国内外防电磁辐射服装开发现状分析

电磁辐射是继空气、水、噪声污染之后的第四大污染源。由于人们生活在无形的电磁辐射网中，一般来说生活环境是安全的，但处于某些特殊场合，当电磁辐射的强度达到极限值时，电磁辐射也许会在人们完全不知的情况下对人体产生危害。

　　1 国内外防电磁辐射服装开发现状分析

　　为了减少或消除电磁波辐射对人体造成的危害，从20世纪30—40年代开始，发达国家就进行了特种防护服装与织物的研究。到20世纪80年代，美国开发了利用金属网或金属材料对电磁波的反射和吸收作用实现屏蔽功能的防护服；日本等国研究开发了用不锈钢纤维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，比如雷达防护等。在20世纪80年代后期到90年代初期，为防止家用电器的辐射危害，特别是对妇女与少年儿童的影响，发达国家掀起了“孕妇”穿屏蔽围裙、屏蔽大褂、青少年穿屏蔽马甲、屏蔽西装的热潮，防电磁辐射服装进入家庭，拓展到民用服装市场。20世纪90年代中期，日本率先研制成功金属化纤维。20世纪90年代末，美国最早研制出一种在纤维外层带有金属镀层的聚酯平纹金属化织物，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。

　　我国在20世纪60年代就开始研究电磁辐射与防护服，70—80年代正式生产铜丝与柞蚕丝混纺布制成的屏蔽服和微波吸收防护服。此后不锈钢软化纤维屏蔽织物、特殊工艺镀膜屏蔽织物与服装也相继问世，但直到90年代中期才真正进入民用市场。自90年代开始，随着多功能保护服的开发和应用，以及新闻媒体有关电磁波对人体影响的报道的增多，人们自我保护意识加强，防辐射服装开始走向民用并受到消费者青睐。

　　2 防电磁辐射服装的分类和屏蔽效能级别

　　由于电磁辐射对人体各个器官有不同程度的危害，人们有针对性地设计了多种款式的防电磁辐射服装来减少其危害，可以从服用性能和面料制作原理两个方面来分类。

　　2.1 按服用性能分类

　　按照服用性能，可以将其分为防辐射工作装、防辐射男装、防辐射吊带衫、防辐射孕妇装、防辐射童装、防辐射马甲、防辐射肚兜、防辐射围裙、防辐射内衣、防辐射配件(防辐射项链、项圈、挂件等)、防辐射组合等。

　　防辐射工作装主要用于从事大功率发射器、设备、仪器作业的工作人员，要求防辐射效果好，能屏蔽大量高频微波辐射；防辐射孕妇装、童装主要用于对孕妇、婴儿的保护，电磁辐射的长期作用会使未出生的胎儿基因突变，遗留下很难治愈的先天性疾病；防辐射马甲、肚兜、围裙主要用于屏蔽日常生活力、公室时家用电器、电脑、手机等泄露的电磁波，主要是有针对性的对心胸等器官的防护。防辐射组合是指将各种款式的防电磁辐射服装、配件等有层次有目的地组合在一起，实现防辐射功能和美观舒适的服用效能完美结合。

　　2.2 按面料制作原理分类

　　按照屏蔽织物的制作原理可以将其分为纤维表面金属化和金属掺入织物两大类，均为利用金属介质提高面料电磁屏蔽性能。

　　2.2.1 纤维表面金属化织物

　　通过物理或化学的方法使纺织纤维表面完全或部分被“镀”上一层金属，可降低纤维的比电阻，增大其导电性能，进而提高织物的电磁屏蔽效能。纤维表面金属化可通过3种方法来实现：物理法涂层、化学法、电解或金属溅射法。

　　物理法涂层：采用含导电材料(某些金属及其盐类和碳黑等)的涂层剂对织物表面进行涂层加工，在织物表形成一层金属薄膜，由于薄膜上金属离子的密度很大，所以涂层织物电磁屏蔽效能较大，一般在20dB左右。但金属涂层和织物之间的结合力较小，所以面料的可加工性、耐洗涤性和耐腐蚀性差，金属薄膜—旦局部有脱落，该织物的屏蔽效能就会大打折扣。

　　化学法：采用化学方法使金属离子与纺织纤维的部分基团发生化学反应，金属离子与纺织纤维紧密“结合”在一起，实现纤维的金属化。采用化学法的基体纤维一般为腈纶或变性腈纶，利用腈纶上的氰基(—CN)与金属离子(如铜离子)相配位，形成络合物，进而在纤维上生成导电物质，使纤维具有导电性，再通过纺织工序织成屏蔽面料，具有良好的电磁屏蔽效能。由化学法制成的屏蔽织物能保持原普通织物的性能、颜色和手感，并且电磁屏蔽效能优异，开发前景巨大。

　　电解或金属溅射法：该方法利用强大的磁场，在金属周围形成离子云，使金属本身处于负价，吸引正离子，使金属原子获得能量而被弹射出去，沉积在邻近的被涂物体上，形成喷涂的金属。这种加工方法速度较慢，成本高，但金属镀膜均匀、附着力强、耐腐蚀、工作频率宽、屏蔽性能好，故使用领域广泛。

　　2.2.2 金属掺入织物

　　将金属纤维或金属丝掺杂于织物中，是制备防电磁辐射服装最简单灵活的方法之—，分为金属纤维与普通纤维混纺和金属丝与普通纱线包缠、混编两种类型。

　　金属纤维混纺：金属混纺导电织物是指通过不锈钢短纤维、陶瓷纤维、镍纤维、碳纤维等与棉、麻、丝、毛等天然纤维经特殊工艺混纺交织形成防电磁辐射的织物。该类织物手感柔软、上染色谱较多、透气性好、轻巧舒适、比较耐洗涤、使用寿命长，而且服装的屏蔽效能与环境温湿度无关，防护作用可靠；但屏蔽效率较低，一般电磁能衰减量(屏蔽效能)为15—30dB左右。金属纤维虽柔性类似于纺织纤维，但表面摩擦系数大、比重大、抗弯刚度差，弹性回复率差、抱合力较小，可纺性差，吸湿染色能力较差，影响织物风格。

　　金属丝与普通纱线包缠、混编：这是早期制造防电磁辐射服装的方法，并且具有较好的屏蔽效果，织物耐磨耐洗涤，但较为厚重，手感僵硬不耐折叠，服用性能较差。

　　2.3 防电磁辐射服装的分级

　　服装整体屏蔽效能为70dB及以上为A级，屏蔽效果优良；30—70dB为B级，有屏蔽效果；15—30dB为C级，具有一定屏蔽效果；15dB以下为D级，屏蔽效果不明显。

　　3 电磁屏蔽效能评价方法

　3.1 电磁屏蔽原理

　　电磁波传播到达电磁屏蔽材料表面时，通常有3种不同衰减机理：一是在入射表面的反射衰减；二是未被反射而进入屏蔽体的电磁波被屏蔽材料吸收的衰减；三是在屏蔽体内部的多次反射衰减。电磁波通过屏蔽材料的总屏蔽效果可按下式计算：

　　SE=R+A+B式中，SE为电磁屏蔽效果；R为表面单次反射衰减；A为吸收衰减；月为内部多次反射衰减(只在A<15dB情况下才有意义)。

　　由于纺织品一般为有一定厚度的单层或多层的块状织物，将具有电磁屏蔽性能的金属纱线或金属丝按一定规律在织物上相互交织后，电磁波就会在织物表面和内部进行单次或多次反射衰减，吸收衰减(图1)。

电磁波到达织物表面时，由于织物内屏蔽材料的作用，一部分电磁波使屏蔽材料产生感应电动势形成感应电流I，而屏蔽材料具有—定的电阻R，这样就在屏蔽材料上产生了I2R只的热损耗，随着作用时间增加，织物温度上升，织物吸收电磁波；另一部分电磁波从空气介质射到织物表面时，在空气与电磁屏蔽织物的界面处，由于波阻抗的突然变化而引起波的反射，产生了织物对电磁波的反射效应；其他的电磁波透过第一界面后在织物内部被多次反射、吸收，最终还有部分电磁波透过第二边界面而未被屏蔽消耗。

　　纺织品的电磁屏蔽效能取决于织物中屏蔽材料及其含量，织物的厚度、紧度等。对于低频电磁波，织物表面反射占主要部分，因此屏蔽材料的导电性能越好，反射越强，该织物的屏蔽效能越好；对于高频电磁波，其衰减主要取决于电磁波在屏蔽材料内的吸收损耗，故导磁性能越好的织物屏蔽效能越好。

　　3.2 电磁屏蔽评价方法

　　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。依据ASTMD4935(美国材料与试验协会)和IEEE—299(美国电气和电子工程师协会)的标准，假定P1、P2分别为未加载防电磁辐射服装时所测的场强(功率密度)和加载防电磁辐射服装时所测的场强。单位为μW／cm2或mW／cm2，则计算公式可以表示为：

　　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。评价方法如图2所示。

　对于防电磁辐射服装不仅要评价面料的屏蔽效能，更重要的是评价服装整体屏蔽效能。由于服装款式要求会产生开口(暴露面积)，当面料的屏蔽效能为有效定值时，开口越大，服装整体的屏蔽效能越差。

　　当服装面料电磁屏蔽效能达到A级，全封闭服装理论上也可以达到A级，但通常由于开口存在，一般服装整体屏蔽效能会降为B级或C级。实际测试结果见表1。

防电磁辐射服装的屏蔽分级应根据实测结果获得。通常高级别款式服装的实测级别要比款式级别低一个级别以上，低级款式级别不会上升。这一点在实际中非常重要，对服装制造和消费者选购商品都具有现实意义。