电磁屏蔽织物的设计与测评

邱 婧，王纳新，张 曼，吴国栋

(中国人民解放军93114部队，北京 100195)

担负国土防空、实施作战、空运和侦察任务的空勤人员在作战作训时，经常会处于高电磁辐射环境中，电磁武器产生的电磁辐射，其频率、强度、极化方式、暴露时间和受辐射部位等将对人体产生有害影响。当官兵承受的电磁辐射强度超过人体承受极限时，会引起一系列不良反应，如体温急剧升高，破坏人体热平衡，进而引起细胞组织等的病变。

本文设计、生产了一种电磁屏蔽织物，主要用于空勤电磁辐射防护服，集成多种防护性能：空中作业机舱电磁辐射防护，同时具有透气、耐磨损、防静电、阻燃性能，可适应极端自然环境和高危作业岗位的需要。

1 性能要求

用于空勤电磁辐射防护服的织物必须同时满足电磁辐射防护、高空阻燃、防静电、透气、不易破损等使用要求，色彩也不能受作业器具磨损及汗渍等因素影响过大，各项性能集成性、技术性要求苛刻。具体性能要求如下：织物屏蔽效能(300 MHz～20000 MHz)≥50 dB，以满足机舱电磁辐射环境防护；断裂强力：经向≥800 N，纬向≥600 N，撕破强力：经向≥60 N，纬向≥40 N，满足在作业复杂的环境下，服装不易破损的要求；防护服长期穿着，应具有较好的保形性，经纬向水洗尺寸变化率应在-3.0%～+1.0%；在机舱密闭环境下，要求服装具有透气性能，保障空勤人员作业体感舒适，透湿量≥8000 g/(m2·d)；此外，防护服应具有较高的色牢度，具体要求为：耐光色牢度≥5级，耐皂洗色牢度：原布变色≥4级、涤条沾色≥4级、棉布沾色≥4级，耐汗渍色牢度：原布变色≥4级、涤条沾色≥4级、棉布沾色≥4级，耐摩擦色牢度：干摩沾色≥4级、湿摩沾色≥3级，耐热压色牢度：变色≥4级。

2 织物材质与选择

电磁辐射防护服主体面料主要提供对作业环境中设备泄露的电磁波进行屏蔽的功能，应兼具物理机械强度和耐磨等服用功能。基于资料调研及前期研究基础，可用于电磁辐射防护服的材质主要有表面镀金属材料、涂层屏蔽材料、金属丝混编材料以及导电纤维混纺材料[1，2]，这四种材料的对比分析见表1。

表1 电磁屏蔽材料对比

由表1可知，电磁屏蔽性能：表面镀金属材料>导电纤维混纺材料>金属丝混编材料；加工性能：表面镀金属材料>导电纤维混纺材料>涂层屏蔽材料>金属丝混编材料；舒适柔软性：表面镀金属材料>导电纤维混纺材料>涂层屏蔽材料>金属丝混编材料；材料价格优势及其他：导电纤维混纺材料>表面镀金属材料>涂层屏蔽材料>金属丝混编材料。

综上，拟选用屏蔽性能较优的表面镀金属材料和导电纤维混纺材料设计，常用的镀金属材料和导线纤维混纺材料以镀银纤维和不锈钢混纺纤维为主，现役的电磁辐射防护服也多为不锈钢混纺纱线织造得到。

为了提高机织面料的整体屏蔽性能，初步设计防护服的屏蔽材质使用镀银长丝和不锈钢混纺纱线，经过面料结构的设计，使镀银长丝和不锈钢混纺纱线相互交错，形成完整的屏蔽网，这样的设计将比单独使用不锈钢混纺纱线或者镀银纱线织造具有更好的屏蔽效果。

3 织物结构设计

3.1 结构设计

不锈钢混纺纱线是不锈钢纤维经过混条工艺制成，其外观顺滑，耐磨性较好，是防护服面料的首选，而镀银长丝则适用于做制服里料。仅使用不锈钢混纺纱线制作的服装屏蔽效能较差，不能满足研制目标，因而设计使用不锈钢混纺纱线与镀银长丝共同作用，以提高防护服的屏蔽效能。本研究设计有四种外套防护服面料结构，分别为：单层织物、内里式双层织物、贴合双层织物以及双层织造织物，不同结构织物的对比见表2。

表2 不同面料优缺点对比

单层织物为不锈钢混纺纱线与镀银长丝交织而成的机织物；内里式双层织物指的是将镀银长丝面料缝制在不锈钢面料的内部作为内衬；贴合双层织物指的是将所述两层面料贴合在一起；双层织造织物是使用不锈钢混纺纱线和镀银长丝作为经纬纱进行编织得到。

由表2可知，双层结构面料具有减少镀银长丝氧化变色风险的特点，但是内里式双层结构由于两层面料未紧密贴合，在使用及洗涤过程中，易造成内层面料的分离与脱落，导致服装整体的防护性能不统一；贴合双层结构面料的屏蔽效能较好，但手感会受胶水的影响而变硬；双层织造结构面料，两层纱线紧密联结，构成完整的金属网体系，电磁屏蔽性能优良。故本研究优先选用双层织造的面料结构，面料的外表主要为不锈钢混纺纱线，内里为镀银长丝，连接纱为锦纶长丝。双面机织物的组织结构简单示意图如图1所示。

图1 机织物组织结构示意图

3.2 工艺研究

3.2.1 不锈钢混纺纱线

为提高不锈钢纤维的可织造性能，需将其与其他纤维进行混纺，为了提高机织面料的机械强度和耐磨性，选用具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸碱、重量轻等优良性能的芳纶纤维与不锈钢纤维混纺。王丽敏[3]对不锈钢纤维的混纺比例进行了试验和分析，发现当混纺纱线中不锈钢纤维的含量为20%～30%时，屏蔽效率可达到30 dB～40 dB，此时的经济成本也较合理。故选用芳纶和不锈钢含量分别为75%和25%进行纱线的纺制，所得到的芳纶不锈钢混纺纱线的线密度为14.8 tex。其工艺流程图如图2所示。

图2 芳纶不锈钢混纺纱线工艺流程

不锈钢纤维的牵切和混纺纱线的并条工序影响着纱线的加工性能与导电性能。牵切：在纺纱前需要对长丝束状的不锈钢纤维进行牵切，牵切制条中容易使不锈钢纤维分布不够均匀，纤维间的抱合力低，因此采用拉夹法进行牵切，保证混纺纱线的均匀性；使用条混的方法并条，使混纺纤维具有良好的分散性。

3.2.2 镀银长丝

为满足机织面料整体的协调性，综合考虑经济成本及屏蔽效能的需求，选用纱线密度为7.8 tex，镀银含量17%的锦纶镀银长丝。

3.2.3 锦纶长丝

锦纶长丝作为连接纱，其收缩性会对机织面料的外观产生较大的影响，选用全拉伸锦纶(FDY)单丝，有以下优点：面料平整度好；单丝卷曲收缩性小，机织物幅宽稳定。

3.2.4 组织结构设计

在确保机织物断裂强力、撕破强力及屏蔽性能的基础上，设计面料为经二重的组织结构，经向为芳纶不锈钢混纺纱线及镀银长丝，纬向为锦纶和镀银长丝。并设计经向芳纶不锈钢混纺纱线与镀银长丝的比例分别为1∶1和2∶1，不同比例织造面料的对比见表3。

表3 纱线比例对面料的影响

由表3可知，当芳纶不锈钢混纺纱线与镀银长丝的比例为2∶1，机织物的外观及物理性能均较好，布面更紧密，其相应的电磁屏蔽效能也会有所提升。

3.2.5 织造工艺

机织面料在织造过程中经纱采用双轴给纱，根据芳纶不锈钢纤维和镀银长丝刚性的差异，使镀银长丝经纱的张力略小于芳纶不锈钢混纺纱，以确保织造过程的顺利进行以及成品面料的外观和手感符合要求，但仍需对工艺进行优化，确保最优的面料结构及性能。机织面料工艺流程：原纱→整经→穿经→织造→水洗定型。经面料小样验证，防护服面料对电磁波的屏蔽效可达50 dB以上，服用性良好，其余物理机械性能均满足甚至高于招标指标要求。

4 性能测试

对织物的屏蔽效能、断裂强力、撕破强力、透湿量、水洗尺寸变化率、色牢度等性能进行了测试：按照GJB 6190—2008测得屏蔽效能为57.1 dB(300 MHz～20000 MHz)；按照GB/T 3923.1—2013、GB/T 3917.3—2009测得断裂强力为经向≥800 N、纬向≥600 N，撕破强力为经向≥60 N、纬向≥40 N；按照GB/T 12704.2—2009测得透湿量为10200 g/(m2·d)；按照 GB/T 8628—2013、GB/T 8629—2017、GB/T 8630—2013测得水洗尺寸变化率为经向=-1.4%、纬向=-0.2% ；按照GB/T 5713—2013、GB/T 3922—2013测得变色、沾色耐汗渍色牢度均为4-5 级；按照 GB/T 3920—2008测得干摩擦色牢度4-5级、湿摩擦色牢度4-5级； 按照 GB/T 8427—2008测得耐日晒色牢度为5级。

5 结语

织物电磁屏蔽性能优异，屏蔽效能实测值为57.1 dB，在机舱电磁辐射作业环境下，能最大程度为空勤人员提供个体防护，同时织物外层因加入阻燃芳纶纤维，能降低紧急情况下服装燃烧造成的二次伤害。

织物透气性能优异，织物透湿量实测值为10200 g/(m2·d)，解决了空勤人员在机舱密闭环境下，穿着防护服作业的憋闷感，提高了作业人员的体感舒适性。

织物耐水洗色牢度、耐汗渍色牢度、耐摩擦色牢度为 4-5 级，耐日晒色牢度5级，在受日晒、作业器具磨损及汗渍等因素的影响下，不易掉色。

本文设计、生产的电磁屏蔽织物，集成了防辐射、透气、阻燃、防静电、不易破损、不易掉色等综合功能，满足了全部性能指标要求，可用于空勤人员电磁辐射防护服，达成了预定目标。