，因而在具有催化表面的镀件上，获得Ni-P合金镀层。这类织物的主要特点是质地轻柔、透气性好、耐磨性强、价格低廉、抗氧化腐蚀能力强，但电磁屏蔽性能较弱，特别是屏蔽电场的能力很弱。
结合两者特点，采用铜镍复合镀方法制备金属化织物，既可以保证织物的导电性和电磁屏蔽性能，又可以提高织物抗氧化腐蚀的性能，延长织物的使用寿命，因此铜镍复合镀层织物自然就成为了研究和发展的方向。铜镍复合镀层织物分为两种类型：一种是先在织物上化学镀铜，然后再镀覆一层镍磷合金起到保护作用，另一种是直接镀铜镍磷合金。

其它金属织物
除了以上采用单一的技术或方法制备金属化织物外，采用PVD(物理气相沉积)、电镀铜和电镀镍、化学镀铜和化学镀镍等技术互相结合可以生产得到铜-镍两层金属，镍-铜-一镍或铜-铜-镍三层金属的金属化织物。电镀铜或镍的生产成本比化学镀或PVD方法更低一些。另外，还有多离子织物、纳米后整理织物等。

随着人们自身防护意识的逐渐增强，防电磁辐射织物有机会从特殊领域走向民用市场，但由于技术限制，民用纺织品的价格昂贵，难以推广，须加强电磁屏蔽织物材料的研究和开发，实质性的提升国际竞争力。

2017-08-08 10:57