电磁防护纺织品的研究

焦馨宇

（天津工业大学纺织科学与工程学院，天津 300387）

0 引言

目前，电子产品普遍应用于人们的工作、生活中。在这一背景下，电磁辐射问题影响了人们的健康。通常情况下，电磁辐射能量越大，产生的危害也越大。开发实用性强、便携性高的电磁防护产品已经成为人们防控电磁辐射危害面临的必然选择。防护型纺织品应该符合人们对电磁辐射危害防护的要求。因此，对电磁防护纺织品进行开发是很有必要的。

1 电磁辐射的危害

电磁辐射的危害主要体现为以下2 个方面。

1.1 热效应方面

电磁辐射中的热效应包括人的健康状况[1]。处于电磁热效应环境下，健康人群容易出现白细胞水平下降、发热以及头痛等问题。随着健康人群在热效应环境中停留时间的延长人体合并内分泌系统疾病、心血管疾病甚至是恶性肿瘤的风险，均明显升高。热效应的危害与电磁波强度呈正相关关系。当产生热效应的电磁波功率＞1 kW 时，处于该环境下的健康人群将面临死亡威胁。

1.2 非热效应方面

电磁辐射形成后，除了热效应外，这一作用机制还会产生非热效应。该效应的危害是长期处于电磁非热效应作用下，健康人群的血液循环、淋巴循环、细胞间循环等容易在外部电磁场的干扰下，出现异常改变。随着机体平衡机制的打破，其免疫功能、正常新陈代谢等均可能受到一定损害，上述变化容易增加健康人群的患病风险。

2 电磁防护原理分析

根据电磁波传播机制，可利用如下原理，加强对电磁防护纺织品的研发。

2.1 反射原理

电磁辐射的形成机制：电磁波传递期间，除了部分被吸收、反射的电磁波外，部分电磁波穿透被辐射组织，进而造成辐射损害[2]。在这一过程中，电磁波产生的危害程度主要受透过率、反射率以及吸收率这3 个参数的影响。电磁波的透过率与反射率、吸收率水平呈负相关关系。基于上述作用原理，可借助增大反射率的形式，减少穿透组织的电磁波能量，进而达到一定的保护目的。在开发防护型纺织品时，可利用可反射电磁波（电磁辐射）的纺织材料，提高纺织品的反射率参数，进而减少穿过纺织品的电磁波。运用该原理时，可根据电磁防护要求对纺织品层数、结构进行合理设置，从而达到预期的防护效果。例如，如果电磁防护纺织品拟使用环境的电磁辐射较强，那么可以通过对纺织品结构的特殊处理，使电磁波在穿过纺织品时，在纺织品内部发生多次反射，逐步减少电磁波能量，实现电磁场能的衰减，进而满足纺织品使用者的电磁辐射保护要求。

2.2 吸收、抵消原理

除了反射作用外，还可借助吸收、抵消作用，弱化电磁辐射带来的不良影响。为了实现该类防护原理的应用，可选择具有一定磁性的材料开发防护型纺织品。当电磁波通过有磁性的纺织品时，可与纺织品形成电磁感应，这一感应过程有助于降低电磁波的透过率，最终达成防护目的[3]。通常情况下，在应用上述原理设计、开发防护型纺织品时，所选纺织材料需要具备良好的磁导率与电导率性能。

3 电磁防护纺织品的开发

这里主要从以下4 个方面入手，针对电磁防护纺织品的开发进行分析和研究。

3.1 纺织物材料选择方面

根据可行电磁防护原理，在开发防护型纺织品时，可从以下4 类材料中选择纺织品的基本材料：1） 硫化铜纺织材料。该复合材料以铜盐、氰基（来源：聚丙烯腈纤维）为原材料，在硫化剂及还原剂等辅助材料的辅助下发生螯合反应获得。该材料具有良好的抗静电、消除（吸收）电磁场特征。2） 金属喷镀纺织材料。该材料的电磁辐射防护原理如下：吸收、抵消作用。该类新型材料的加工工艺：在高温条件下，将金属材料加热至融化状态，借助高压气流的作用将呈液态状的金属液体均匀喷洒于织物表面，使其转变为具有一定电磁场吸收作用的新型材料。从实际应用状况来看，该材料的加工工艺可靠性良好（织物与表面金属层结合稳定性较强），且加工工艺较为简单，具有较强的推广价值。3） 聚酰胺纤维+金属纺织材料。该类材料是在金属喷镀纺织材料基础上衍生出来的，其特征为：利用聚酰胺纤维与特定金属材料（铜、钢等）、织物的融合，形成一种复合材料。该种新型材料可帮助使用者有效避免外界电磁辐射的危害。4） HTCU 特种纤维材料。该类防护材料的生产工艺促使金属正离子分别于纺织纤维深层、中层及表层成膜，形成具有良好导电性能的纺织纤维材料。与其他材料相比，该类材料的优势在于具有较强抗静电作用，并且对电磁辐射的屏蔽作用显著。除此之外，该类材料也存在一定的缺点其生产成本较高，难以在用量较大的纺织品生产中推广。

3.2 纺织品开发流程

根据以往的电磁辐射防护经验，电磁屏蔽（电磁场吸收、抵消）与电磁波反射原理，均可为新型电磁防护纺织品的开发提供可靠支持。考虑到电磁防护纺织品开发的便捷性，这里选择电磁屏蔽原理，阐述电磁屏蔽型纺织品的开发与制备流程。具体为以下2 条：1） 纺织材料性能分析。在屏蔽型纺织品开发中，所选纺织材料的性能直接影响纺织品的电磁辐射屏蔽效果。选定基础纺织材料后，可根据纺织品使用环境的特征及屏蔽材料性能的要求，搭配适宜导电材料并进行合成。目前，屏蔽材料导电性方面的要求为：材料的电导率参数需要＜102Ω/cm。基于上述要求，可将所有符合上述参数范围的可用导电材料筛选出来，再结合纺织材料的经济性、舒适度等要求，择优选择适宜材料。2） 屏蔽纺织品的生产。在这一制备环节中，生产工艺的选择主要受到选定材料的限制。如果选用金属导电材料，则可借助电镀技术于织物表面进行镀膜，借助金属织物与电磁场间的电磁感应，消耗其能量，进而满足使用者的安全防护要求。选择了以纳米材料为代表的新型材料后，就需要借助纳米涂层或共混纺丝技术等技术，完成屏蔽型纺织品的生产。例如，可采用电镀技术将覆盖聚亚胺酯膜的镀银铜丝与棉织物进行复合，形成一种薄层电磁屏蔽织物。通过对该电磁屏蔽织物的剪裁、缝合，制作防护手套、防护上衣等防护型纺织品。

3.3 纺织品防护性能测定方面

在电磁防护纺织品的开发工作中，纺织品防护性能是否良好是决定纺织品能否上市推广的关键。针对上一环节提到的聚亚胺酯膜+镀银铜丝纺织品，可按照以下2 个流程，针对其电磁防护（屏蔽）性能进行测试：1） 近场测试法。在电磁波近场条件下，分别测定无纺织品条件下、有纺织品条件下的同一位置的电磁波。严格按照近场测试流程进行测试，所得结果如下：无纺织品条件下，测试环境中的电磁波频率范围为0～19.4 MHz。而使用聚亚胺酯膜联合镀银铜丝纺织品后，透过该防护型纺织品的电磁波降为1.2 MHz。上述结果证实：该纺织品可对电磁场形成良好屏蔽作用，可满足使用者的电磁辐射防护要求。2） ASTMES-7 同轴传输线远场测试法。为了保证纺织品屏蔽性能测试的可靠性，经近场测试法确定屏蔽性能参数后，还可设置远场测试环境，利用ASTM-ES-7 同轴传输线测试技术再次开展测试。远场测试环境下，未使用纺织品时，现场测点1、2 的电磁波频率分别为581.6 MHz、585.1 MHz。分别在上述2 个测点放置厚度为8.0 mm 的聚亚胺酯膜联合镀银铜丝纺织品后，测点1 的频率降至51.6 MHz，而测点2 的频率参数则降至52.0 MHz。上述结果证实：测试实验所选纺织品的屏蔽性能良好，具备较强的抗电磁辐射作用，符合实际推广要求。

3.4 纺织品开发注意事项

为了保证电磁防护纺织物的研发质量，在实践研发工作中，需要注意以下3 个问题：1） 做好防护型纺织品的人性化设计。开发电磁防护纺织品的最终目的为：在频繁接触电磁辐射的高危人群中推广该防护用品，抑制电磁辐射作用带来的危害及不良影响。基于上述要求，在开发纺织品时，应该遵循人性化原则，从多个方面、多个角度考虑和满足使用者以及潜在客户群体对防护型纺织品的使用要求。例如，为了满足电磁辐射高危人群的便携性要求，可考虑将防护型纺织品开发成服饰或常见配饰，以保障该类纺织品的充分使用。2） 合理选择设计工艺。在研发防护型纺织品时，还需要对设计工艺进行选择。以电磁防护纺织服饰为例，在设计该类防护用品时，为了减少由使用者手部、头部等组织暴露引发的辐射损伤，需要尽量缩小电磁防护纺织服饰的开口尺寸以及减少开口数量，并适当增加服饰密度及厚度参数，以保证纺织服饰设计方案高度契合使用者的要求。3） 满足电磁防护纺织品的各项要求。研发电磁防护纺织品的目标以投产和推广为主。因此，在前期设计阶段，需要充分考虑纺织品设计方案的经济性、实用性和舒适度等特征。为了扩展其推广范围，可从纺织品材料选择、纺织品结构设计、厚度设计等方面，平衡电磁防护纺织品的各项属性，以保证其在现实生活中各电磁辐射场景中的良好推广。

4 结语

综上所述，做好电磁防护纺织品的研发工作具有一定的现实意义。为了保证电磁防护纺织品的防护性能，可以结合电磁辐射的特征，合理确定防护型纺织品的开发思路，使人们免受电磁辐射的干扰。此外，为了进一步发挥电磁防护纺织品的作用，还应该对新材料的防护性能进行分析，不断更新电磁防护纺织品，以满足人们对电磁辐射的防护管理要求。