2023年12月9日发(作者：12年的联想g470笔记本多少钱)

有关电磁屏蔽的基本认识

有关电磁屏蔽的基本认识

摘要：本文章通过对电磁屏蔽领域相关研究的总结、归纳，阐述了防电磁辐射织物由纤维到织物，再到测试等方面的一些基本

知识和发展现状

关键词：电磁辐射；电磁屏蔽材料；金属纤维，吸波材料，

1 电磁波产生的原理

电磁波是通过适当的振源产生, 并以变化磁场激发涡旋电场, 变化电场激发涡旋磁场的方式使电磁振荡在空间和物质中传播的一

种波, 其实质是传递电磁能量的过程[ 1 ]。电磁波辐射与人体健康息息相关。从大的方面说, 电磁波的生物效应分为电离辐射效

应和非电离辐射效应两种。

2电磁屏蔽原理

电磁屏蔽的作用是减弱由某些辐射源所产生的某个区(不包含这些源)内的电磁场效应, 有效地控制电磁波从某一区域向另一区

域辐射而产生的危害。其作用原理是采用低电阻的导体材料, 由于导体材料对电磁能流具有反射和引导作用, 在导体材料内部产

生与源电磁场相反的电流和磁极化, 从而减弱源电磁场的辐射效果, 通常用屏蔽效能( SE )来表示【2】。所谓屏蔽效能是指没

有屏蔽时入射或反射电磁波, 与在同一地点经屏蔽后反射或透射电磁波的比值, 即为屏蔽材料对电磁信号的衰减值, 单位为dB。

3 电磁屏蔽材料的发展

根据Schelkunoff 电磁屏蔽理论,金属材料的电磁屏蔽效果为电磁波的反射损耗、电磁波的吸收损耗与电磁波在屏蔽材料内部多

次反射过程中的损耗三者之和。银、铜、铝等是极好的电导体,相对电导率αr 大, 电磁屏蔽效果以反射损耗为主;而铁和铁镍合

金等属于高磁导率材料,相对磁导率µr 大,电磁屏蔽衰减以吸收损耗为主【3】。一般情况下,材料的导电性越好,屏蔽效果越好;随

着频率升高,电磁波穿透力增强,屏蔽效果下降。

3.1 国内外防电磁辐射纤维研究现状

3.1.1 国外防电磁辐射纤维

主要有金属纤维和金属镀层纤维。美国的Brunswick公司是最早生产金属纤

维Brunswick的国家，它是由一种不锈钢经反复穿过模具精细拉伸制成的纤维【4】。日本住友、美国杜邦和3M公司等又先后

开发出了铝系和铜系等更加柔软纤维，外观酷似棉花等天然纤维的金属纤维。金属纤维具有最高导电率、优良耐热性、耐化学

腐蚀性，它的柔软性、纤度也能接近一般纤维。但由于它们是金属，其比重大，拉伸强度和摩擦性与有机纤维有很大的不同，

尤其是纤维混纺、交织难以匀化，限制了它在纺织工业中的应用。

金属镀层纤维就是在纤维上沉积0.02--2.5µm的金属层，使纤维比电阻降至10-21--10-4Ω·cm表面金属化纤维【5】。Texmet是

意大利Intitnto Donegalli公司开发的镀层纤维。它是以腈纶为非导电成分的主体聚合物，通过对纤维表面预处理后镀铜和镍双

金属层。这种纤维的金属层和主体纤维之间的抱合力好，基本保持了腈纶的手感和柔软性，纺织加工性能也良好。日本住友公

司在聚能纤维上镀铜、镍和铝三种金属合金，开发出了与单一金属层相比更好地保持了原纤维柔性和手感的防电磁辐射纤维。

涂覆金属盐的纤维，采用金属络合物处理聚合物纤维，可制成比电阻很小的

纤维。具体数值取决于金属盐的种类。80年代初，日本还研制出了Cu

9S

5

导电腈纶，

方法是将腈纶亲浸渍二价铜溶液中，然后利用有机或无机含硫还原剂将其还原为

一价铜离子，并与经轮上的--CN发生强烈络合，从而在纤维表面上生成Cu

9S

5

的导

电通道。日本三菱人造丝将此法推广到聚酯纤维。3.1.2 国内防电磁辐射纤维

我国电磁辐射防护纤维和织物的研究和国外几乎一致。

军事医学科学院和任远基团经数年攻关，研制出多功能电磁波防护材料，具有电磁波防护和红外线保健双重功能。利用专门的

技术将极细的金属丝纤维均匀混入棉纤维，织物具有较理想的防电磁波效果，同时采用特殊工艺加入某种能发射远红外线的材

料，使织物能改善人体微循环增强抗病免疫能力【6】。产品穿着舒适，透气性好，吸湿性强，手感与棉布相近，适用于长期

工作在电磁辐射环境中的人，能有效防护电磁辐射伤害和改善电磁辐射引起的各种症状。

我国红豆集团、利昂高科技公司已成功推出多离子织物产品，织物经精仿加工，柔软舒适，色泽均匀，除臭抗菌性强，耐洗、

耐磨、耐气候，使用寿命长，电磁屏蔽衰减值达到99.4%。上海天华电磁波防护材料有限公司研制开发的HTCU

特种纤维是金属正离子在纤维表层、中层和局部深层成膜的有机导电纤维，获国家专利，具有较强的电磁波屏蔽功能和优良的

抗静电功能。

3.2 电磁屏蔽纤维的制法

3.2.1 电镀法

将普通纤维先经过退浆处理后用溶剂浸泡,再经化学粗化、敏化、活化处理后用化学电镀法使金属沉积在纤维表面。这种方法

制得的纤维导电率高、强度高、耐磨、耐腐蚀性好,但手感较差,抱合困难,金属不易匀化,耐洗牢度不高。

3.2.2 涂层法

在普通纤维表面涂上金属或金属化合物,可采用粘合剂使金属粘附在纤维表面,也可将纤维直接软化后与金属粘和。这种方法的

缺点是涂层易脱落,且不易分布均匀。

3.2.3 复合纺纱法

将镀金属纤维与普通纤维进行复合纺纱可制得具有电磁屏蔽功能的复合纤维。日本钟纺公司在1998 年应用美国SAVQVOIT 公

司生产的镀银尼龙丝(含银率30 %) 与其他短纤进行复合纺纱,其爱科斯安其制品可以阻断96 %以上的电磁波。适用于受电磁波

辐射较强环境下工作的人和心脏起搏器使用者。

3.2.4 共混纺丝法

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。共混法制得的材料具有成本低、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。而增加填料的用量将损失材料的机械性能。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。

3.3 复合材料

金属- 橡胶分散体系形成的导电涂料可用作高频屏蔽用包装材料、密封环等。金属- 纤维体系可用于电磁防护服以及特定场合

的装饰材料，纤维原料可采用聚丙烯、聚酯和聚丙烯腈纤维等。而目前研究和应用最多的是基于塑料的电磁

屏蔽材料，主要包括表面导电材料和导电复合材料两大类。

3.4 多频段电磁波防护纤维

以高聚物为基体，通过添加不同的无机粒子熔融纺丝制得皮芯复合多频段电磁波防护纤维【7】。并对纤维的可纺性、物理机

械性能、形态结构、结晶与取向性能进行了分析，同时讨论了纤维的导电性能以及纤维对X射线的屏蔽性能，最后对纤维电磁

波反射衰减率和透射衰减率进行了研究。

实验结果表明，随着无机粒子含量的增加，共混体系的流动性能和相容性变差，可纺性明显降低。随着温度的升高以及偶联剂

量的增加，可纺性增加。随着无机粒子含量的增加，纤维的物理机械性能降低，结晶度增大，取向度提高。拉伸后纤维的取向

度提高，机械强度升高，断裂伸长降低，结晶度与初生纤维相比明显降低，但拉伸后纤维的结晶度随拉伸倍数的增大变化不明

显。随着金属粉体含量的增加，纤维的导电效果逐渐增加，当粉体的含量达到一定值后，导电效果随含量增加不明显。无机粒

子的原子序数越大屏蔽X射线的效果越好;测试样品的厚度越厚屏蔽X射线效果越好。不同的填料对纤维电磁波的反射衰减率存

在差别，磁性金属粉与铁氧体的效果较好;随着吸波剂含量的增加，反射衰减率变大;不同的高聚物基体会影响纤维对电磁波的

反射衰减，PA6较PP效果好;皮芯复合纤维比单层纤维的反射衰减率高，且带宽更易展开;无纺布较松散纤维有较好的反射衰减

率。

该研究的主要创新点：（一）以纤维的形式研制多频段电磁波防护材料；（二）采用皮芯复合纺丝方法研制电磁波防护纤维。

3.5 非织造布吸波材料的开发

以碳纤维和涤纶纤维为原料，采用非织造工艺制作加工而成的篷盖类柔性非织造布吸波材料【8】。其中碳纤维是主要的吸波纤维，起到了吸波功能，涤纶纤维则作为基体纤维保证了材料的力学性能。这种以蓬盖披挂为特点的吸波材料能广泛应用在军

事隐身和民用防辐射领域，具有很好的实用价值和经济价值。

在研发过程中有两个重点。

一、采用非织造工艺制作碳纤维非织造布，即将碳纤维与涤纶纤维按照多种比例充分开松混合后，分别采用了两种不同的梳理

机对混合纤维进行梳理，形成纤维薄网。之后运用平行和交叉两种铺网方式得到具有一定蓬松度和厚度的纤维

网。这即是非织造吸波材料的雏形。最后再经过加固工序，使得材料具有一定的力学性能。加固方式采用非织造工艺机械加固

中的针刺加固法，为了得到不同蓬松度的多种类型的材料加以比较，从大到小依次制定了三种针刺密度分别对纤维网进行加固

处理，最后制成碳纤维非织造吸波材料。

二、考察了柔性非织造吸波材料的吸波性能，从材料本身的碳纤维含量、厚度、内部结构、孔隙率等几个方面分析了其对材料

吸波性能的影响;之后再从多种非织造制作工艺因素的角度，如梳理方式、铺网方式、针刺密度等，论述了其对材料吸波性能

的影响。通过各种测试试样在吸波性能方面优劣的比较，经过综合评判，最终选择出了最优的工艺组合。经过综合评判，当碳

纤维含量在7%左右、厚度在smm、针刺密度为500刺/cmZ、定量为4009/m2时为最佳工艺参数组合。以最佳工艺参数制备得

到的非织造吸波材料在2一18GHz的频率范围内，非织造吸波材料在8一18GHz的高频范围内，其反射率值均小于一sdB，其

中最大衰减达到一21.94dB，最大频率宽度为，达到了很好的吸波效果，从而为纤维结构型柔性非织造吸波材料的研

究领域奠定了坚实的基础。

创新点：（一）制备和研究质地柔软的结构型吸波材料。与普通刚性复合吸波板材相比，使用方式灵活，用途广泛，除了能单

独使用之外，还可以作为内衬与其他材料通过多种形式配合使用；（二）原料采用短碳纤维和涤纶纤维按一定比例混合制成。

其中碳纤维起到主要的吸波功能，涤纶纤维起到力学缠结和基体承载的功能。依据电磁学中的谐振腔模型理论分析了碳纤维含

量、材料厚度、材料内部纤维排布方式和孔隙率等内在性质对材料吸波性能的影响；（三）采用非织造加工工艺进行加工制

备。采用非织造干法成网中的梳理成网、机械加固中的针刺加固法，制备得到柔性非织造吸波材料。就制作工艺中的梳理方

式、铺网方式、针刺密度等工艺因素对非织造吸波材料吸波性能的影响进行了测试和分析。

3.6 其他新型材料

纳米材料将成为新型的电磁屏蔽材料。纳米材料是介于分子和体相材料之间的中介项,纳米材料的特殊结构导致奇异的表面效

应和体积效应,使其具有特殊的抗紫外线、抗老化、抗菌消臭以及良好的导电性和静电屏蔽效应。将具有这些特殊功能的纳米

材料与纺织原料进行复合可以制备各种功能纤维。目前,国内已研制出抗紫外线纤维和远红外发射纤维。对于纳米材料的电磁

屏蔽功能的应用还

有待于进一步的研究。

4 电磁防护织物的发展

电磁屏蔽织物的分类

4.1 喷涂型

在涂层剂中加入已分散好的电磁波吸收剂或导电磁性物质。经涂层整理、热处理后就可在织物表面包覆一层具有电磁波屏蔽的

薄膜。当涂层体积电阻率达10-1-10-3Ω·cm时,屏蔽效率可达到30db以上,，此时屏蔽的电磁波能达到95%以上。金属用量较

少，所以该类产品的重量最轻。与普通纺织品非常接近【9】。但是由于金属与纤维间的结合力较小，所以加工性差, 屏蔽效

能一般，不透气，手感差，产品通常颜色较为单一。涂层容易脱落，其屏蔽效果耐久性不佳，应用前景暗淡。

4.2 防电磁辐射纤维与基体纤维混编或混纺

将导电纤维与常规纺织纤维混纺成纱，然后采用机织或针织工艺生产出具有优良的电磁屏蔽功能的织物[10]，是最灵活有效的

方法，可使织物的导电率提高数个数量级，而且织物具有较好的服用性能。在这种方法里，有不同种类的防电磁辐射纤维可供

选择，例如：复合型高分子导电纤维，金属纤维（金属箔与有机纤维复合丝、金属化纤维、纯金属纤维【11】）、结构型导

电聚合物纤维、离子化纤维。

4.3 多离子型

多离子纤维织物【12】的特征在于:织物的纤维中含有质量百分比为0.2%-5%的银离子、1.4%-29%的铜离子、0.2%-3%的镍离

子、0.4%-8%的铁离子，这些离子来源于价格低廉的硫酸铜、硫酸镍、硫酸亚铁和硝酸银，靠电子空穴跳动而吸收电磁波能，

将其转化成无害的热能，无二次污染，是目前国际上屏蔽低、中频段电磁波辐射最先进的电磁波屏蔽技术。

4.4 金属镀化型

有真空镀金属织物【13】、化学镀金属织物（化学镀银织物、化学镀铜织物、化学镀镍织物）。

4.5 纳米离子型

纳米离子型屏蔽织物是目前国际上最先进的屏蔽电磁波辐射材料。它是采用目前最先进的物理和化学工艺，对纤维进行纳米粒子化处理，将纳米级离子镀到织物内部，具有良好的三向导电性和屏蔽效果，将有害电磁波进行反射、吸收。由于金属、金属

氧化物在细化为纳米粒子时，比表面积增大，处于颗粒表面的原子数越来越多，悬挂键增多，界面极化和多重散射成为重要的

吸波机制【14】。4.6 防辐射非织造布

它的制作方法也有电镀法、涂层法、混合金属纤维法、共混纺丝法、本征型导电聚合物纤维。这些都是在成纤或网过程中的处

理。还要进行后整理。如对非织造布进行镀覆金属加工、非织造布的涂层整理。非织造布的工艺简单，省去了纺纱、制造等工

艺，利用纺粘、熔喷等工艺可以直接制成抗辐射非织造布，但还要克服其强力差和服用耐穿洗差等方面的弊端【15】。随着

非织造布加工工艺的进一步成熟，防辐射非织造布会有更广阔的前景。

5 电磁屏蔽材料或织物的测试

5.1 测试方法

目前国内外有多种屏蔽织物屏蔽效能的测试方法，概括起来主要有远场法、近场法和屏蔽室测试法3大类【16】，测试标准主

要有《环境电磁波卫生标准》（GB9175-1988），《作业场所微波辐射卫生标准》（GB10436-1989）或根据ASTM 规定测

试。

远场法主要用于测试抗电磁辐射织物对电磁波远场（平面波）的屏蔽效能。近场法主要用来测试抗电磁辐射织物对电磁波近场

（磁场为主）的屏蔽效能。方法和特点如下：

屏蔽室测试法测试原理是测试有无抗电磁辐射织物的阻挡时,接收信号装置测得的场强和功率值之差,即为屏蔽效能SE。其优点

为测试结果较为准确;测试频率的范围为≥30MHz;对织物的厚度没有太大的要求。缺点为测试结果受抗电磁辐射织物与屏蔽室

连接处的电磁泄漏的影响,且屏蔽室等设备较为昂贵。

5.2 防电磁织物防护性能的影响因素

5.2.1不同处理方法处理的织物的防辐射效果存在很大差异，实验所测试织物中，双面镀层织物的屏蔽效果最好；单向嵌织织物的屏蔽效果较双向嵌织织物差。

5.2.2不锈钢纤维纱线的结构对其织物的屏蔽效果有影响。在相同的织物组织规格情况下，混纺纱所含不锈钢的比例越大，其

织物的屏蔽效果越好；单向嵌织不锈钢长丝赛络菲尔纱织物中，不锈钢纱的嵌织间距越小，其织物的屏蔽效果越好。

5.2.3 理论上,织物规格相同时，连续的不锈钢长丝织物的屏蔽效果应优于不连续的不锈钢混纺纱织物，而实验结论与理论相矛

盾，其原因是不锈钢长丝织物规格和不锈钢混纺纱织物规格不一致。在实验中，不锈钢混纺纱织物组织为斜纹，不锈钢长丝纱

织物组织为平纹，此外，经纬密也不同。

5.3 电磁屏蔽的评价方法

目前国内外对材料的电磁屏蔽效果的评价指标有两个，即屏蔽效能（SE）和衰减率。总屏蔽效应SE 的值越大表示材料的屏蔽

效能越好。通常，防电磁辐射服装的电磁屏蔽效能达到15db才能满足普通家用电器的电磁辐射，如电脑、微波炉等；大于

60db后基本能够屏蔽手机信号辐射；但对于其他具有特殊功能的军用纺织品，电磁屏蔽效能要求更高。

结束语

虽然在防电磁辐射领域人们已经取得很大的成果，但电子科技的发展是人们始料未及的，人们所接触的电磁辐射也会越来越

多。因此我们还需要不断地深入研究，从各个模块分别开发新产品、新技术，尽最大的努力减少电磁波的透射和反射，尽可能

的避免二次污染，增大吸收值。

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