摘要：利用物理或化学方法在常规织物表面附着一层金属材料，获得的金属镀层织物，具有良好的电磁屏蔽特性。织物金属化处理技术比较成熟，如采用化学镀、电镀、磁控溅射、真空蒸镀等方式获得的镀覆金属层的织物已商业化。
关键词：电磁屏蔽材料；研究现状；应用
1电磁屏蔽原理
电磁屏蔽就是利用屏蔽体对电磁能流进行反射、衰减等作用使之不能进入到屏蔽区域。通常屏蔽材料对空间某点的屏蔽效果用屏蔽效能（SE）表示。屏蔽材料的损耗方式通常分为3种：吸收损耗、反射损耗和多重反射损耗。电磁屏蔽示意图如图1所示，其中A表示吸收因子，Ｒ表示反射因子，B表示多次反射损失。
图1 电磁屏蔽示意图
2.导电织物型电磁屏蔽材料
2.1金属纤维混纺织物
金属纤维具有反射电磁波这一特性，作为电磁损耗材料，可与其他纤维以混纤、混纺、并捻、交织等方式混用织造成织物，以供服用穿着。研究影响防微波辐射性能的金属纤维混纺织物，织造了平纹斜纹等不同组织结构、不同经纬纱配置、不同金属含量的5种织物，测试织物的屏蔽效能。经纬向都衬入金属纤维混纺纱能达到较好的屏蔽效果，并且得到平纹组织较其他组织屏蔽效果好。使用铜镀铬金属细丝/涤/棉纱线混纺，加工成的普通防电磁辐射家居服屏蔽效能可达20dB，能满足计算机、微波炉等家用电器的屏蔽，而且织物手感柔软，服用性能良好，可制成衣物，并可根据需要一件或多件搭配而达到不同强度的屏蔽效果。
2.2金属及合金类电磁屏蔽材料
金属与合金类屏蔽材料应用最早，但是该材料具有密度大、易腐蚀、不透气、不易散热等缺点，制约了其应用领域。尤其是对电子仪器繁多的飞机和宇宙飞船等更要求在做到电磁屏蔽的同时减轻质量以降低能耗。因此，密度小、耐腐蚀性能好、透气性好、成本低的新型电磁屏蔽材料倍受青睐，众多研究人员进行了研究，比如新型碳基高分子泡沫复合材料等，由于具有上述一些优点，近年来被广泛。泡沫金属具有传统金属良好的导电性的同时，还由于大量的孔洞的存在，具有质轻、透气性好等优点，并且从二维金属网扩展到三维结构，丰富了电磁防护类材料的种类。用电沉积法制备泡沫铜、泡沫镍、泡沫铜－镍合金这三种三维网状结构泡沫材料，得出孔密度110PPI，厚度为1.5mm的泡沫铜－镍合金较泡沫铜和泡沫镍的屏蔽效果好；在频率8GHz～12GHz范围内的电磁屏蔽效能为22.5dB～37dB之间，有较好的屏蔽效果。孔密度110PPI、厚度为1.5mm的泡沫铜－镍－石墨烯复合材料在10.1GHz时的SE达57dB，屏蔽效能很好，基本可以达到军用电子设备及精密电子仪器的电磁屏蔽要求。稀土元素不仅可以改变屏蔽材料的组织结构和加工性能，而且可以改变介电常数，使得介电损耗和磁损耗按照设计进行调节。
3测试方法
3.1屏蔽效能测试
参考GB/T30142－2013《平面型电磁屏蔽材料屏蔽效能测量方法》，采用法兰同轴法测试样品的屏蔽效能，测试频率为30MHz－1.5GHz。测试设备主要包括：DN1015型远场屏蔽效能测试装置（包含两个同轴测试夹具）、Agilent4396B网络阻抗频谱分析仪、85046AS参数测量装置。。样品为圆形，样品的有效测量直径为115mm。测试前对设备进行校准，以样品台空置时的测试结果为参考值，然后将样品放入同轴夹具进行测试。由于发射的电磁波相当于空间的平面电磁波，因此测量结果为试样对垂直入射平面波的透射系数S21，屏蔽效能为SE=－S21。
3.2透气率测试
采用YG461D数字式织物透气量仪，按照GB/T5453－1997《纺织品织物透气性的测定》测试样品的透气率，测试温度为20℃，相对湿度65%。
4.结果分析
圆孔直径为1mm，孔中心间距纵向和横向相同且分别为7.5mm、10mm、15mm的打孔金属化织物和未打孔金属化织物的屏蔽效能。相应的透气率测试结果如图2所示。同时制作了孔直径为3mm，孔中心间距纵向和横向相同且分别为5mm、10mm、15mm、20mm的打孔金属化织物样品。
图2 透气率测试结果
4.1孔直径
孔直径相同，孔中心间距越大，屏蔽效能越大。因为，在单个开孔面积相同的情况下，孔间距增大则相同面积内的圆孔数量减少，通过孔的传输系数Th减小，也就是通过孔泄漏的电磁波减少，总的传输系数T减小，屏蔽效能增大。同时，可以看到，孔径为1mm，间距为15mm的打孔织物样品与未打孔金属化织物相比，屏蔽效能下降不大，在5dB内；然而，透气率增加较快，增加了40L·m－2·s－1。说明该设计方案能够达到兼顾电磁屏蔽织物的屏蔽效能和透气性的效果。期性打孔的金属化织物样品显然具有明显的周期结构特征，因此当开孔的尺寸及排列方式具备一定关系时，在某一频段可能会产生谐振，孔径3mm，间距分别为5mm和10mm的两种样品在30MHz～1500MHz内的屏蔽效能曲线呈凸形分布，在1000MHz时屏蔽效能相对最好，50MHz时屏蔽效能相对最差。
4.2孔直径的影响
孔中心间距纵向和横向相同且均为15mm，孔的直径分别为1mm、2mm、3mm、5mm，对应样品的屏蔽效能测试结果及透气率分析。随着孔直径的增大，屏蔽效能逐渐减小。场源固定且织物单位面积内孔数相同，孔直径增加即孔的面积增加，因此通过孔的传输系数Th增大，电磁波透过的数量增加，屏蔽效能降低，且屏蔽效能与圆孔直径的3次方成反比。此外，可以看到，随着孔径的增加，透气率迅速增大，尤其是直径3mm和5mm的样品，其屏蔽效能同样下降迅速，更高频时应该会更低。由于直径5mm的样品孔隙率较大，透气率很大甚至超过仪器量程，虽然其屏蔽效能可达到40dB，但对于开发兼具较好屏蔽效能和热湿舒适性的电磁屏蔽防护服来说，该设计尺寸并不合适。
4.3孔隙率的影响
孔隙率相近时的屏蔽效能和透气率的打孔实验，由4.1节和4.2节可知，打孔金属化织物的屏蔽效能和透气率与孔的尺寸及排列方式有关。可以明确的是，孔直径越大、孔间距越小，孔的数量越多，孔的面积越大，孔隙率越大，透气性就越好，然而，屏蔽效能下降也越多。因此为了既能保证织物透气性的增加而又能使其保持较好的屏蔽效能，需要合理地配置孔隙的尺寸、排列等参数。
结语
本文初步探索了在金属化织物上打孔后织物的屏蔽效能与透气性的关系。对于电磁屏蔽服来说，其影响因素更为复杂，还需进一步深入研究。总之，电磁屏蔽材料将朝着多频、轻质、智能的方向发展，以满足不同领域的不同需求。
参考文献：
［1］葛安香，李凤艳，闫江山．金属化电磁屏蔽纺织品的研究现状［J］．山东纺织科技，2015（2）：37－40．
［2］王春霞，李英琳，徐磊，等．化学镀银涤纶织物的制备及其导电性能［J］．印染，2014（17）：8－11．
论文作者:刘军
论文发表刊物:《防护工程》2019年11期
论文发表时间:2019/9/18
标签：屏蔽论文; 效能论文; 织物论文; 电磁论文; 金属论文; 直径论文; 样品论文; 《防护工程》2019年11期论文;