| 自1969年國際電磁兼容討論會上，電磁輻射被列為必須控制的環境污染物起，人們對電磁輻射污染本質的認識不斷深入，安全標準也在不斷修訂和完善，防護措施不斷加強，其中之一就是研製開發高效的人體防護材料——屏蔽織物，從而進行個體防範。 |
屏蔽織物除具有服用性能以外，還兼有良好的導電性和導磁性，它是通過物理和化學的方法，把導電和導磁物質賦予織物之內，並使織物仍然保留原來風格。
屏蔽織物選用的基材和功能物質
現在，國內外的屏蔽織物的基材有棉、蠶絲、麻、粘膠纖維、維綸、滌棉、純滌、尼龍、綸、棉、毛、氧化纖維、碳纖維、合成導電高分子纖維和少數無機纖維等。使用最多的功能材料仍是導電材料、導磁材料和超導材料，納米材料也是很好的功能材料，是今後研發的熱點。
其中，鐵氧體對30~500MHz的電磁波有較好的吸收性；羥基鐵、鐵淦氧粉是一種較好的吸波材料；鈮酸鋰和某些稀有金屬也是較好的吸波材料；納米材料有較好的吸波性，有待研發；石墨和碳黑也是應用較廣的吸波材料；鋼有導磁性，也有保磁性，常被用來製永磁體。
屏蔽織物加工步驟。 |
屏蔽織物的製備方法
金屬絲的混編織
金屬絲和服用紗（線）混編織物是第一代屏蔽織物，金屬絲主要由鎳、銅、鋁、不鏽鋼和合金製造，個別場合還採用鍍銀銅絲和銀絲，也有的使用鉛絲。織物的手感較硬並厚重，表面粗糙，服用性差。
應用方面，該種織物屏蔽效能在0.15MHz~20GHz內，達60 ~100db以上，主要用做帶電作業服、電磁輻射防護服、電磁彈防護服、保密室的牆布和窗簾、精密儀器的屏蔽罩和屏蔽帳，擊劍服也是此類軋扁鍍銀絲的編織物。
隨著抽絲工藝的改進，現已可抽成Φ30~40μm極細的銅、鎳和不鏽鋼絲，有的廠家把這種極細的長絲進行包繞、並捻或並膠，製成特種導電紗線，再同紡織紗線或絨線進行混編或絞織，進而製成抗靜電織物、電磁屏蔽織物、時尚閃亮禮服等。
金屬纖維混紡織物
金屬纖維即是把金屬材料加工成纖維狀。它們除具有良好的導電性、導熱性和耐高溫特性外，還具有較高的強度，現已被列為新材料行列。金屬纖維目前用於屏蔽織物的主要是鎳和不鏽鋼纖維兩種，其中鎳纖維對人體皮膚不利，現在很少採用。
金屬纖維製備方法
線材拉抽法——單線拉抽和集束拉抽；
熔融紡絲法——有熔融擠出法、噴射激冷法、玻璃包覆法、熔融牽引法和離心紡絲法；
切削法——線材切削法和振動切削法等；
其他方法——膜層塗鍍法和結晶、析出法等； |
不鏽鋼和鎳纖維的直徑一般有4微米、6微米、8微米、12微米，不鏽鋼纖維的主要品牌為304L和316L。
金屬纖維元素含量（%）。 |
用於屏蔽服的金屬纖維應當是：直徑細、強度高、用量要少。這種織物在確保屏蔽效能的條件下，服用性好、不刺人、不過敏、不生鏽，多次洗滌屏蔽效能不下降。
金屬纖維紡紗加工方面，現在生產的不鏽鋼纖維和鎳纖維多為長絲束（每束為1800~10000根），和服用纖維相比，比重大，紡紗加工時產生的離心力也大；剛性強，粗硬挺直，彈性較差；摩擦系數較大，抱合力較小，加捻成紗困難。
因為紗線內金屬纖維含量的多少和均一性，直接影響織物對電磁輻射屏蔽的效能，因而其含量和均勻性應當嚴格控制。而今，雖然採用了牽切工藝使均勻性有了很大提高，但紡製的紗支仍以21支、32支和42支為多，紡製60支以上的高支紗還有困難。
考慮到織物的強度和抗褶皺性，可使用滌綸纖維、棉纖維和金屬纖維三者混紡。滌/棉的比例可為50/50，金屬纖維的含量視使用環境而定。在一般情況下，金屬纖維的混合比例在5~25%（重量比），特殊需要還可以低於5%，或高於25%，甚至金屬纖維純紡。
金屬纖維優點
撓性好——它的柔性和紡織纖維相似，耐折、耐撓。
強度高——斷裂強度大、伸長較小，有良好的彎曲加工性，但鉤結強度較低；
耐蝕性——耐酸、耐鹼和耐各種有機溶劑；
耐高溫、導電、傳熱。 |
這種屏蔽織物和金屬絲混編織物相比，性能大大提高；質地同一般織物相比，手感柔軟，耐洗耐曬，色譜較多。但淺色和深色織物在染色（印花）後，金屬纖維易於顯露，影響外觀。
金屬纖維剛性較強、耐搓性欠缺，直徑8微米以上的金屬纖維織物尤為突出，經多次搓洗，有折斷的不鏽纖維脫落，貼身穿著有刺癢感，屏蔽效能也有所下降；遇到汗液還會鏽濁，用強鹼性洗滌劑洗，會有六價鉻析出，還游離出鎳元素，對人體不利。
織物在0.015MHz~3GHz範圍內，屏蔽效能達15~40db，主要用作電磁輻射防護服、抗靜電服和防偽材料等。
不銹鋼纖維不同含量製品的用途。 |
不銹鋼纖維製品的抑菌效果。 |
利用老技術，開發屏蔽織物
化學鍍銀織物
這種屏蔽織物質地輕薄、柔軟透氣、耐蝕抗菌，屏蔽電磁波安全可靠，廣泛用於防電磁輻射領域。
在屏蔽效能要求不太高的場合，為了提高服用性和耐洗、耐搓等使用期限，現在先化學鍍銀專絲，再與服用專絲混編成織物。
不銹鋼纖維純紡流程。
不銹鋼纖維混紡流程。
不銹鋼纖維純无紡（針刺、燒結）流程。
織物化學鍍銀問題之一是硝酸銀的利用率太低，僅為50%，致使產品成本居高不下，限制了它的使用。這種屏蔽織物在0.15MHz～20GHz範圍內，屏蔽的效能達到60～100db以上，用於電子電器的兼容品、帶電作業服、電磁輻射防護服、電磁彈防護材料及心髒起搏器植入者、漁民和探險者的救生衣和防偽、殺菌和抗靜電領域。近來，針對化學鍍銀織物具有殺菌、自潔、活血的特性，又開發出了不洗內衣和護體、健體、美體等多功能用品。
金屬塗層織物
利用成熟的塗層技術，把導電導磁物質混入到塗層漿內，使織物獲得屏蔽電磁波的功能，主要導電導磁物質有銀粉、銅粉、鋁粉、金屬氧化物粉、碳黑和石墨粉以及納米材料等。
鍍銀敏化浴配方。 |
化學鍍銀浴配方。 |
金屬塗層織物透氣性差，手感較硬，更主要的還是屏蔽電磁波的功能不夠理想，所以，至今沒有廣泛推廣。
研發新工藝，製屏蔽織物
隨著電子電器的普及，電磁環境日趨複雜，人們提出的防護要求越來越高。二十世紀七十年代末到八十年代初，國內外出現了化學鍍銅織物、化學鍍鎳織物和硫化銅織物等。
化學鍍金屬又叫做無電解電鍍，僅借用還原劑把金屬離子還原成金屬，進而沉積在金屬或非金屬材料表面，織物（纖維）上化學鍍金屬是近幾十年來才發展起來的。
可能進行化學鍍的金屬有金、銀、鈀、銅、鎳、磷、鈷、錫、鋅、鉛、鐵、錳、鉻、墊、鎢和硼以及它們的合金，在織物（纖維）上能施鍍的金屬，就更少了。
目前，化學鍍的方法主要有浸鍍、滾鍍、刷鍍、筆鍍和噴鍍。根據鍍件的需要，選用適合的施鍍方法才能獲得滿意的鍍層。
坯布（纖維）—前處理（脫脂粗化等）—引發（活化、濺射、植入等）—化學鍍—著色、印花—烘乾—檢驗—成品。保護層：水溶性PU/丙烯酸酯
化學鍍流程。 |
化學鍍金屬在催化表面上進行，所以需要前處理，以賦予織物（纖維）表面催化性，使金屬連續不斷的沉積上去。所有短纖維織物表面都有纖維毛，這些纖維毛的存在會影響鍍層的光潔度、鍍層和織物（纖維）的結合牢度，為此，必須進行燒毛，使布面光潔；退漿、脫脂、粗化目的是使織物表面潔淨（滌綸、尼龍另需粗化），以提高鍍層和織物的咬合力。
敏化處理和化學鍍銀相同，把織物或纖維浸入催化劑（氯化亞錫等）溶液內，使催化劑的金屬離子均勻地吸附在織物或纖維表面。因為一般織物的纖維在水中都帶有微量的負電荷，能吸附一定量的正離子，保證活化時發生還原反應。
活化處理是用貴金屬的鹽類，如氯化金、硝酸銀、和氯化鈀等，借敏化時吸附的某些正離子，把鈀或銀離子置換出來，均勻地沉積在織物（纖維）表面上，形成銀金屬或鈀金屬的極微薄的金屬層—活動中心，為化學鍍提供催化層。
純滌綸布敏化浴。 |
氯化鈀（克/升） 0.8~1.5
鹽酸（毫升/升） 180~220
氯化亞錫（克/升）50~80
溫度（℃） 20~30
時間（分鐘） 5~10
純滌綸布膠體鈀活化浴。 |
織物或纖維表面具有催化作用的活化層，也可以用膠體鈀溶液直接對織物或纖維進行催化處理。採用膠體鈀一步活化法取代先敏化，再活化的工藝，是非金屬化學鍍領域中的一大改進，從而消除了敏化過程中易於氧化的缺點，此法方便、可靠、且成本低。
化學鍍銅織物
化學鍍銅是繼化學鍍銀之後，出現的一種鍍金屬新工藝，即把活化後的基布浸入鍍浴中施鍍。
因為織物或纖維的表面積很大，鍍浴如按化學鍍塑料件進行配製，反應速度太慢，鍍層發暗。要想在織物或纖維上獲得較好的鍍層，除增大浴比外，還要註意：銅離子濃度範圍在20~30克/升；選用複合穩定劑；選擇適合的還原劑；先化學鍍，使織物或纖維具有一定的導電性後，再電鍍；為延長鍍浴的使用壽命，一般是採用較低的溫度——室溫，PH在9～13之間最好。
為了獲得更好的鍍銅織物或纖維，浴內嚴禁混入固體雜質；甲醛必須透明清澈；鍍槽必須清洗乾淨，不允許有銅殘留在槽壁上；所鍍織物或纖維不能過多，超過負荷會引起鍍浴分解；採用空氣攪拌，以補充浴中氧氣，提高鍍浴的穩定性；添加三異丙醇胺，提高沉積速度，並使鍍層更加光亮。
為了降低成本和防止環境的污染，必須對鍍液進行再生循環利用。只要把鍍降到10度以下，即可把絕大部分的硫酸鈉除去，而不損失酒石酸鉀鈉，處理過的鍍液可繼續使用，基本達到無殘液排放。
這種屏蔽織物的性能同化學鍍銀織物相似，在0.15MHz～20GHz範圍內，屏蔽效能達50～100db以上，用作電子電器的兼容材料、電磁輻射防護服、電磁彈防材料、假目標和定位裝置、保密室牆布和窗簾、屏蔽帳、兼容材料，或起搏器置入者、探險家和漁民的救生衣、電纜屏蔽布、平面天線和面電極等。
化學鍍鎳織物
化學鍍銅織物的美中不足就是耐蝕性能較差，尤其是在潮濕的海洋性氣候下使用易於被腐蝕而失效，因而化學鍍鎳織物也就繼化學鍍銅之後登場了。
化學鍍銅浴配方（基布純滌綸布）。 |
化學鍍鎳也是自催化反應，最好要在鹼性條件下對織物施鍍，低溫施鍍可獲得較低的含磷量，控制鍍層內的含磷量也是對鍍鎳織物嚴格要求的一個重要指標。
化學鍍鎳絡影響因素
鎳離子濃度：在鹼性條件下，沉積速度達到峰值（25克/升）；
絡合劑：為控制鍍層內含磷量不得超過3%，而低於2%，絡合劑要選用複合絡合劑；
還原劑：嚴格控制Ni2+還原劑重量的比值；
穩定劑：適當添加一些穩定劑是必要的，一般是添加硫脲、胍和味唑即可；
溫度：織物鍍鎳最好採用低溫，即便於操作、節省能源，又對織物的強度影響較小。
硫酸鎳 20~35克/升
檸檬酸鈉 10~15克/升
氯化銨 20~25克/升
次亞磷酸鈉 15~20克/升
硫脲（0.2%） 0.5毫升/升
PH值 8~8.5
溫度 40~45℃
化學鍍鎳浴配方（基布為純滌綸布）。 |
在配製鍍浴時必須過濾，防止固體粒子帶入；添加原料時，要邊攪拌邊放入，不要加得太快；鍍浴要防止鐵鹽、鉻鹽和硫化物等雜質的污染（中毒）；鍍槽應按時清洗，除去一切雜物；鍍浴內施鍍的織物不能過多，以免造成鍍浴分解。
由於這種屏蔽織物處在0.15MHz-20GHz內，屏蔽效能達到45-90db以上，因而織物最好不接觸皮膚穿著。
硫化銅織物
該織物是利用聚丙烯纖維大分子鏈上的氰基和銅鹽，借助還原劑、硫化劑等，發生螯合而成的。從形成的金屬化合物來看，主要是銀、銅、錫等金屬的硫化物和碘化物，屬於具有P型半導體性質的導電體。該織物的耐洗、耐搓性優於化學鍍金屬織物，其服用性又優於金屬纖維混紡織物，是當前比較理想的屏蔽電磁波服用織物。
硫化銅織物在製造過程中，採用一般的染整工藝、設備進行。但是，所涉及的因素較多，如銅鹽濃度、還原劑種類及用量、反應溫度、PH值、供硫（碘）化合物的種類及用量、浴比、水質和添加的助劑等。
其中，銅鹽的用量也有一個極限，不是越多越好；還原劑最好選用反應緩慢的、還原能力強的（可減少加入量）、副產物少的；溫度的高低要適中，更重要的還是升溫速率；處理浴的PH值應控制在2.5~4.0範圍內；理想的釋硫化合物應是逐步緩慢釋放為好。
選用合理的配方、嚴格控制生產工藝生產出的硫化銅織物，具有良好的導電性和屏蔽電磁波的效果，對電磁波是以吸收為主。在0.15MHz~3GHz範圍內，屏蔽效能達15~45db以上，並仍保留原來織物的風格，耐洗（用中性或弱酸性洗滌劑）、耐曬、可熨燙、柔軟透氣、抗菌率達98%，能平衡人體電位和保暖等。
市場需求，促進多種屏蔽織物湧現
複合鍍金屬織物是近年來才發展起來的，目的是增加功能性，降低成本。例如，銀—銅複合鍍層能節約昂貴的白銀，又能滿足市場；銅—鎳複合鍍層中，銅的導電性能好，而不耐蝕，鎳耐蝕，又有鐵磁性，而導電性不如銅，兩者複合，如虎添翼。
合金鍍層織物則提高了化學鍍金屬織物的綜合性能，現今在織物上採用的合金鍍層有鈀、銅、鎳和磷；銀、鐵、鎳、銅和磷；銀、鎳、磷、鐵和鈷；鈀、銅、硼和錫等。還可根據環境和使用場合的要求，進行金屬種類和含量的組合選擇。
鍍鐵磁體織物能抵抗低頻磁場的危害，設法把它們鍍在織物上，製成的磁場屏蔽材料很有現實意義的經濟價值。這種鍍層織物的加工，現在國內外還處於實驗階段，只有少量生產。
鍍鉛織物是把鉛進行抽絲，編織成布；也有的在織物上噴鉛，來代替鉛板和鉛橡膠。現在，在織物上進行化學鍍鉛已進入了開發階段，目前僅能獲得較薄的鍍層，還不能作為產品，只有再通過電鍍加厚，才可使用。
化學鍍銅殘液再生法（新配浴內的酒石酸鉀鈉的濃度為6.5~7.4%）。 |
噴鍍金屬於織物是把金屬直接加熱熔化以後，利用高壓氣流，直接均勻地噴灑在織物表面。工藝流程短，金屬層和織物的結合牢度，大於化學鍍層和電鍍層。現已有噴鉛、噴鋁和噴錫等織物，前景看好。
此外，從上世紀九十年代至今，國內外除對上述屏蔽織物進一步研發外，先後又研製出了多元素織物、多離子織物、多功能織物、吸波織物、合成導電高分子織物和納米材料織物等，滿足了市場需求。
（下期待續）
本文作者是上海紡織科學研究院特品研究室高級工程師。
Shang Sishan is Senior Engineer of Technical Textile Department, Shanghai Textile Research Institute.
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