（纺织工程专业论文）高聚物基金属镀膜纤维电磁波防护性能研究[纺织工程专业优秀论文].pdf

摘要 随着电磁化程度的不断提高，人们在享受电磁设备带来便利的同时，也受到了电 磁辐射的巨大危害。为了预防电磁辐射，各种各样的电磁防护设备应运而生。而针对 个体防护的服装，作为一种能够在电磁环境中进行电磁辐射防护的防护载体，正逐渐 成为纺织研究的焦点。 本文在前人研究的基础上，总结了电磁辐射对人体健康的危害、电磁辐射的相关 国际和国内标准以及电磁波屏蔽防护技术的研究与现状。讨论了电磁波屏蔽测试方法 与指标以及在高聚物材料表面上进行金属薄膜镀膜技术镀层的工艺与设备。在理论 上，从电磁波的基本理论出发，分析了电磁波在高聚物基金属镀膜复合材料中电磁波 反射和透射的传播基本规律，推导了材料界面上的垂直入射和斜入射以及电磁波透过 网栅、网格屏蔽规律。采用不同金属材料，以不同的镀层厚度对高聚物基片迸行真空 蒸发镀膜，并测试了其电磁屏蔽效能，结果表明：材料的电导率越大，表面电阻值越 小，屏蔽电磁波效果越好；随着镀层厚度的增加，屏蔽效能增加，屏蔽效能与镀层厚 度的变化规律符合指数关系。测试和分析了金属镀膜纤维在织物的经纬向不同嵌织密 度以及不同的电场振动平面与嵌织线的夹角下，电磁屏蔽效能的变化规律，得出结论： 嵌织密度越大，网格越小，屏蔽效果越好，屏蔽效能与金属镀膜纤维嵌织密度的变化 规律符合负指数关系；与测试角度的余弦值的平方成线形关系，测试角度越大，屏蔽 效能越低。实验测试所得到的相应的回归预测规律，与理论分析的规律是一致的。同 时。本文对高聚物基金属镀膜纤维的工艺性能进行t n 试研究，测试和分析了金属镀 层耐磨性、耐久洗涤性对电磁屏蔽效能的影响，结果表明：通常着装环境下，金属镀 膜防电磁辐射织物的耐磨性能较好，但不适用于摩擦环境较恶劣的地方；金属镀膜纤 维嵌织织物耐久洗涤性能优良，片状镀膜抗电磁辐射织物的耐久洗涤性能差于经纬向 嵌织金属镀膜纤维织物。同时对金属镀膜纤维的比电阻、热收缩率、耐热性、强伸度、 熔点、蠕变性能等工艺性能进行了测试。结果表明：金属镀膜纤维具有较好的拉伸强 度、耐磨性、耐折届性和较好的拉伸弹性回缩能力，能够满足纺织加工要求。 利用金属镀膜纤维在织物的经纬向嵌织，具有彩色及金属光泽装饰效果，满足了 美观的要求，保持了织物原有的风格，如柔软性、透汽性、强伸力等，同时，具有良 好的电磁屏蔽效果，可作为电磁波防护用纺织品的一种材料。本文所进行的理论分析 和实验测试工作，为电磁波防护功能织物的开发提供了理论依据和实践指导。 关键字：电磁波防护织物金属镀膜纤维屏蔽效能测试 s t u d yo ns h i e l d i n ge l e c t r o m a g n e t i cw a v eo fm e t a l l i z e d f i b r eo nt h eh i 曲p o l y m e r a b s t r a c t a st h ei n c r e a s i n gu s eo fe l e c t r o m a g n e t i c ，p e o p l eh a v et of a c et h ee n o r m o u sd a n g e ro f e l e c t r o m a g n e t i cr a d i a t i o nw h i l ee n j o y i n gt h ef a c i l i t yo fe l e c t r o m a g n e t i ce q u i p m e n t i n o r d e rt op r e v e n te l e c t r o m a g n e t i cr a d i a t i o n ，v a r i o u se l e c t r o m a g n e t i cs h i e l d i n ge q u i p m e n t s a r e d e v e l o p e d i n d i v i d u a lp r o t e c t i o nc l o t h i n g ，t h es h e l t e rc a r r i e r , w h i c hc a ns h i e l d e l e c t r o m a g n e t i cr a d i a t i o ni nt h ee l e c t r o m a g n e t i ce n v i r o n m e n t ，b e c o m e saf o c u si nt e x t i l e s t u d yg r a d u a l l y b a s e do nt h er e s e a r c ho fo t h e r s ，t h i sp a p e rs u m m a r i z e dt h ed a n g e ro fe l e c t r o m a g n e t i c r a d i a t i o nt oh u m a nh e a l t h ，i n t r o d u c e dt h er e l e v a n ti n t e r n a t i o n a la n dd o m e s t i cs t a n d a r do f e l e c t r o m a g n e t i cr a d i a t i o n ，a n da l s od e s c r i b e dt h er e s e a r c ha n dl a s t e dt e c h n o l o g yi n t h e e l e c t r o m a g n e t i c w a v e s h i e l d i n g d i s c u s s e d t h e t e s t i n g m e t h o da n di n d e xo f e l e c t r o m a g n e t i cw a v es h i e l d i n ga sw e l la st h ep l a t em e m b r a n et e c h n o l o g yu s i n gv a c u u m e v a p o r a t i o n w ei n v e s t i g a t e dt h et e c h n i c so fp l a t i n gm e t a lo nt h es u r f a c eo fh i g hp o l y m e r m a t e r i a l sa n ds t u d i e di t ss t r u c t u r e b a s e do nt h et h e o r i e so ft h ee l e c t r o m a g n e t i cw a v e ，w e a n a l y s e dt h eb a s i cr u l eo fe l e c t r o m a g n e t i cw a v er e f l e c ta n dt r a n s m i ti nt h em e t a lp l a t i n g m e m b r a n ep o l y a m i d e m a t r i xc o m p o s i t e s d e d u c et h eu pv e r t i c a la n do b l i q u ei n c i d e n c er o l e o fe l e c t r o m a g n e t i cw a v eo nt h ei n t e r f a c eo fm a t e r i a l sa n dr u l eo fp e r m e a t em e s h w o r k ， g r i d d i n g s h i e l d u s i n gt h em e t h o do fv a c u u me v a p o r a t i o n p l a t i n g d i f f e r e n tm e t a l m a t e r i a l so n h j 【g hp o l y m e r s u b s t r a t ew i t hd i f f e r e n tt h i c k n e s s ，a n d t e s t i n g i t s e l e c t r o m a g n e t i cs h i e l d i n ge f f i c i e n c y , t h er e s u l ts h o w s ：t h eh i g h e rt h ec o n d u c t a n c er a t eo f t h em a t e r i a li s ，t h el i g h t e rs u r f a c ev a l u eo fr e s i s t a n c ei s ，t h eb e t t e rt h es h i e l d i n ge f f e c t i e n c y o f e l e c t r o m a g n e t i cw a v ei s ；t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ns h i e l d i n ge f f e c t i e n c ya n dt h i c k n e s s o fp l a t i n ga c c o r dw i t hi n d e xr e l a t i o n ，w i t ht h ei n c r e a s i n go fp l a t i n gt h i c k n e s s ，s h i e l d i n g e f f i c i e n c yi n c r e a s e s t e s ta n da n a l y s et h ec h a n g i n gr u l e o fe l e c t r o m a g n e t i cs h i e l d i n g e f f e c t i v e n e s so fm e t a lp l a t i n gf i b e ru n d e rd i f f e r e n tk n i td e n s i t ya n dd i f f e r e n ta n g l eb e t w e e n e l e c t r i cf i e l dv i b r a t i o nl e v e la n di n l a y e dt h r e a d ，d r a wt h ec o n c l u s i o n ：t h er e l a t i o n s h i p b e t w e e ns h i e l d i n ge f f i c i e n c ya n di n l a y e dd e n s i t yo fm e t a lp l a t i n gf i b e ra c c o r dw i t hm i n u s i n d e x ，t h eb i g g e ro fi n l a y e dd e n s i t y , t h es m a l l e rt h en e ti s ，a n dt h eb e t t e rt h es h i e l d i n g e f f e c ti s ；t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ns h i e l d i n ge f f i c i e n c ya n ds q u a r eo fc o s i n ea n g l ei sd i r e c t p r o p o r t i o n ，t h eb i g g e r o fa n g l e ，t h el o w e ro f s h i e l d i n ge f f i c i e n c y a n dt h e f o r e c a s t d i s c i p l i n a r i a nd r a w nf r o me x p e r i m e n t i su n a n i m o u sw i t ht h er u l ed r a w nb yt h e o r y m e a n w h i l e ，t e s t i n ga n ds t u d y i n gt h ec r a f tp e r f o r m a n c eo fp o l y a m i d e m a t r i xm e t a lp l a t i n g f m t e s t i n ga n da n a l y z i n gt h ee f f e c to fw e a r a b i l i t yo fp l a t e dm e t a l ，w a s h i n gd u r a b l eo n e l e c t r o m a g n e t i cs h i e l d i n ge f f i c i e n c y t h er e s u l ti n d i c a t e s ：u n d e rg e n e r a l l yc o n d i d o n ，t h e w e a r a b i l i t yo fm e t a lp l a t i n gf a b r i ci sp r e f e r a b l y , b u ti td o e s n tf i tt h ec e x e c r a b l ec o n d i t i o n w a s h i n gd u r a b l eo fm e t a lp l a t i n gf i b e ri n l a y e df a b r i ci sp r e f e r a b l e ，b u tt h ew a s h i n g d u r a b l e p e r f o r m a n c eo fm e t a tp l a t i n gf a b r i ci sr e l a t i v e l yw o r s e t h es p e c i f i cr e s i s t a n c e ，h e a t s h r i n k a g er a t e ，h e a tr e s i s t a n c e ，s t r e n g t l la n de l o n g a t i o n ，m e l t i n gp o i n t ，c r e e pp e r f o r m a n c e e t ca r ea l s ot e s t e d ，t h er e s u l ts h o w s ：m e t a lp l a t e i n gf i b r eh a v eb e t t e rt e n s i l es t r e n g t h ， w e a r a b i l i t y , r e s i s tb r e a ka n db e n dp e r f o r m a n c ea n db e t t e rt e n s i l ee l a s t i c i t yr e c o v e r ya b i l i t y o fd r a w i n gb a c k ，c a l lm e e tt h ed e m a n do ft e x t i l ep r o c e s s u t i l i z em e t a l p l a t ef i b r ei n l a y e di n t of a b r i ct oa c h i e v ec o l o r e da n dm e t a l l i cl u s t e r o r n a m e n te f f e c tb yl a t i t u d ef a b r i c ，n o to n l ym e e tt h ed e m a n do fg o o d - l o o k i n g ，b u ta l s o k e e pt h eo r i g i n a lf a b r i cs t y l e ，s u c ha sf l e x i b i l i t y , b r e a t h a b i l i t ya n ds t r e n g t h a b i l i t y , e t c m e a n w h i l e ，i ta l s oh a sg o o de l e c t r o m a g n e t i cs h i e l d i n ge f f e c t ，c a r tb eu s e da sak i n do f m a t e r i a lf o re l e c t r o m a g n e t i cw a v ep r o o f t h et h e o r ya n a l y s i sa n de x p e r i m e n t sh a v eo f f e r e d t h e o r e t i c a lf o u n d a t i o nf o rd e v e l o p m e n to ft h ef u n c t i o nf a b r i co fe l e c t r o m a g n e t i cw a v e s h i e l d i n g z h aa n x i a ( t e x t i l ee n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db ya s s o c i a t ep r o f e s s o rl a ik a n k e yw o r d ：e l e c t r o m a g n e t i cw a v es h i e l d i n g ，f a b r i c ，m e t a lp l a t e i n gf i b r e ，s h i e l d i n g e f f i c i e n c y ，t e s t 第一章绪论 1 绪论 人类社会的发展是伴随着科学技术进步而发展的，电磁技术就是推动社会发展的 一支重要力量。电磁波已被广泛应用，几乎无所不在，像广播、电视、通信、导航、 环境监测、气象预报、交通运输、家用电器、办公用品以及工农业、国防领域等均已 广泛应用电磁技术，这无疑给人们带来极大利益。电磁辐射好似一束带刺的玫瑰，她 所奉献的物质文明绚丽多彩，日新月异：但人们在享用的同时，也不可避免地会同时 产生电磁辐射污染，污染作业环境和公众环境，特别是对人体健康构成威胁。随着社 会的发展，环境中的电磁辐射量( 能量密度) 将会呈几何级数式增长，其对人体健康 的影响或危害也目趋严重。有人把电磁污染称为除空气、水、噪声污染以外的第四类 污染。而且是看不见、听不着、闻不到的污染。为此，当人们试图阐明电磁辐射对机 体健康的影响或危害机理和对环境污染规律的同时，会用更高的热情去寻找减少、避 免或消除其影响或危害和干扰的技术、方法与措施。 1 1 电磁波的危害 一般认为电磁辐射污染有三种危害，即对人体健康的危害、干扰危害和引爆引燃 的危害，参见图卜1 【lj 。 1 1 1 电磁辐射的危害 a 、电磁辐射对人体健康的危害【2 3 1 我国的电磁辐射健康影响研究工作开始于六、七十年代，在七十年代就开展了射 频电磁辐射的健康影响调查工作，探讨了相关的安全卫生标准及防护技术，并取得了 很大进展。据国内外专家确认，电磁辐射能带给人们许多的疾病，并且只要大于 o 2 m g s 就能对人体产生一定的病症。在医学生物研究的基础上，对电磁辐射的作用 已确定如下的基本的伤害因素，它们是：电磁场强度、场作用的延续时间、不同频率 域的活度、外部条件、被作用的机体功能状态、场作用的稳定性和生理适应程度等。 电磁辐射对人体健康的危害，有急性危害和慢性危害，一般指的是慢性危害。慢性危 害是指人们长期在低场强环境下暴露所引起的慢性的、功能性的表现，很少有发展成 器质性的病理变化。它可以造成机体和系统的破坏，使心脑血管、内分泌、神经系统、 造血系统、以及其它器官等产生紊乱。急性危害的表现并不特殊，它有头痛、头晕、 恶心、失眠多梦、无力、食欲不佳、血压高、心律失常。此外，可有皮疹、脑电图表 现常有a 波振幅下降等。一般经过对症治疗和充分休息后，几天之内可恢复正常i l “。 急性危害较为少见，一般都发生在过量超强度辐射时。一些受到较强或较久电磁波 第一章绪论 辐射的人，其病态表现主要反映在： 人 厂忑 厂= 体- 全要l倒 健 康 k 磕 箴 害 r 卜l 惜 磁电 广播混频 辐 磁 电视声图干扰 射干 心脏起搏器停j r 污 扰 飞机导航失控 染公 仪器仪表失灵 的 害 通信干扰 危 害引 炸弹引炸 爆 导弹制导系统控制失灵 引 燃 电爆管效应提前或滞后 危 可燃油、可燃气体 燃烧及爆炸 害 图卜1电磁辐射污染的危害 ( 1 ) 对中枢神经系统的危害p 8 】 神经系统对电磁辐射的作用很敏感，当其受到低强度电磁辐射反复作用后，中枢 神经系统机能发生改变，出现神经衰弱等症状，主要表现有头痛、头晕、无力、记忆 力减退、睡眠障碍( 失眠、多梦或嗜睡) 、白天打瞌睡、易激动、多汗、心悸、胸闷、 脱发等，尤其是入睡困难、无力、多汗和记忆力减退更为突出。这些均说明大脑中抑 制过程在占优势。所以受害者除有上述症状以外，还表现有短时间记忆力减退，视觉 运动反应时值明显延长；手脑协调性差，具体表现为对数字速记速度减慢，出现错误 较多。 ( 2 ) 对机体免疫功能的危害【4 】 机体免疫系统在抵御外部病原侵袭中起着十分重要的作用，并与肿瘤的发生关系 密切。长期接触电磁辐射会使身体抵抗力下降。在对动物和对人群受电磁辐射后的研 究和调查表明，人体的白血球吞噬细菌的百分率和吞噬的细菌数均明显下降。此外受 电磁辐射长期作用的人，身体内抗体形成会受到明显的抑制。 ( 3 ) 对心血管系统的影响 91 0 1 受电磁辐射作用的人，常发生血液动力学失调，血管扩张，血流量增加，血管通 2 第一章绪论 透性和张力降低等症状。由于植物神经调节功能受到影响，人们多有心动过缓症状出 现，少数呈现心动过速。受害者出现血压波动，开始升高，后又回复至正常，最后出 现血压偏低：心电图出现r t 波的电压下降，这是迷走神经的过敏反应，也是心肌营 养障碍的结果；p b q 间的延长，p 波加宽，说明房室传导不良。此外，长期受电磁辐 射作用的人，如果有心血管系统的疾病，将会更早更易促使它的发生和发展。 ( 4 ) 对血液系统的影响 在电磁辐射的作用下，血像可出现白血球不稳定的症状，主要是白血球的数量出 现下降倾向，白血球减少。红血球的生成受到抑制，出现网状红舡球减少。在对操纵 雷达的人员健康状况调查的结果表明，多数人出现白血球降低的症状。此外，当无线 电波和放射线同时作用人体时，对血液系统的作用较单一因素作用可产生更明显的伤 害。 ( 5 ) 对生殖系统和遗传的影响】 长期接触超短波发生器的人，男性可出现性机能下降、阳萎；女性可出现月经周 期紊乱。由于睾丸的血液循环不良，对电磁辐射非常敏感，精子生成受到抑制而影响 生育；使卵细胞出现变性，破坏了排卵过程，而使女性失去生育能力。高强度的电磁 辐射还可以影响遗传效应，使睾丸染色体出现畸变和有丝分裂异常。妊娠妇女在早期 或在妊娠前，接受了短波透热疗法，会使其后代出现先天性出生缺陷( 畸形婴儿) 。 ( 6 ) 对视觉系统的影响 1 2 - 1 4 1 眼睛组织含有大量的水分，易吸收电磁辐射功率，而且眼睛的血流量少，故在电 磁辐射作用下，眼球的温度易升高。温度升高是造成产生白内障的主要条件。温度上 升导致眼晶状体蛋白质凝固，多数学者认为，较低强度的微波长期作用，可以加速晶 状体的衰老和混浊，并有可能使有色视野缩小和暗适应时间延长，造成某些视觉障碍。 此外，长期低强度电磁辐射的作用，可促使视觉疲劳，视力下降，结膜充血，角膜损 害，视网膜黄斑区出现灰褐色斑，黄斑区陈旧性病变，对光反应弱，眼底小血管痉挛、 出血，眼感到不舒适和眼感干燥等现象。 ( 7 ) 对内分泌及代谢的影响【1 主要表现为脑垂体机能紊乱，基础代谢升高，甲状腺摄碘能力增强，白细胞a k p 活性升高等。 ( 8 ) 对其他组织器官的影响【1 】 电磁辐射对消化器官、骨组织、皮肤、毛发以及微量元素的含量等也会产生巨大 影响。 ( 9 ) 电磁辐射的致癌作用 大部份实验动物经微波作用后，可以使癌的发生率上升。一些微波生物学家的实 验表明，电磁辐射会促使人体内的( 遗传基因) 微粒细胞染色体发生突变和有丝分裂 第一章绪论 异常，而使某些组织出现病理性增生过程，使f 常细胞变为癌细胞。1 9 9 3 年瑞典北 欧三国研究调查公布，受到2 m g 以上电磁辐射影响，罹患白血病的机会是正常人的 2 1 倍，罹患脑肿疡的机会是正常人的1 5 倍【1 5 】。 美国驻国外一大使馆人员长期受到微波窃听所发射的高度电磁辐射的作用，造成 大使馆人员白血球数上升，癌发生率较正常人为高。又如受高功率远程微波雷达影响 下的地区，经调查，当地癌患者急增。 b 、电磁干扰危害 1 6 】 电磁辐射对电磁敏感设备、仪器仪表均可产生干扰，其干扰途径有空间干扰和线 路干扰两种。 ( 1 ) 空间干扰 在空间传播的电磁波可以引起敏感设备的电磁感应和干扰电磁噪声。射频设备所 发射的电磁波从物理学角度分为两种：一是在以场源为中心，半径为六分之一波长的 范围之内的电磁场以电磁感应的方式将电磁能量施加于附近电子设备、仪器仪表而形 成电磁感应，把这种波称为束缚电磁波；二是在六分之一波长半径以外的空间，电磁 能量以辐射方式施加于附近敏感元件造成干扰，把这种波称为自由电磁波。这两种波 均属空间干扰，只不过作用方式不同。 ( 2 ) 线路干扰 所谓线路干扰就是共用个电源，即射频设备或其他产生干扰波的设备与干扰的 设备共用一个电源时，或它们之间有电器联接时，这时干扰波就可通过电源线传播而 形成干扰。此外，信号的输入输出电路、控制电路等也能够在强电场之中“拾取”干 扰信号，并且将所“拾取”到的干扰信号进行传播。还有，当载有干扰波的导线在接 收天线附近通过时，可以同时存在导线干扰和空间干扰两种途径。 c 、引爆引燃危害【1 7 ( 1 ) 武器弹药的危险性 强大的电磁辐射可能构成对某种武器弹药的严重威胁，如高频电磁辐射场强能够 使导弹制导系统控制失灵：可使电爆管的效应提前或滞后；高频电磁辐射场强可使金 属器件与金属器件互相碰撞时打火而引起火药的燃烧或爆炸等等重大事故，危及人的 生命财产安全，一旦事发损失重大。 ( 2 ) 对可燃性油类与气体的危险性 在某些场所一些可燃性油类或者一些可燃性气体，常发生燃烧或爆炸，其原因之 一是因为其周围有较强大的电磁辐射，这种较强的电磁辐射能引起金属感应电压，这 时当金属器材接触或碰撞时，就会产生金属打火，于是会引起可燃性气体、可燃性油 类的燃烧，以至爆炸。此类事故虽不多见，但也时有发生，一旦发生，其后果之惨重、 损失之严重不堪设想。 4 第一章绪论 1 1 2 电磁辐射危害人体的机理 电磁辐射危害人体的机理主要是热效应、非热效应和累积效应等1 1 8 “叭。 a 、热效应 人体是导体，人体7 0 以上是水，水分子受到电磁波辐射后可以吸收电磁场的能 量。在电磁场的作用下，人体的分子会发生取向排列，在分子排列过程中相互碰撞消 耗电磁场能而转化为内能，引起机体升温，从而影响到体内器官的正常工作。电磁场 强度越大，则热效应越明显；电磁振荡频率越高，热效应越明显，即电磁辐射对人体 的作用：微波，超短波，短波，中波，长波。微波是一种频率很高的电磁波。微波具有 频率高、频带宽、信息容量大、波长短、波束定向性和分辨率能力高等特性。而且干 扰人体生物电信息的传递。 b 、非热效应 长时间低电平的电磁辐射，也会产生电磁生物效应，称为非热效应。热效应与非 热效应的分界线也并非很明确，不过可以引入一个电磁辐射生物剂量单位，称为比吸 收率。比吸收率表示生物体每单位质量吸收的电磁辐射功率，单位为( w k g ) ，一般 比吸收率大于1 w k g 为热效应，小于o 1 w k g 为非热效应。 发生“非热效应”时，生物体的体温没有明显的升高，但是在弱场的长期作用下 或某一一定的频段的电磁波辐照作用下，也会引起对生物体的伤害。一般认为，人体的 器官和组织都存在微弱的电磁场，它们是稳定和有序的，一旦受到外界电磁场的干扰， 处于平衡状态的微弱电磁场即将遭到破坏，使细胞分子产生共振作用，使生物体神经 系统功能紊乱或失调，以及影响心血管系统，人体也会遭受损伤。 c 、累积效应 热效应和非热效应作用于人体后，对人体的伤害尚未来得及自我修复之前( 通常 所说的人体承受力内抗力) ，再次受到电磁波辐射的话，其伤害程度就会发生累 积，久之会成为永久性病态，危及生命。对于长期接触电磁波辐射的群体，即使功率 很小，频率很低，也可能会诱发意想不到的病变，应引起警惕。累积效应主要是三致 作用，即致癌、致畸、致突变，这种效应需要对几代人的观察研究才能做出结论。 多种频率电磁波特别是高频波和较强的电磁场作用人体的直接后果是在不知不 觉中导致人的精力和体力减退，容易产生白内障、白血病、脑肿瘤，心血管疾病、大 脑机能障碍以及妇女流产和不孕等，甚至导致人类免疫机能的低下，从而引起癌症等 病变。 1 1 3 日常生活中的电磁辐射 在日常生活中，我们经常使用的电子仪器设备均能够产生一定频率、能量的电磁 波，表卜1 、卜2 列举了部分电器的基本数据。 第一章绪论 表卜l 家庭常用电器用品辐射主频率 表1 2 家庭常用电器用品电磁辐射检测数据参考表 1 1 4 电磁辐射标准 鉴于电磁技术在应用的同时可能对环境和人产生影响或危害，因此人们采取相应 的措施来对付它，其目的主要是用来克服电磁干扰、电磁污染、电磁危害。电磁辐射 标准就是针对这三种情况而制定。 从2 0 世纪8 0 年代开始，g 从前苏联和美国提出标准以后，世界上许多国家，如 英国、法国、加拿大、德国、捷克、波兰、澳大利亚等相继制定了自己的标准。从这 些国家发布的标准来看，大部分是采用美国和前苏联的标准，有的标准仅仅是某部分 有小小的更动，基本上还是美国和前苏联的标准，如东欧一些国家像波兰、捷克等国 的标准接近前苏联；加拿大、英、法、德等国的标准基本是或接近美国标准。 a 、国外电磁辐射标准 2 0 】 前苏联在进行大量的动物实验和流行病学调查的基础上在1 9 6 5 年提出了电磁辐 射卫生标准，在1 9 8 4 年修订后的职业暴露限值为0 2 m w h c m 2 ，美国国家标准局 ( a n s i ) 在1 9 6 6 年制定的标准中，规定在连续6 分钟其平均功率密度不应超过 l o m w c m 2 ，不分频段，可以长时间暴露。其后进行了几次修订，1 9 8 2 年修订后的移动 电话频段限值为1 - - 5 m w c m 2 ( f 3 0 0 m z ) ，1 9 8 8 年后a n s i 采用电气和电子工程师协 会( i e e e ) 推荐的标准，1 9 9 2 年修订的移动电话、对讲机使用频段标准限值分为职 业暴露( c o n t r o ll e d ) 和非职业暴露( u n c o n t r o l l e d ) ，非职业暴露的限值为0 2 第一章绪论 2 m w c m 2 ( f 1 5 0 0 m h z ) 。可见各国标准之间存在非常大的差异，以美国为代表的欧美 标准系列，其限值越来越严格，前后相差几十倍，而以前苏联为代表的东欧国家的标 准，其限值也作了适当的调整，1 9 8 4 年修订的标准与1 9 6 5 年的标准相比放宽了1 5 倍。 表卜3 世界一些国家微波辐射对职业与居民的安全限值眦1 9 1 b 、我国的电磁辐射标准 我国电磁辐射标准研制工作起步较晚，但是吸取了国际上许多国家、地区、组织 和个人调查研究方面的经验与教训。经过严格的研讨，先后制定了几个电磁辐射国家 标准，主要集中在上一世纪8 0 年代，先后颁布了：环境电磁波卫生标准 ( g b 9 1 7 5 1 9 8 8 ) 1 2 1 、电磁辐射防护规定( g b 8 7 0 2 1 9 8 8 ) 2 2 1 、作业场所微波辐射 卫生标准( 6 8 1 0 4 3 6 1 9 8 9 ) 【2 抛、作业场所超短波辐射卫生标准( g b l 0 4 7 一i 9 8 9 ) 2 4 1 和作业场所工频电场卫生标准( g b l 6 2 0 3 1 9 9 6 ) 瞄l 。除此之外，与电磁辐射有关 的国家军用标准有：超短波辐射作业区安全限值( g j b l 0 0 2 1 9 9 0 ) 1 2 6 1 和水面舰( 艇) 磁场对人体作用安全限值( g j b 2 7 7 9 1 9 9 6 ) 1 2 7 2 8 】等。卫生部2 0 0 2 年6 月1 同颁布 实施的工业企业设计卫生标准( g b z l 2 0 0 2 ) 中也含有关于电磁辐射的标准。为了 适应我国经济建设发展、科技与社会进步以及加入世界贸易组织( w t o ) 后形势的需 要，新的更加严格的限制标准有望不久即可问世。 1 2 电磁波屏蔽防护技术的研究与现状 电磁辐射防护的目的是为了减少、避免或者消除电磁辐射对人体健康和各种电子 设备产生的不良影响或危害，以保护人群身体健康、保护环境。首先是屏蔽电磁辐射 源，包括所有电子设备以及电子系统，人们称其为主动防护，其手段是，采用一定的 技术方法如产品设计、线路走向、电磁屏蔽、滤波等方法将电子设备及系统的电磁辐 射水平限制在尽量低的水平，以达到各自的相应辐射限值的要求，包括国家标准和相 应的国际标准，这也是最基本的更是最主要的要求；其次是被动防护，所用的方法如 调频、编码等防止干扰；还可对某些特定区域或者某些特定人群采用被动屏蔽防护方 第一章绪论 法将电磁辐射屏蔽在外，从而达到减少电磁辐射对其造成影响或危害的目的q 1 1 。 国外关于电磁波屏蔽材料的研究和开发较早，己形成屏蔽材料产业，其产品种类 齐全，包括滤波器、金属箔片、金属丝网、涂料、屏蔽窗、衬垫、导电胶带等已广泛 用于各个领域，产品的屏蔽效果能满足各种不同的需要。在防信息泄漏电磁屏蔽材料 的研制和开发应用方面美国走在了世界前列。2 0 世纪8 0 年代末，在美国，生产t e m p e s t 产品的公司就已有2 0 多家，年销售额近4 亿美元，并以每年4 0 的增长率增加。我 国电磁波屏蔽研究起步较晚，从2 0 世纪8 0 年代末才开始防信息泄漏的电磁屏蔽材料 的研究，且主要是针对f 1 g h z 的屏蔽，集中在导电涂料、镀层、屏蔽窗、衬垫等方 面，屏蔽效果尚不够理想，环境适应性较差。其电磁屏蔽效果仅在某一频段内可达 6 0 8 0 d b ，难以满足军用电子设备及一些重要机关对宽频带( 1 k h z l g h z ) 电磁波辐 射屏蔽的要求，并且材料在机械性能、耐久性等方面存在一些不足。这就使得国内屏 蔽材料用户不得不长期依赖进口。由于“t e m p e s t 技术”的保密以及进口材料的昂贵 价格，不仅花费了国家大量外汇，而且还得不到较好的产品，用了这种不大好的产品 后势必对我国电子产品的防信息泄漏能力造成很大危害，起不到很好防信息泄漏的屏 蔽作用。因此，我国必须加大研究力度，大力加强防信息泄漏屏蔽材料的研究与开发， 尽量缩小与发达国家的差距，以满足我国在政治、军事、经济等方面对屏蔽材料的大 量需求，特别是近几年来我国对屏蔽材料的需求量是非常大的。目前在北京、广州、 长春等地都有专门机构对此进行研究开发。穆柏春、刘金玲、鲍红权、李荻、管登高 等对金属镀膜复合材料以及电磁波屏蔽复合涂料进行了电磁屏蔽性能研究 3 2 - 3 6 】；毕 海峰、赵福辰等研究了电磁屏蔽材料的发展m3 8 】；文征燕研究了电磁波吸收材料； 白洁研究了电磁屏蔽技术在电子设备中的应用h o ；张晓宁等对兼具电磁屏蔽材料及隐 身材料特性的合成纤维进行了改性研究 4 1 1 ；陈准等研究了复合电镀工艺【4 目；齐鲁等 研究了防x 射线纤维的力学性能及屏蔽效果 4 3 1 。 从上世纪三四十年代开始，英国、日本、加拿大、瑞典、美国、德国、法国、韩 国等发达国家就进行特种防护服装与织物的研究。到了二十世纪八十年代，美国等发 达国家采用的防护服是利用金属网或金属材料对电磁波的反射和吸收作用而实现屏 蔽功能。如美国北美航空公司研制防止雷达探测的防护衣和头盔，就是由微波吸收材 料制作。日本【”1 等国研究开发了用不锈钢纤维与织物纤维混纺织成的屏蔽织物，制成 屏蔽服装用在微波防护上，比如雷达防护服等。俄罗斯金属织物生产工艺与设备的研 究工作，从1 9 8 0 年开始主要在伊万诺沃纺织大学积极进行，特别是其纺机设计教研 室教师长期参与生产厂家的设备生产和新产品的开发研制，使该领域的研究工作进展 顺利。在2 0 世纪8 0 年代后期到9 0 年代初期，英国、瑞典、美国、德国、法国、台 湾等国家和地区，为防止家用电器的辐射危害，诸如微波炉、电磁灶、电脑、电热毯、 吸尘器等对人体，特别是对妇女与少年儿童的影响，掀起了“孕妇”穿屏蔽围裙、屏 第一章绪论 蔽大褂，青少年穿屏蔽马甲、屏蔽西服的热潮，从此，防电磁辐射屏蔽服装进入家庭， 成为民用服装的一大市场。2 0 世纪9 0 年代，日本、韩国开始了导电纤维的开发工作。 9 0 年代中期，日本率先研制成功金属化纤维。金属化纤维是在普通织物纤维基础上 进行硫化物处理，使其具有抗静电、杀菌作用。日本已用此种纤维织物制成高档衬衣， 售价为4 0 0 0 元人民币，因价格太贵而使推广困难。2 0 世纪9 0 年代末，美国最早研 制出一种在纤维外层带有金属镀层基底的聚脂平纹金属化织物，用它做成的保密帐 篷，可有效提高军事基地电子监听防护能力。 目前的大多数抗电磁波屏蔽织物为了使其具有抗电磁波辐射的能力，都是对其进 行电磁波屏蔽处理，金属化、导电化是合适的技术对策。但截至目前为止，全球对金 属织物的工艺与设备的研究关注尚显不足，根据德、法等国联合发行的一套全球科技 文摘光盘记载，全世界1 9 7 0 1 9 9 6 年发表的涉及金属织物及金属丝制品生产的研究 论文( 成果) 仅1 8 项，其中5 项发表于德国，4 项于美国，法、英两国各3 项，比利 时、印度、捷克各1 项1 4 4 1 。基于这个前提，高斌、黄玲等对电磁波屏蔽织物的工艺与 设备进行了研究m 、4 5 1 。陈文兴、汪荣华、张碧田、王素琴、王彦、陶宁、张红波、 张丽芳、刘强华、刘海波、黄杨等对金属电磁屏蔽镀层进行了研究 4 6 - 5 5 1 ；杨庆等进 行了镀银导电纤维的研制与开发 5 6 1 ；田丰等对炭纤维电镀镍工艺进行了研究 5 7 1 ；胡 智文进行了化学镀镍涤纶抗静电纤维研究【58 】；王晓梅、钱玲等研究了不锈钢纤维在抗 静电、电磁波屏蔽织物中的应用1 5 9 删；国内部分市场企业采用金属纤维与棉、毛等 纤维混纺的方法研制微波防护纺织品【6 卜7 2 1 ；程明军等研究了抗电磁辐射织物屏蔽效 能的测试方法t 7 3 1 。 1 3 本课题的提出及意义 1 9 世纪末2 0 世纪初，随着电子技术发展与逐步应用，电磁理论亦不断完善，人 们对于电磁波的认识不断加深。到了2 0 世纪4 0 年代，s c h e l k u n o f f 就提出了完整的 电磁波屏蔽理论，在这理论引导下也就更加推动了电磁技术的提高和广泛应用。在比 较发达的欧美国家，在屏蔽理论、结构设计、屏蔽材料等方面进行了广泛而深入的研 究，取得了重要进展。作为采用金属镀膜方式进行电磁波防护成为主要形式，由电磁 屏蔽理论可知，在织物表面镀覆层金属薄膜，作电磁屏蔽时，恰当地选择屏蔽材料 及其镀层厚度，原则上讲，可获得任意大的屏蔽效能。但这样制成的织物厚、重、不 耐折，其透气性差，手感硬，耐洗涤性差。在实际屏蔽中，除了工业、国防等方面外， 大多常采用金属纤维形成网状或栅状织物【7 4 1 ，这样，不可避免地存在着相当多的孔洞 或缝隙，这些网孔或栅孔为电场和磁场的穿透造成了附加的渠道。造成一定的电磁泄 漏，它的屏蔽效能评价较为复杂。虽然在此方面进行了一定的测试研究，但对于金属 镀膜纤维在织物经纬向不同嵌织密度和测试角度的影响规律的理论研究尚未见报道， 仍有大量的研究工作等待进行。本课题通过探讨嵌织金属镀膜纤维的纺织品网格状态 9 第一章绪论 的屏蔽理论，可为屏蔽织物的应用研究提供部分借鉴。 传统的金属镀膜纤维( 即所称呼为金银丝) 通常采用在高聚物薄膜上镀铝为主要 方式，虽然具有良好的装饰效果，以及不产生对织物手感的影响，但其不具有电磁波 防护作用的缺点。 通过电磁波防护金属镀膜纤维的研究，对不同金属材料进行微波防护测试，给镀 膜材料的筛选复配提供数据，以利于研究开发具有微波防护功能纺织品，解决电磁辐 射的电磁屏蔽问题，使电磁波防护的功能性与服装美学效果装饰性完美统一结合，而 且作为一种高效、低廉、应用方便的技术手段必将具有广泛的应用前景。 1 4 本课题的研究内容 本课题就开发电磁波防护高聚物金属镀膜复合纤维及织物进行理论和测试研究， 主要研究工作内容如下： ( 1 ) 评述金属镀膜设备，生产加工工艺及电磁屏蔽织物研究的发展。 ( 2 ) 电磁波在高聚物金属镀膜复合纤维中传播规律的理论研究；不同镀层用金属材 料以及不同镀层厚度对电磁波的反射、透射、吸收规律特性测试研究，并以此作为金 属材料筛选和工艺研究的理论基础。 ( 3 ) 进行纺织品( 织物) 中金属镀膜复合纤维的加入量及分配规律以及测试角度对 电磁波防护规律的理论和测试研究，以获得防电磁辐射功能织物设计的理论依据。 ( 4 ) 金属镀膜复合纤维的镀层工艺和性能的测试研究。寻找最佳且稳定的工艺参数。 1 0 第二章电磁波屏蔽性能理论研究 2 电磁波屏蔽性能理论研究 2 1 电磁波基本概念和性质【1 7 5 1 电磁波是