电磁纺织品研发渐深入

　　电磁辐射是指电磁波向空中发射或泄漏的现象。有关电磁辐射对人体的损伤问题，国内外存在着不同的学术观点。对于电磁辐射的危害，我们既没有必要谈虎色变，也不能漠视其存在。

　　随着信息技术的飞速发展，纺织材料需要进一步考虑其电磁波透通性能；随着“以人为本”理念的普及和个体电磁防护要求的提高，作为人体常用护卫材料的纺织品更需要研究电磁屏蔽性能及兼顾纺织品的热湿通透性和舒适性。因此，从电磁兼容、电磁屏蔽、电磁隐身、雷达侦察伪装、电子战攻防等需求出发，并考虑到在一定条件下材料的结构比材料本身的物性更能影响电磁波的透通性能，所以急切需要进行有其他材料参与的、基于复杂结构设计的、具有特殊电磁性能的纺织品电磁学研究，为纺织品电学性能研究提供更丰富的科学内容，同时为具有特殊电磁功能的电磁纺织品开发打下基础。

　　研发电磁辐射防护材料从哪儿入手？

　　“电磁辐射防护材料的研究现状是致力于开发‘轻、软、薄、宽’的新型材料，即追求轻质、柔性、薄壁、宽频的结构特征，并采用梯度结构来吸收和反射电磁波，实现高屏蔽效能。”在谈及电磁防辐射纺织品未来发展方向的时候，中国工程院院士周国泰如是说。

　　尽管不是任何辐射都能对人体造成伤害，但面对自然界无处不在的辐射，作为个体防护的重要装备之一——电磁辐射防护服日趋成为纺织行业乃至大众消费所关注的焦点。

　　现阶段行业对电磁辐射防护屏蔽材料的研究已经取得了哪些进展？对此，总后勤部军需装备研究所高级工程师施楣梧博士向我们作了较为详细的介绍：“目前，除了不锈钢丝混纺织物、化学镀银织物、化学镀铜（镍）织物、导电腈纶织物及多离子纤维织物等电磁辐射防护服材料外，还有研究者进行了用锡代替镍、避免重金属的研究；在用作金属化处理的合成纤维基布上织出适当尺寸和适当数量的微孔，保证某一频率以上的电磁波不会通过这次微孔进入服装内的技术方案的研究，最终制品兼顾了电磁辐射防护服的电磁屏蔽效能和穿着舒适性。特别是在需要高屏蔽效能的防护服时，由于这类防护服须制成电气密封结构，容易造成透气性、舒适性差的问题，因此，采用有孔面料金属化处理，有利于兼顾防护效果和舒适性。”

　　此外，还有研究者针对用作金属化处理的基布合成纤维原料设计了皮芯结构。其芯层为常规聚酯，皮层制成孔母粒掺入普通聚酯，纺成复合结构的皮芯复合长丝。经碱减量处理，其织物表面的纤维上出现很多凹坑，金属化加工就在凹凸不平的纤维表面进行，在金属层铆合到纤维的凹坑中，因铆合效应避免了金属层脱落的问题，使这种金属化处理织物具有更好的耐久性。

　　标准亟待统一完善

　　周国泰表示，制定出一个科学合理的暴露限值，是区分人员所在环境是否基本安全（电磁敏感人群除外）、对作业环境的电磁辐射是否需要防护及应该配备多大屏蔽效能的电磁辐射防护服的根本依据。

　　我国自1988年以来，先后由卫生部、国家环保局和电子部起草制定过6个有关电磁辐射的国家标准。针对此前的标准标龄偏长、内容有点混乱的问题，由总装备部牵头对1984年以来制定的7个涉及电磁防护的国家军用标准进行归并统一，其中，考虑了“暴露”、“限值”概念及重新界定“暴露限值”的GJB5313《电磁辐射暴露限值和测量方法》标准，并于2004年出台了正式版本。

　　“经分别归并统一后的两个《电磁辐射暴露限值和测量方法》标准，是我国有关环境电磁场允许强度和人体暴露限值的基本依据。虽然其中一个是国家标准还停留在征求意见稿阶段，但其前身是6个国家标准，所以其技术内容还是可以信任的，如果还说有什么不确定的因素，仅仅是不同管理部门因站在不同的管理角度，对暴露限值控制要求上可能会存在一些差异。”施楣梧认为，GJB5313的暴露限值取值相比此前的征求意见稿适度从严，可以作为电磁辐射防护服的屏蔽效能设计依据的“上位标准”。

　　最新制定的GB/T23463-2009《防护服装微波辐射防护服》标准，规定按照GJB5313的暴露限值和工作场所的电磁辐射场强计算确定电磁辐射防护服的屏蔽效能。

　　同样，公众是否需要穿着电磁屏蔽防护服，也只要根据该标准提出的对应频率下暴露限值及所处环境的实际电磁场强度来下结论。

　　趋势概念意识明确

　　就电磁辐射防护的发展趋势来看，两位专家有如下几方面的建议：一是，通过科学普及教育提高公众和专业人员的知识水平，使公众和专业人员对电磁辐射的概念、损伤机理、暴露限值等概念有清晰的认识，并且严格控制媒体对电磁辐射危害的夸大报道。

　　二是严格区分电离辐射和非电离辐射的基本特征，逐步将电磁“辐射”这一术语改为电磁“暴露”，以表达对于非电离辐射，其危害没有电离辐射那样严重；人体暴露于微波下，其效应类似于暴露于光波之下。实际上，电磁波的波长比可见光更长，其损伤不至于很大。

　　三是尽快建立统一的电磁辐射限值国家标准、尽快制订国家电磁辐射污染防治法。

　　四是对容易出现电磁波泄漏、且公众经常使用的电磁炉、微波炉等污染源，制定科学具体的产品标准和使用方法，杜绝电磁波泄漏严重的不合格产品上市，使用配套性好的锅具等附件，建立合理的使用方法，防止这些产品对人体形成伤害。

　　五是制定相关法律和制度，为劳动者制订严格的电磁辐射防护服配备规定，在工作环境出现超过暴露限值的电磁场强度时，按照GB/T23463-2009《防护服装微波辐射防护服》标准的规定，强制配备电磁辐射防护服。

　　电磁纺织品发展三方向

　　总后勤部军需装备研究所施楣梧肖红北京工业大学王群

　　金属化纺织品孔洞尺寸与截止频率关系研究

　　根据电磁兼容原理中的小孔藕合理论，尺寸远小于波长的孔缝，可将孔缝等效为电偶极子和磁偶极子。根据该理论及金属板孔缝电磁泄漏实践可知，金属板孔隙导致屏蔽效能下降的因素包括材质电导率、厚度、孔隙形状、尺寸及排布方式；金属网材屏蔽效能与网丝直径、间距及单位长度交流电阻有关。

　　由此可见，因影响因素众多，即使是结构比较规整的金属板孔隙或金属网材，也不能建立一个完整的理论方程来表达缝隙孔洞状态与屏蔽效能的关系。但有一点是明确的：根据截止波导管理论，截止波导管作为高通滤波器在一定的形状结构下，低于截止频率的电磁波是无法通过的，就像家用微波炉的观察窗一样，观察者可以通过金属网材上的小孔进行观察，但微波炉2.45GHz的电磁波并不向外泄漏。

　　因此，我们首先研究金属箔片上的不同形状、尺寸和排列方式的孔隙与其屏蔽效能的关系，在高频端采用拱形法测试系统进行电磁屏蔽效能的测试、在低频端采用法兰同轴法进行检测，得到的基本结论是：多种金属箔片的材质和厚度对电磁屏蔽效能影响不大。导体上开列的孔洞直径越大、孔之间的间距越小，导体的电磁屏蔽效能越低，并且对于高频端而言屏蔽效能更低。

　　在此基础上采用图1中三种透孔组织织造的有孔织物经化学镀铜和电镀镍等金属化加工，制得的有孔织物，其孔洞尺寸与电磁屏蔽效能的关系如图3所示。显然，采用这如图2所示样的加工方法，可兼顾电磁辐射防护服的屏蔽效能和热湿舒适性。在必要时还可以对热塑性合成纤维织物采用激光打孔的方法，以形成更加复杂的孔洞。

　　平面周期结构的纺织品电磁性能研究

　　根据频率选择表面理论，在一个导体平面上周期性重复开列非导电单元（或孔隙单元），会使导体平面产生带通效应或高通效应；在一个介质平面上周期性重复排列导电单元（或导电性能并不很好的电阻单元），会使介质平面形成带阻效应或低通效应。由此形成的电磁波频率选择性透通效应，在选通有用信号、截止干扰信号方面非常有意义，这种对电磁波的精细控制要比单纯的屏蔽阻断，更有应用价值。如何使纺织品具有电磁波的频率选择性透通功能，尚未被人关注。

　　事实上，由纺织品制成频率选择表面（FSS），有其便利性和无限可设计性：不同材质的搭配、单元图案及尺寸、排列密度及排列方式等均可灵活组合，并使最终制品具有其他材料不易获得的柔软性。

　　在介质平面上建立导电性周期结构单元的方法则更多，例如可采用局部化学镀或电镀、局部溅射导电物质、局部涂层印花附着导电物质或导电高分子材料等方法。这些加工无论对于传统纺织工艺，还是采用新技术，都是非常容易实现的。

　　通过一系列的对比实验可知，纺织品可以通过各种方法在其绝缘表面建立周期结构的导电单元、或在其导电表面建立周期结构的非导电单元，制成电磁波通过频率可选择的柔性带通滤波器，可应用于电磁信号传输和能量传输的准确控制，达到对特定频率电磁波的阻断或畅通目的。

　　立体周期结构的纺织品电磁性能研究

　　在织物上建立立体的周期结构单元，将形成更有效的频率选择性透通的电磁纺织品。而纺织品建立立体的周期结构，有很多成熟的加工工艺。例如，采用镀银锦纶长丝在长毛绒织机上织造的绒毛长度为8mm的导电毛绒织物，加工时镀银长丝分别在地组织固结，故镀银长丝在织物底部并不联通，成为基本直立的U字形导电体。

　　而毛绒织物以E8257D信号发射器、E7405A频谱分析仪为测试设备、采用拱形法测试系统测得的传输功率，表明在广泛的频率范围内，入射电磁波的大多数进入到了绒毛之间，并进行多次反复的反射而消耗能量，仅有极少比例的电磁能被反射到接收器。也就是说，这种状态与纤维尺寸有关，纤维尺寸影响了电磁波在毛绒织物表面的入射阻抗，从而影响了频率选择性。

　　以上的例子是采用了一端处于自由状态的直立绒毛。我们还采用经编间隔织物，以镀银锦纶长丝为间隔纱线，以聚酯长丝为两个端面的原料，将间隔纱线分别固结在两个端面。为获得高的散射效果即降低发射率，实现雷达伪装，我们专门设立了导电间隔纱线的固结方式：导电间隔纱线采用成组排列的方式，每一组导电间隔纱线均排列成圆形，但在间隔织物的底面，间隔纱线处于一个小的圆周上进行固结；而在间隔织物的顶面上，间隔纱线则处于较大的圆周上，因此，由间隔纱线组成一个个向上开放的、比较平坦的锥台，便于电磁波向更广的范围散射，以降低特定方向的反射率，达到雷达伪装的效果。

　　此外，利用化纤金属化加工技术和纺织加工工艺制造左手材料，是一个非常值得研究的重要课题。左手材料因其性能超出自然界存在的材料，被称作“超材料”。但左手材料一直由微型印刷电路板刻蚀出开口谐振环等单元，重复周期性排列而成，不适于应用。因此，在左手材料构造技术方面进展不大。

　　现有的化纤纺织加工技术可以比较简便地实现三维立体周期性结构。例如：在将纤维表面金属化形成金属柱、或局部金属化形成开口谐振环、及通过加捻扭转实现手性化基础上，采用长毛绒、立绒、毛巾织物、间隔织物的织造方法使纤维以相对规则的形态固定，就有可能实现左手材料所需的结构，并且这种加工要容易得多，特别是这些纤维的线度能方便的与需要产生双负效应的电磁波波长相一致。

　　在上述周期结构纺织品的研究基础上进行基于纺织品的左手材料研发，将具有重要的学术意义和应用价值。