| 自1969年国际电磁兼容讨论会上，电磁辐射被列为必须控制的环境污染物起，人们对电磁辐射污染本质的认识不断深入，安全标准也在不断修订和完善，防护措施不断加强，其中之一就是研制开发高效的人体防护材料——屏蔽织物，从而进行个体防范。 |
屏蔽织物除具有服用性能以外，还兼有良好的导电性和导磁性，它是通过物理和化学的方法，把导电和导磁物质赋予织物之内，并使织物仍然保留原来风格。
屏蔽织物选用的基材和功能物质
现在，国内外的屏蔽织物的基材有棉、蚕丝、麻、粘胶纤维、维纶、涤棉、纯涤、尼龙、纶、棉、毛、氧化纤维、碳纤维、合成导电高分子纤维和少数无机纤维等。使用最多的功能材料仍是导电材料、导磁材料和超导材料，纳米材料也是很好的功能材料，是今后研发的热点。
其中，铁氧体对30~500MHz的电磁波有较好的吸收性；羟基铁、铁淦氧粉是一种较好的吸波材料；铌酸锂和某些稀有金属也是较好的吸波材料；纳米材料有较好的吸波性，有待研发；石墨和碳黑也是应用较广的吸波材料；钢有导磁性，也有保磁性，常被用来制永磁体。
屏蔽织物加工步骤。 |
屏蔽织物的制备方法
金属丝的混编织
金属丝和服用纱（线）混编织物是第一代屏蔽织物，金属丝主要由镍、铜、铝、不锈钢和合金制造，个别场合还采用镀银铜丝和银丝，也有的使用铅丝。织物的手感较硬并厚重，表面粗糙，服用性差。
应用方面，该种织物屏蔽效能在0.15MHz~20GHz内，达60 ~100db以上，主要用做带电作业服、电磁辐射防护服、电磁弹防护服、保密室的墙布和窗帘、精密仪器的屏蔽罩和屏蔽帐，击剑服也是此类轧扁镀银丝的编织物。
随着抽丝工艺的改进，现已可抽成Φ30~40μm极细的铜、镍和不锈钢丝，有的厂家把这种极细的长丝进行包绕、并捻或并胶，制成特种导电纱线，再同纺织纱线或绒线进行混编或绞织，进而制成抗静电织物、电磁屏蔽织物、时尚闪亮礼服等。
金属纤维混纺织物
金属纤维即是把金属材料加工成纤维状。它们除具有良好的导电性、导热性和耐高温特性外，还具有较高的强度，现已被列为新材料行列。金属纤维目前用于屏蔽织物的主要是镍和不锈钢纤维两种，其中镍纤维对人体皮肤不利，现在很少采用。
金属纤维制备方法
线材拉抽法——单线拉抽和集束拉抽；
熔融纺丝法——有熔融挤出法、喷射激冷法、玻璃包覆法、熔融牵引法和离心纺丝法；
切削法——线材切削法和振动切削法等；
其他方法——膜层涂镀法和结晶、析出法等； |
不锈钢和镍纤维的直径一般有4微米、6微米、8微米、12微米，不锈钢纤维的主要品牌为304L和316L。
金属纤维元素含量（%）。 |
用于屏蔽服的金属纤维应当是：直径细、强度高、用量要少。这种织物在确保屏蔽效能的条件下，服用性好、不刺人、不过敏、不生锈，多次洗涤屏蔽效能不下降。
金属纤维纺纱加工方面，现在生产的不锈钢纤维和镍纤维多为长丝束（每束为1800~10000根），和服用纤维相比，比重大，纺纱加工时产生的离心力也大；刚性强，粗硬挺直，弹性较差；摩擦系数较大，抱合力较小，加捻成纱困难。
因为纱线内金属纤维含量的多少和均一性，直接影响织物对电磁辐射屏蔽的效能，因而其含量和均匀性应当严格控制。而今，虽然采用了牵切工艺使均匀性有了很大提高，但纺制的纱支仍以21支、32支和42支为多，纺制60支以上的高支纱还有困难。
考虑到织物的强度和抗褶皱性，可使用涤纶纤维、棉纤维和金属纤维三者混纺。涤/棉的比例可为50/50，金属纤维的含量视使用环境而定。在一般情况下，金属纤维的混合比例在5~25%（重量比），特殊需要还可以低于5%，或高于25%，甚至金属纤维纯纺。
金属纤维优点
挠性好——它的柔性和纺织纤维相似，耐折、耐挠。
强度高——断裂强度大、伸长较小，有良好的弯曲加工性，但钩结强度较低；
耐蚀性——耐酸、耐碱和耐各种有机溶剂；
耐高温、导电、传热。 |
这种屏蔽织物和金属丝混编织物相比，性能大大提高；质地同一般织物相比，手感柔软，耐洗耐晒，色谱较多。但浅色和深色织物在染色（印花）后，金属纤维易于显露，影响外观。
金属纤维刚性较强、耐搓性欠缺，直径8微米以上的金属纤维织物尤为突出，经多次搓洗，有折断的不锈纤维脱落，贴身穿着有刺痒感，屏蔽效能也有所下降；遇到汗液还会锈浊，用强碱性洗涤剂洗，会有六价铬析出，还游离出镍元素，对人体不利。
织物在0.015MHz~3GHz范围内，屏蔽效能达15~40db，主要用作电磁辐射防护服、抗静电服和防伪材料等。
不 钢纤维不同含量制品的用途。 |
不 钢纤维制品的抑菌效果。 |
利用老技术，开发屏蔽织物
化学镀银织物
这种屏蔽织物质地轻薄、柔软透气、耐蚀抗菌，屏蔽电磁波安全可靠，广泛用于防电磁辐射领域。
在屏蔽效能要求不太高的场合，为了提高服用性和耐洗、耐搓等使用期限，现在先化学镀银专丝，再与服用专丝混编成织物。
不 钢纤维纯纺流程。
不 钢纤维混纺流程。
不 钢纤维纯无纺（针刺、烧结）流程。
织物化学镀银问题之一是硝酸银的利用率太低，仅为50%，致使产品成本居高不下，限制了它的使用。这种屏蔽织物在0.15MHz～20GHz范围内，屏蔽的效能达到60～100db以上，用于电子电器的兼容品、带电作业服、电磁辐射防护服、电磁弹防护材料及心脏起搏器植入者、渔民和探险者的救生衣和防伪、杀菌和抗静电领域。近来，针对化学镀银织物具有杀菌、自洁、活血的特性，又开发出了不洗内衣和护体、健体、美体等多功能用品。
金属涂层织物
利用成熟的涂层技术，把导电导磁物质混入到涂层浆内，使织物获得屏蔽电磁波的功能，主要导电导磁物质有银粉、铜粉、铝粉、金属氧化物粉、碳黑和石墨粉以及纳米材料等。
镀银敏化浴配方。 |
化学镀银浴配方。 |
金属涂层织物透气性差，手感较硬，更主要的还是屏蔽电磁波的功能不够理想，所以，至今没有广泛推广。
研发新工艺，制屏蔽织物
随着电子电器的普及，电磁环境日趋复杂，人们提出的防护要求越来越高。二十世纪七十年代末到八十年代初，国内外出现了化学镀铜织物、化学镀镍织物和硫化铜织物等。
化学镀金属又叫做无电解电镀，仅借用还原剂把金属离子还原成金属，进而沉积在金属或非金属材料表面，织物（纤维）上化学镀金属是近几十年来才发展起来的。
可能进行化学镀的金属有金、银、钯、铜、镍、磷、钴、锡、锌、铅、铁、锰、铬、垫、钨和硼以及它们的合金，在织物（纤维）上能施镀的金属，就更少了。
目前，化学镀的方法主要有浸镀、滚镀、刷镀、笔镀和喷镀。根据镀件的需要，选用适合的施镀方法才能获得满意的镀层。
坯布（纤维）—前处理（脱脂粗化等）—引发（活化、溅射、植入等）—化学镀—着色、印花—烘干—检验—成品。保护层：水溶性PU/丙烯酸酯
化学镀流程。 |
化学镀金属在催化表面上进行，所以需要前处理，以赋予织物（纤维）表面催化性，使金属连续不断的沉积上去。所有短纤维织物表面都有纤维毛，这些纤维毛的存在会影响镀层的光洁度、镀层和织物（纤维）的结合牢度，为此，必须进行烧毛，使布面光洁；退浆、脱脂、粗化目的是使织物表面洁净（涤纶、尼龙另需粗化），以提高镀层和织物的咬合力。
敏化处理和化学镀银相同，把织物或纤维浸入催化剂（氯化亚锡等）溶液内，使催化剂的金属离子均匀地吸附在织物或纤维表面。因为一般织物的纤维在水中都带有微量的负电荷，能吸附一定量的正离子，保证活化时发生还原反应。
活化处理是用贵金属的盐类，如氯化金、硝酸银、和氯化钯等，借敏化时吸附的某些正离子，把钯或银离子置换出来，均匀地沉积在织物（纤维）表面上，形成银金属或钯金属的极微薄的金属层—活动中心，为化学镀提供催化层。
纯涤纶布敏化浴。 |
氯化钯（克/升） 0.8~1.5
盐酸（毫升/升） 180~220
氯化亚锡（克/升）50~80
温度（℃） 20~30
时间（分钟） 5~10
纯涤纶布胶体钯活化浴。 |
织物或纤维表面具有催化作用的活化层，也可以用胶体钯溶液直接对织物或纤维进行催化处理。采用胶体钯一步活化法取代先敏化，再活化的工艺，是非金属化学镀领域中的一大改进，从而消除了敏化过程中易于氧化的缺点，此法方便、可靠、且成本低。
化学镀铜织物
化学镀铜是继化学镀银之后，出现的一种镀金属新工艺，即把活化后的基布浸入镀浴中施镀。
因为织物或纤维的表面积很大，镀浴如按化学镀塑料件进行配制，反应速度太慢，镀层发暗。要想在织物或纤维上获得较好的镀层，除增大浴比外，还要注意：铜离子浓度范围在20~30克/升；选用复合稳定剂；选择适合的还原剂；先化学镀，使织物或纤维具有一定的导电性后，再电镀；为延长镀浴的使用寿命，一般是采用较低的温度——室温，PH在9～13之间最好。
为了获得更好的镀铜织物或纤维，浴内严禁混入固体杂质；甲醛必须透明清澈；镀槽必须清洗干净，不允许有铜残留在槽壁上；所镀织物或纤维不能过多，超过负荷会引起镀浴分解；采用空气搅拌，以补充浴中氧气，提高镀浴的稳定性；添加三异丙醇胺，提高沉积速度，并使镀层更加光亮。
为了降低成本和防止环境的污染，必须对镀液进行再生循环利用。只要把镀降到10度以下，即可把绝大部分的硫酸钠除去，而不损失酒石酸钾钠，处理过的镀液可继续使用，基本达到无残液排放。
这种屏蔽织物的性能同化学镀银织物相似，在0.15MHz～20GHz范围内，屏蔽效能达50～100db以上，用作电子电器的兼容材料、电磁辐射防护服、电磁弹防材料、假目标和定位装置、保密室墙布和窗帘、屏蔽帐、兼容材料，或起搏器置入者、探险家和渔民的救生衣、电缆屏蔽布、平面天线和面电极等。
化学镀镍织物
化学镀铜织物的美中不足就是耐蚀性能较差，尤其是在潮湿的海洋性气候下使用易于被腐蚀而失效，因而化学镀镍织物也就继化学镀铜之后登场了。
化学镀铜浴配方（基布纯涤纶布）。 |
化学镀镍也是自催化反应，最好要在碱性条件下对织物施镀，低温施镀可获得较低的含磷量，控制镀层内的含磷量也是对镀镍织物严格要求的一个重要指标。
化学镀镍络影响因素
镍离子浓度：在碱性条件下，沉积速度达到峰值（25克/升）；
络合剂：为控制镀层内含磷量不得超过3%，而低于2%，络合剂要选用复合络合剂；
还原剂：严格控制Ni2+还原剂重量的比值；
稳定剂：适当添加一些稳定剂是必要的，一般是添加硫脲、胍和味唑即可；
温度：织物镀镍最好采用低温，即便于操作、节省能源，又对织物的强度影响较小。
硫酸镍 20~35克/升
柠檬酸钠 10~15克/升
氯化铵 20~25克/升
次亚磷酸钠 15~20克/升
硫脲（0.2%） 0.5毫升/升
PH值 8~8.5
温度 40~45℃
化学镀镍浴配方（基布为纯涤纶布）。 |
在配制镀浴时必须过滤，防止固体粒子带入；添加原料时，要边搅拌边放入，不要加得太快；镀浴要防止铁盐、铬盐和硫化物等杂质的污染（中毒）；镀槽应按时清洗，除去一切杂物；镀浴内施镀的织物不能过多，以免造成镀浴分解。
由于这种屏蔽织物处在0.15MHz-20GHz内，屏蔽效能达到45-90db以上，因而织物最好不接触皮肤穿着。
硫化铜织物
该织物是利用聚丙烯纤维大分子链上的氰基和铜盐，借助还原剂、硫化剂等，发生螯合而成的。从形成的金属化合物来看，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。该织物的耐洗、耐搓性优于化学镀金属织物，其服用性又优于金属纤维混纺织物，是当前比较理想的屏蔽电磁波服用织物。
硫化铜织物在制造过程中，采用一般的染整工艺、设备进行。但是，所涉及的因素较多，如铜盐浓度、还原剂种类及用量、反应温度、PH值、供硫（碘）化合物的种类及用量、浴比、水质和添加的助剂等。
其中，铜盐的用量也有一个极限，不是越多越好；还原剂最好选用反应缓慢的、还原能力强的（可减少加入量）、副产物少的；温度的高低要适中，更重要的还是升温速率；处理浴的PH值应控制在2.5~4.0范围内；理想的释硫化合物应是逐步缓慢释放为好。
选用合理的配方、严格控制生产工艺生产出的硫化铜织物，具有良好的导电性和屏蔽电磁波的效果，对电磁波是以吸收为主。在0.15MHz~3GHz范围内，屏蔽效能达15~45db以上，并仍保留原来织物的风格，耐洗（用中性或弱酸性洗涤剂）、耐晒、可熨烫、柔软透气、抗菌率达98%，能平衡人体电位和保暖等。
市场需求，促进多种屏蔽织物涌现
复合镀金属织物是近年来才发展起来的，目的是增加功能性，降低成本。例如，银—铜复合镀层能节约昂贵的白银，又能满足市场；铜—镍复合镀层中，铜的导电性能好，而不耐蚀，镍耐蚀，又有铁磁性，而导电性不如铜，两者复合，如虎添翼。
合金镀层织物则提高了化学镀金属织物的综合性能，现今在织物上采用的合金镀层有钯、铜、镍和磷；银、铁、镍、铜和磷；银、镍、磷、铁和钴；钯、铜、硼和锡等。还可根据环境和使用场合的要求，进行金属种类和含量的组合选择。
镀铁磁体织物能抵抗低频磁场的危害，设法把它们镀在织物上，制成的磁场屏蔽材料很有现实意义的经济价值。这种镀层织物的加工，现在国内外还处于实验阶段，只有少量生产。
镀铅织物是把铅进行抽丝，编织成布；也有的在织物上喷铅，来代替铅板和铅橡胶。现在，在织物上进行化学镀铅已进入了开发阶段，目前仅能获得较薄的镀层，还不能作为产品，只有再通过电镀加厚，才可使用。
化学镀铜残液再生法（新配浴内的酒石酸钾钠的浓度为6.5~7.4%）。 |
喷镀金属于织物是把金属直接加热熔化以后，利用高压气流，直接均匀地喷洒在织物表面。工艺流程短，金属层和织物的结合牢度，大于化学镀层和电镀层。现已有喷铅、喷铝和喷锡等织物，前景看好。
此外，从上世纪九十年代至今，国内外除对上述屏蔽织物进一步研发外，先后又研制出了多元素织物、多离子织物、多功能织物、吸波织物、合成导电高分子织物和纳米材料织物等，满足了市场需求。
（下期待续）
本文作者是上海纺织科学研究院特品研究室高级工程师。
Shang Sishan is Senior Engineer of Technical Textile Department, Shanghai Textile Research Institute.
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