前                言

在科技发展突飞猛进的今天，当计算机、通讯网络、移动电话、视听设备、空调机、微波炉等大量的电子产品，为忙碌的人们在工作和生活中带来极大的便利和愉快的同时，人们也日渐感受到它们的负面效应，就是由这些电子产品带来的新型污染源－电磁辐射悄然地向人们袭来。

随着工业、科研、医疗、电子、电器设备的大量使用，存在于地球上的电磁波能量大幅度的增加，这种电磁波辐射与宇宙杂波相比较，对于人类社会的生活和生产活动有着巨大的影响。一定强度的电磁波辐射不仅直接影响到各个领域中电子设备的正常工作，使之信息失误，控制失灵；而且还影响到日常生活，影响电视机与收音机的视听效果。同时，电磁波辐射还可以使导弹制导系统控制失灵；飞机与卫星指示信号失误，重者则会发生重大事故。强场辐射还可以造成金属器件打火，导致火药、武器、可燃性气体或油类的燃烧和爆炸事故的发生，危及财产安全和生命安全。电磁辐射对人体健康的不良影响为：记忆力衰退、失眠、多梦、脱发、乏力、头晕、月经失调等症状；心电图可出现心律不齐等；还可影响眼睛视力，严重者诱发白内障，中枢神经系统机能障碍、孕妇流产、后代先天畸形、白血病、肿瘤等病症。

电磁辐射污染与大气污染、水质污染和废弃物污染等显著不同，这种污染是一种高科技污染，它无色、无味、无形、看不见、摸不着、听不出、闻不到，是一种用感官无法感知的污染现象，被喻为“隐形杀手”。世界卫生组织认为，在各种污染中，电磁辐射的威胁最大，它已成为了当今世界影响公众健康和破坏生态环境的严重问题。据国家环境保护总局1997-1998年在全国30个省、直辖市进行的环境电磁辐射污染调查中显示，我国目前环境中人为电磁辐射不断增强的主要原因是：

1、广播电视发射设备的增多、功率的增大；

2、通信发射设备的普及和频繁使用；

3、工业、科研、医疗应用中高频用电设备的增加；

4、电力部门高压输电线路的发展；

5、交通运输的电气化

近年来，电磁波污染对人体危害的例子多有出现，只不过其影响程度与所收到的辐射强度及积累时间长短有关，目前尚未较大范围地反映出来，所以没有引起人们的普遍关注。有关研究表明，电磁波致病效应随着磁场振动频率的增大而增大，频率超过10万赫兹以上，可对人体造成潜在威胁。在这种环境下生活过久，人体受到电磁波的干扰，使机体组织内分子原有的电场发生变化，导致机体生态平衡紊乱。而为了实现经济的发展，具有电磁辐射的设施与  设备的应用是不可避免的，所以必须妥善处理电磁波辐射问题，防止危害！

第一节                     电磁辐射的基本概念

1820年，汉斯·克里蒂安·奥斯特在对哥本哈根的少数几个高年级学生所作的一次私

人演讲中，观察到连着电池两极的一根导线会影响到它附近的一个磁体。自此，在科学史上拉开了探索电与磁奥秘的序幕。作为电磁学这门科学来说，直到上个世纪末人们才有了比较明确的认识，在众多科学工作者的辛勤工作基础上，得到了进一步发展，几乎从来没

有一门科学的成就能比电磁学更具有如此广泛而深远的影响。

据统计，全世界空间电磁能量平均每年增长7～14％。在有限的空间和有限的频率资源条件下，由于各种电子、电气设备的数量与日俱增，使用的密集程度越来越大，电磁干扰的严重性也就越来越突出。为了更好的研究与了解电磁污染，妥善解决电磁波辐射，防止危害，创造一个无污染的环境，首先需要了解电磁方面的基本理论，加强对电磁的了解，才能更好的利用它、控制它。

一. 电磁波的产生

在19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦在总结前人研究电磁现象成果的基础上，建立了完整的电磁场理论，预言了电磁波的存在，我们现在粗略的介绍一下麦克斯韦理论。

在变化的磁场中放置一个闭合电路，在这个闭合电路里要产生感应电流。麦克斯韦研究了电磁感应现象，认为在变化的磁场周围的闭合电路里能产生感应电流，因为变化的磁场产生了一个电场，这个电场驱使导体中的自由电子做定向移动，麦克斯韦还把这种电场来描述电磁感应现象的观点推广到不存在闭合电路的情形，他认为，在变化的磁场周围产生电场，是一种普遍的现象，跟闭合电路是否存在无关。

我们知道，电流的周围存在着磁场。麦克斯韦研究了电现象和磁现象的相似和联系，从理论上预言了变化的磁场可以在周围空间产生电场，那么任何变化的电场也可以在周围空间产生磁场。

根据麦克斯韦理论，在给电容器充电的时候，不仅导体中的电流会产生磁场，而且在电容器的两极极板间周期性变化着的电场周围也会产生磁场。

麦克斯韦根据自己的理论进一步预言：如果在空间某区域中有周期性变化的电场，那么，这个变化的电场就会在它周围空间产生周期性变化的磁场；这个变化的磁场又在它周围空间产生新的周期性变化的电场。可见，变化电场和变化的磁场是相互联系的，形成一个不可分离的统一体，这就是电磁场。这种变化的电场和变化的磁场总是交替产生，并且由发生的区域向周围空间传播，电磁场由发生区域向远处的传播，就形成了电磁波。

研究电磁振荡时常常用到周期和频率这两个概念。

电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间叫做周期。一秒钟内完成的周期性变化的次数叫做频率。

振荡电路中发生电磁振荡时，如果没有能量损失也不受其他外界的影响，电磁振荡的周期和频率叫做振荡电路的固有周期和固有频率，简称振荡电路的周期和频率。

振荡电路的固有周期和固有频率决定于电路中线圈的自感系数和电容器的电容。因此，适当的选择电容器和线圈就可以使电路的固有周期和固有频率满足我们的需要。当要改变电路的固有周期和固有频率的时候，就可通过改变电容器和线圈组成电路来实现，与此同时，振荡电路的周期和频率也会随之发生改变。

在普通的Ｌ/Ｃ振荡电路中，电场主要集中在电容器的极板之间，磁场主要集中在线圈的内部，在电磁振荡过程中，电场能和磁场能主要是在电路内部相互转化，辐射出去的能量很少，不能用来有效的发射电磁波。这种电路就被称作闭合电路。

研究表明，要有效的向外界发射电磁波，振荡电路就必须要具有足够高的振荡频率，振荡电路单位时间内辐射出去的能量，与频率的四次方成正比。振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，才能有效的把电磁场的能量传播出去。

因此，为了把无线电波发射出去，就要改造Ｌ/Ｃ振荡电路，必须增大电容器极板间的距离，减小极板的面积，同时减小自感线圈的匝数，以便减小Ｌ、Ｃ值，增大振荡频率。同时使电场和磁场扩展到外部空间，这样的振荡电路叫做开放电路。

二、电磁波的特点

1．电磁波的传播

根据麦克斯韦的电磁场理论，电磁波中的电场和磁场相互垂直，电磁波在与二者均垂直的方向传播。电磁波是横波，与所有的波动一样，能产生反射、折射、衍射、干涉等现象。

麦克斯韦从理论上预见，电磁波在真空中的传播速度等于光在真空中的传播速度，即电磁波在真空中的传播速度c=3.0×10⁸m/s，这个预见后来得到了证实。

从场的观点来看电场具有电能，磁场具有磁能，电磁场具有电磁能。电磁波的发射过程就是辐射能量的过程，电磁波在空间传播，电磁能就随着一起传播。

在机械波中，振动的传播需要具有弹性的介质，而电磁波则不需要任何介质，在真空中也能传播，这是由电磁波产生的机理所决定，因为电磁波的传播靠的是电和磁的相互“感应”，而不是靠介质的机械传递。

2．射频电磁波

任何交流电路都会向其周围的空间放射电磁能，形成交变电磁场。当交流电的频率达到每秒钟十万次或以上时，交流电路的周围便形成了射频电磁场。

射频电磁场为非电离辐射，根据电动力学原理，任何射频电磁场的发生源周围均有两个作用机理的作用场存在着，即以感应为主的近区场（又称感应场）和以辐射为主的远场区（又称辐射场）。它们的相对划分界限为一个波长。

近区场与远场区的划分，只是在电荷电流交变的情况下才能成立。一方面，这种分布在电荷和电流附近的场依然存在，即感应场；另一方面，又出现了一种新的电磁场成分，它脱离了电荷电流并以波的形式向外传播。换言之，在交变情况，电磁场可以看作有两个部分，一个是分布在电荷和电流周围，当距离R增大时，它至少以1/R²衰减，这一部份场是依附着电荷电流而存在的，这就是近场区，又称感应场。另一是脱离了电荷电流而以波的形式向外传播的场，它从场源发射出去以后，即按自己的规律运动，而与场源无关，它按1/R衰减，这就是远区场，又称辐射场。

（1）近区场

以场源为零点或者中心点，在一个波长范围内的区域，统称作近区场。由于作用方式为电磁感应，所以又称做感应场，感应场受场源距离的限制，在感应场内，电磁能量将随着离开场源距离的增大而比较快的衰减。

近区场的特点:

a. 在近区场内，电场强度E与磁场强度H的大小没有明确的比例，总的来看，电压高电流小的场源（如天线）电场强度比磁场强度大的多，电压低电流大的场源磁场强度又远大于电场强度。

b. 近区场电磁强度要比远区场电磁场强度大得多，而且近区场电磁场强度比远区场电磁场强度衰减速度快。

c. 近区场电磁感应现象与场源密切相关，近区场不能脱离场源而独立存在。

（2）远区场

对于近区场而言，在一个波长之外的区域称作远区场。它以辐射状态出现，所以也称辐射场。远区场已经脱离了场源而按自己的规律运动。远区场电磁辐射强度衰减比近区场要缓慢。

远区场的特点：

a. 远区场以辐射形式存在，电场强度与磁场强度之间具有固定关系，即E=120πH≈377H.

b.   E与H相互垂直，而且又都与传播方向垂直。

c.  电磁波在真空的传播速度为：C=3.0×10⁸m/s

三、电磁波场源分析

在现代社会中人工杂波及其产生场源很多。人工杂波产生于电磁场场源，这些场源有在设备内部的，如：脉冲发生器等等；有在设备外部的，如：放电杂波：电流开关通断时所产生的杂波、无线电设备以及各种电气设备所引起的电磁辐射等。电子设备或者电气装置在工作时，由它们所发出的电磁杂波，轻者干扰无线电通讯、导航与自动控制等，重者危及人体健康。 

1.       污染源种类：

电磁污染源主要包括两个大类，一种是自然型电磁污染，另一种是人工型电磁污染。自然型电磁污染来自于自然界，由于自然界的某些自然现象所引起的。在自然型电磁污染中，以天空放电所产生的电磁污染最为突出。由于自然界发生某些变化，常常在大气层中引起电荷的电离，发生电荷的蓄积，当其达到一定程度后引起火花放电，火花放电频带很宽，它可以从几千赫一直到几百兆赫，乃至高频率。人工型电磁污染源产生于人工制造的各种系统、电子设备与电气装置。人工型电磁污染源按频率不同又可以分为工频场源与射频场源。其中工频场源以大功率输电线路所产生的电磁污染为主，同时也包括若干种放电型污染场源。射频场源主要指由于无线电设备或者射频设备工作过程中所产生的电磁感应与电磁辐射。电磁污染源可以用下表说明：

表一   自然型电磁污染的分类以及来源

分类	来源
大气与空电污染源	自然界的火花放电、雷电、火山喷发
太阳电磁源	太阳的黑点活动与黑体放射
宇宙电磁场源	银河系恒星的爆发、宇宙间电子移动

　

表二　　人为型电磁污染源分类

分类		设备名称	污染来源与部件
放 电 所 致 污 染 源	火花放电	电气设备、发动机等	发电机、放电管等
	辉光放电	放电管	白光灯、高压水银灯
	电晕放电	电力线	由于高电压、大电流而引起静电感应、电磁感应、大地电流漏泄造成
	弧光放电	放电管、开关等	发电机、整流装置、点火装置等
工频辐射场源		电气设备、大功率输电线	污染来自高电压、大电流的电力线场电气设备
射频辐射场源		应用设备（治疗机等）	医学用射频利用设备的工作电路与振荡系统
		电子设备（无线电发射机、雷达等）	电视、广播的振荡与发射系统
		电气设备（加热设备、微波干燥机等）	工业用射频利用设备的工作电路与振荡系统
建筑物反射		高层楼群以及大型金属构件	墙壁、钢筋等

2. 射频辐射场源

明确射频辐射发生源及其主要特点，对于开展电磁波研究与治理技术是非常必要的。

（1）射频辐射源

a. 高频感应加热设备，特别是大功率的高频感应加热设备，当其工作时存在的电磁感应场和辐射场是非常强大的。据悉，30~100千瓦的高频加热设备，其操作部位和其他距离较近的地方，其电磁场空间强度均在卫生标准以上，严重者超过十几倍甚至几十倍之多。

 b. 高频介质加热设备，主要有塑料热合机、高频干燥处理机和介质加热机等等，它们的工作频率比较高，约在20~40兆周。高频介质加热设备的主要场源有振荡回路、输电线等。以热合机为例,操作部位场强在几十伏/米上下，超过标准倍数较高。同时，对环境的污染范围较大，信号干扰半径可达1~2 公里。

c. 广播电台或者通讯发射台电磁辐射中比较严重的是发射机的辐射，其中短波辐射大于中波辐射，干扰辐射大于广播辐射。

通过研究，确定了广播电磁辐射场源为振荡回路、工作电路、发射天线等。一般发射机房大厅空间场强在几伏/米至二十多伏/米不等。个别的地方场强甚至可以达到几十伏/米到几百伏/米。在定向工作状态下，所造成的环境污染半径可以达到几公里。

    d. 微波加热与发射设备，微波辐射是强大的电磁污染源。其主要污染场源包括雷达天线、工作电路、磁控管、敞开的波导管及加热器的开口等，由于天线系统的旋转，会使周围环境受到比较大的污染。

    e. 汽车火花干扰场源，特别是城市里，交通事业大发展，随之而起的是汽车火花等干扰场源逐步出现。成为名副其实的环境场源之一。

f. 射频溅射，射频溅射设备的工作频率为10~13兆周不等，这类设备的主要场源有电源箱、变压器、操纵机构以及馈线等。当射频溅射设备工作时，会由上述场源辐射电磁能量，从而污染了环境。

g. 射频理疗与起搏器，由于短波理疗、超短波理疗等应用设备的广泛应用以及心脏起搏器逐渐的使用，所引起的不同频率的射频辐射足以构成对某些相关人员的身体健康的危害，干扰某些通讯联络以及控制信号。

(2)传播途径

电磁辐射所造成的环境污染途径大体可以分为空间辐射、导线传播和复合污染三种:

a. 空间辐射

    当电子设备或者电气装置工作时，会不断地向空间辐射电磁能量，设备本身就是一个多型发射天线。

由射频设备所形成的空间辐射，分为两种：第一种，在半径为一个波长的范围之外的电磁能量传播，使以空间放射方式将能量施加于敏感元件。第二种，以场源为中心，半径为一个波长的范围内的电磁能量传播是以电磁感应方式为主，将能量施加于附近的仪器仪表、电子设备和人体上的。

b. 导线传播

当射频设备与其他设备共用一个电源供电时，或者它们之间有电气连接时，那么电磁能量（信号）就会通过导线进行传播。

此外，信号的输出输入电路、控制电路等也能在强电磁场之中捕捉信号，并将捕捉到的信号再进行传播。

c. 复合污染

它是当同时存在空间辐射与导线传播时所造成的电磁污染。

（3） 辐射干扰与传播

电磁场空间传播以及被感应，都是由于电场与磁场相互作用的结果。

当有交变电流通过导体时，则相应地在导线附近的周围空间产生交变的电场与磁场。这个变化的电磁场在空间的传播被定义为电磁波。

如果将金属导体等放在场源的附近空间内，则会由于电磁感应使金属导体产生感应电动势，当导体沿电源电路置于电源电路很近的部位时，那么感应电动势通过电源电路对电子设备形成干扰。

在谈到近场干扰时，还应该提出由接地系统引致的干扰问题。当射频设备的专用接地系统与其他电子设备的接地系统很近时，那么射频电流由地线阻抗变成干扰电压而加到电子设备上引起干扰危害。倘若共用一个公共接地系统时，这种干扰危害就会很大了。

在射频设备的某些强辐射部位，比如高频变压器的附近，由于反应作用而使日光灯管发亮或者金属板与金属板碰撞打火等，所有这些高频近场感应问题是十分突出的。

而对于远离场源的空间，干扰主要来源于远场辐射。也就是说，在距场源或者场源相连接的导体较远的空间里，存在着自由的电磁波。它的电磁波能量基本上不受场源的控制，从而使其按一定速度不断的向远方传播。

空间传播的干扰，主要是由辐射电磁场所产生的，它们以场源的电源电路、信号的输入输出电路、控制电路等导线作为辐射天线。此外，当场源的外壳有高频的电流时，那么整个设备本身就是一个大辐射天线了。

在远场之中，电灯线、架空导线、控制线等都具有天线效应，皆可以辐射电磁波和接收以及传播电磁波。由于电磁波辐射引起的电灯线、控制线等的感应作用，从而产生干扰。

第二节                     电磁辐射的危害[1]

随着众多电器设备应用给人类带来莫大利益的同时，亦难以避免地使生产环境和生活环境受到电磁辐射的污染，并对人体健康造成一定影响或危害，这一重要问题在很多方面还没能被人认识，所需要解决和研究的课题尚很多。

一、电磁辐射对人体健康的影响[2]

早在一个世纪之前，科学家们就发现电磁波对人神经系统的作用。人如果在强磁场环境中工作，对声、光、味觉的灵敏度都会发生改变，视觉运动反应时间明显延长，有的反应时间延长可达11％，对光线适应缓慢，手脑协调动作差，对数字记忆速度反应减慢，出现错误较多。由此，工伤、交通事故的增加也就不难理解。电子雾对人的行为影响最为突出的是对记忆力的影响，表现在记忆力衰退，尤其短时记忆力减退，以前他可能跟着你说出的数字能记住8位、9位，此时可能只能说出5位、6位了。同时，使人情绪反常，烦躁易怒，产生睡眠障碍，注意力不集中；久而久之，出现头痛、耳鸣、肌肉和关节疼痛或发痒等症状。长期接触短波的人，其性欲要减弱，对异性兴趣冷漠。女性长期接触短波致使胎儿先天素质较差，出现缺陷或痴呆。当停止在这样的环境中工作时，不舒适的感觉就会慢慢消失：美国专家的论文中讲到，“妇女在妊娠初期的3个月里，如果经常使用电热器的话，产下的婴儿先天性尿道异常的发生率会增加10倍”。电热毯和电动按摩器、电动剃须刀、移动电话、微波炉、电子计算机等是目前人们应用最普遍的电器，它们都能产生电磁波。就连我们每天离不开的电视机也会辐射电磁波。可以做一个简单的实验：拿一台半导体收音机，定好音量后靠近电视机，我们会听到半导体收音机发出刺耳的声音，稍稍远一点儿噪声就消失了。所以专家一向告诫电视迷看电视时不要离电视机太近是有道理的，而长时间、贴身使用电器的习惯也要改一改。长期在存在电磁辐射环境下的工作人员，如电视广播发射台站、微波站、雷达系统和工业、科研、医疗的高频设备等，受到辐射的时间长，强度大，受到的危害就越严重。我国的一些高频电热设备的电磁泄漏相对严重，设备附近环境的污染，给操作人员造成严重伤害。根据国内外有关资料报导，电磁辐射可导致如下病症：

a.  中枢神经系统机能障碍和植物神经紊乱，以头昏脑胀失眠多梦，疲乏无力，记忆减退，心悸等最为严重; 其次是头痛四肢酸痛，食欲不振、脱发、体重下降、多汗，有些人发生心动过速血压升高，也有些人出现心律不齐等变化。长时间大强度照射部分人员出现脑生物电流的改变，白细胞有可能增加或减少，变化呈极不稳定状态。

    b. 眼睛、睾丸损伤。

眼睛是人体对微波辐射较敏感和易受伤害的器官，其晶状体可能出现混浊或水肿，严重时可出现白内障以至造成视力全部丧失。

微波辐射对睾丸的损害也是比较严重的。由于微波能抑制精子的产生过程，所以可以使男性患暂时性不育症，辐射过强，则会引起永久性不育。

生物电磁学的研究表明，人体的眼睛和睾丸是最容易受到热效应危害的组织，因为它们相对缺少有效的血液循环以驱散过多的热量(血液循环是人体处理过多热量的最主要机制)。生物实验表明，高功率射频辐射(100—200mW／cm)短期照射(比如l小时30分)会导致兔子患白内障。当睾丸暴露在高功率射频辐射(或其他产生当量温度上升的能量形式)下，热效应使精子数量和运动能力改变会导致暂时不育。

c.  诱发癌症或免疫缺陷性疾病

关于诱发癌病的机理在当今医学界争论激烈，但电磁辐射是诱发癌症的重要因素已是学术界的共识。

d．美国精神病专家指出，近几年来精神病患者显著增加，与周围的电磁场强度愈来愈大有明显的关系。原因是，人体大脑内也有各自微小的电磁场，它与外界的电磁场必须相适应，否则，就会由于失调而影响人的行为。有的学者提出这种行为改变是下丘脑——垂体——肾上腺或交感神经——肾上腺系统机能紊乱所致。

e.  Andrea 等（1986 年）报道大鼠长期暴露于射频辐射，其行为效应的阈值在0.14 和0.7W/kg 之间；为了阐明辐射效应在神经系统方面的潜在机制，Lai et al, 1989 等研究认为大脑中类胆碱能和内源性神经传递素与微波辐射引起的空间记忆缺失有关。Sanders等(1985年) 报道大鼠暴露于SAR为0.1-0.5 W/kg 的脉冲微波后，其大脑皮层的ATP、CP 含量明显下降，并认为辐射降低了线粒体的电子传递功能。Chiang 等(1984 年)亦观察到在SAR 等于或大于0.5 W/kg 时，小鼠暴露于脉冲微波后线粒体标志酶SDH 和MAO 减少。对于健康来说，免疫系统也是非常重要的。俄罗斯曾报道了一系列长期辐射暴露对免疫系统影响的实验研究。使用补体结合试验、嗜碱细胞脱颗粒、溶血空斑形成等试验发现大鼠、豚鼠、兔子等暴露于50 μW/cm² 或500 uW/cm² 2450 MHz 的微波后，引起了大脑蛋白结构的损害和抗细胞毒素抗体的产生，随后发生了自身免疫过程(Vinogradov and Dumanskij, 1975; Shandala 等, 1985)。Vinogradov 等把暴露动物的免疫活性细胞转到另一只大鼠身上进一步证实长期暴露于500 μW/cm²的微波可导致自身免疫反应。Shandala 等1982 年报道500 μW/cm² 微波可导致孕鼠自身免疫的发生，并观察到丝裂原诱导的淋巴母细胞转换受到明显抑制。

f. 电磁辐射的强度大于10mW/cm²时引起机体体温升高,使生物组织在电磁场作用下产生“位移”电流、电解质振动和局部感应涡电流而引起的组织产热，即致热效应。低于10 mW/cm²的低强度长期作用，虽不出现体温升高，但可引起共振频率（引起全身吸收率接近最大值时的频率），共振频率的频带与生物体的体长有关，标准人（身长175cm）为70MHz，1岁婴儿为150 MHz。有研究认为电磁辐射的致病效应随频率的增大而增加。动物实验发现：1 mW/cm²的强度作用下，可出现神经介质水平、血脑屏障通透性增加，钙从脑组织溢出和脑电图等变化。动物在3 mW/cm²强度作用下，出现心率和心电图变化。在1~10 mW/cm²强度作用下，对血液系统（外周血象）和免疫系统（兴奋或抑制）都有相当程度的影响。流行病学研究发现：长期接触电磁辐射的人群容易出现头晕、疲乏、记忆力衰退、食欲减退、烦躁易怒、血压变化、白细胞减少等症状。女性可发生月经不调，个别男性有性功能衰退现象，可导致畸胎以及某些脏器癌变。手机是一个小型的电磁波发生器，对人体有致畸作用。长期、高频率使用手机，使脑的胶质细胞发生DNA电力损害，引起细胞癌变，还会引起视力下降甚至白内障等。尽管相关专家对某些观点不尽相同，但电磁波对人体能产生一定的危害已经达成共识。

    二、电磁辐射危害人体作用机理

电磁辐射对人体的危险是由不同种类的电磁波能量的粒子造成的。当这类高速粒子穿透人体时，会改变或摧毁人体细胞的分子机制。若辐射强度较低，受损的蛋白质和其他分子通常都能修复；高强度的辐射会直接杀死细胞。即使强度较低，若辐射影响到细胞中产生蛋白质的DNA，仍会对机体产生重大影响。辐射能直接影响DNA，破坏其分子构造，还留下一系列离子化的水分子，而且，这样产生的高度活跃的氢氧离子(OH)能够改变重要的基因，就会使细胞致残或死亡。但是，因为人体内有数十亿个细胞，低度辐射所造成的损失影响不大。然而，如果控制生长的基因受损，细胞就有可能分裂失控，成为潜在的致命肿瘤生成。

生物系统受到某种刺激后一旦产生可以测量的改变，就会产生生物效应。射频能导致组织受热引起的生物效应一般称为“热效应”。人们很早就认识到，射频能可以快速加热生物组织，高频射频照射会使人体组织受损，因为人体无法处理产生的过多热能。在特定条件下，暴露在功率密度为l—l0 mW／cm²或稍高的射频场中可以产生可测的生物组织受热(但并不足以导致组织受损)。受热程度取决于辐射频率，受辐射物体的尺寸、外形和极化方向，辐射周期，环境条件和散热效率等参数。

研究表明，普通公众一般面对的环境射频功率水平远远低于产生显著放热和导致体温升高的射频功率。但是，在一些靠近高功率射频源的特殊工作环境中，射频能可能超过了人体安全照射限值。这种情况下，应采取严格措施来保证射频能被安全利用。

尽管一般观察不到，在特定的频率、信号模式和强度条件下，微波会产生“听觉”效应，此时动物和人类可能会感觉到射频信号发出的嗡嗡声或滴答声。对此，一种假设是，微波信号在头内产生热弹性压力，被耳内的听觉组织感觉为声音。这种效应并不会危害健康，而且一般来说普通公众感觉不到。

目前，国内外将电磁辐射对人体产生危害的作用机理划分为以下三个方面：热效应、非热效应、累积效应。

1. 热效应

高强度的电磁辐射对生物体系统的作用主要是热效应。生物体受到强电磁辐射会使生物体物质产生极化和定向弛豫现象，分子产生热运动，而摩擦则促使生物体温度升高，称为热效应。

热效应是高频电磁波直接对生物肌体细胞产生“加热”的作用，电磁辐射的生物效应已在医学界大量的动物实验中得到证明，生物体在接受电磁辐射后产生变化，在接受辐射后体内的极性分子随着电磁场极性的变化做快速排列运动，分子相互碰撞、摩擦而产生巨大热效量。单靠体温的调节无法把这些热量散发出去，则肌体升温，所以往往肌体表面看不出什么，而内部组织已严重“烧伤”。微波炉就是根据这一原理加热食物的。显然，由热效应引起的肌体升温，会直接影响人体器官的正常工作，它对心血管系统、视觉系统、生育系统等都有一定的影响。

当热效应温度超过体温调节能力时，人体温度平衡功能失效，并由此产生生理功能紊乱和病理变化等各种生物效应。例如局部组织或者体温明显上升，当微波功率为10 mW/m²时，人的体温将上升约1℃，当功率密度更强时，体温升得更高。因而人将产生高温反应，表现为昏迷、抽搐和呼吸障碍。波长为1.25cm的微波辐射，强度为150 mW/m²时，足以使小白鼠死亡；频率为1200MHz微波辐射，强度为330 mW/m²时，15min内能使50%的狗死亡，同时容易使人的眼睛形成白内障，还会对神经造成危害，容易引起反应迟钝、疼痛、痉挛等，使人体血液中的白细胞和红细胞的减少。

1、         非热效应

长时间低频的电磁辐射会产生电磁生物效应，即非热效应。热效应与非热效应的分界线并非很明确，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/kg。一般比吸收率大于1W/kg，为热效应；小于0.1W/kg，为非热效应；介于两者之间为模糊区，热效应和非热效应兼而有之，但详细作用机理目前尚不清楚。低频电磁波对人体影响，人体被电磁波辐照后，体温并未明显升高，但已干扰了人体的固有微弱电磁场，从而使人体处于平衡状态的微弱电磁场遭到破坏，使血液、淋巴液和细胞原生质发生变化，造成细胞内的脱氧核糖核酸受损和遗传基因发生突变而畸形，进而诱发白血病和肿瘤，还会引起胎盘染色体改变，并导致婴儿畸形或孕妇的自然流产。2000年6月，国际癌症研究所（IARC）将极低频电磁场（工频电磁场）列为可疑致癌物。

2、          累积效应

热效应和非热效应已经作用于人体，当人体尚未及时自我修复之前，如果再次受到电磁辐射，其伤害程度就会发生累积，对长期接触电磁辐射的群体，即使功率很小，效率很低，也可能会诱发意想不到的病变，久而久之，最终将造成永久病态。乃至危及生命。

第三节 电磁辐射强度测量及控制标准[2]

电磁辐射是非电离辐射中的一大类。非电离辐射波长是大于100nm的电磁波，由于其能量低于12eV（电子伏），不能引起水和组织电离，故称非电离辐射。非电离辐射包括光和电磁辐射两大类。电磁辐射又称电磁波、电子雾或者电子辐射污染。电磁辐射有电场和磁场两部分。电磁辐射的强度单位有电场（E）的单位V/m(伏/米)、磁场（H）的单位A/m（安/米）和功率密度（S）的单位W/m²（瓦特/平方米）。有人将100~30MHz的波范围称为高频（又分长波、中波、短波），30~300MHz为超短波，300MHz~300GHz为微波（MW）。

一、住宅电磁辐射的主要来源

1．     室外环境的电磁辐射源

这类电磁辐射主要来自FM和TV广播（54~806MHz），但不包括AM广播（0.535~1.605 MHz）。这类辐射在不同地点、不同高度建筑物的室内所测得的强度有很大差别，楼层越高的室内强度越大（约在100µW/m²），底层的室内则低（约7µW/m²），近窗口地点的强度（30µW/m²），大于远离窗口的地点（约15µW/m²）。有资料称在广州市广播以及电视的场强全日平均为0.61 mV/m²。

2．     室内的生活用电磁辐射源

                

二、电磁辐射强度测量

电磁污染是指由于电磁辐射所造成的对人体健康的不良影响;即电磁辐射所引起的生产场所和生活环境的污染。

到目前为止,国际方面用于电磁辐射污染检测的仪器分为两类:第一类为检测作业环境生活环境和武器弹药储存场所空间电磁辐射强度的测量仪器,称为电磁辐射检测器。它们是进行环境电磁污染检测的主要仪器。第二类为通讯与抗干扰的小信号测量仪。这类仪器主要用作电波传播与干扰水平的测量。由于电磁辐射所造成的干扰伤害也是电磁污染的一个方面，所以这类仪器作为电磁污染所造成的信号干扰的检测仪器也得到应用，称为电磁干扰仪。

1.用于电磁干扰测量的电磁干扰仪

测量干扰的主要设备是无线电干扰测量仪。从电路原理来说，干扰仪包括一个线性放大器，一个具有一定放电时间常数的线性检波器和一个具有一定放电时间常数的线性检波器以及一个具有一定机械时间常数的表头三部分。

由于无线电干扰对不同的设备产生不同的效果，因此对于无线电干扰的测量，必须同某一个具体无线电设备联系起来考虑。在电磁辐射强度测量技术中，过去国内外均从通讯和抗干扰角度提出的，所以，较广泛使用的强场测量仪均为远区场测量仪器或者干扰仪。通常只测量环境空间磁场，而电场强度则是根据磁场强度的测量值，按照比例关系换算，基于通讯与抗干扰的场强测定均在距离发射设备很远的区域，即远区场中进行的，因此其场强均比较弱，一般远场测量仪只能够测到2.65×10^-3安/米，相应的电场强度为1伏/米。

2. 国际上电磁波辐射污染测量

考虑到环境电磁辐射场强的测量包括近区场感应强度和近区范围内的场强测定，用以评价工作现场，生活环境以及特殊场所电磁污染水平，同时，也包括远区干扰场强的测试，用以评价电磁辐射对信号的干扰程度。因此，它的测定工作也变得复杂化，从美、日、德、俄罗斯等国来看，其电磁辐射场强的测定工作大体上分为两个方面：

（1）场强测定

为了有效的保护作业人员以及附近居民身体健康，防止场强引燃、引爆危险事故的发生，必须进行近区场和远区场的空间范围内的场强监督工作，这种测量国外一般均是采用自动监测、自动记录与自动报警的场强测定仪，在被测场所的不同地点进行测试，由于上述国家在场强测定上也处于初期阶段，因此目前国际上尚没有形成统一的测试范围。

远场区测定

美、日、德、瑞典等国家在远区场的测试上，大体采用两种办法：远区场电磁辐射场强的测定，采用在工业区、商业区、住宅区以及空旷地均匀分布的原则，进行定时测定。根据电磁环境对人体中枢神经系统有危害影响和高辐射场对于人体器官的已知损害的报告，美国进行了一场综合性环境电磁现象考察，检测和分析频率范围是从20赫兹到10×10³兆兹，采用自动频谱显示器和信号分辨系统。测量选择典型现场，包括飞机场、商业中心、医院和学校等人员居住集中的地方，确定存在于典型城市环境中的电磁辐射强度。在人口高密度地带，在半径25公里范围内的地带均匀分布考察，测量时间采用：上午八点到下午五点。远区场干扰场强的测定均采用梅花瓣法进行。

（2）电磁辐射污染的测试

测量仪器：对高频设备，可用ＲＪ一2和ＲＪ一3近区场强测量仪;对超高频设备，用RL一761型微波漏能测试仪。

（3）电磁辐射测量采用的计量单位

    通常，对大于300M比的微波频段，采用平均功率密度(μＷ/ｃｍ²)作为计量单位，小于300M比的频段，采用电场强度和磁场强度作为计量单位。进行电磁环境测量时，干扰场强采用国家计量标准单位(μＶ/ｍ)。室内测量时，温度为0-40℃，相对湿度小于85%，高频设备周围2m之内无建筑物，没有与设备无关的金属导体。

(4)测点的布置

高频设备都安装在厂房一侧，因此，电磁辐射区域可以确定为一个扇形区域，即以高频设备安装地点为相对水平零点，以间隔45º的方位作测量线，每条测量线上取水平零点0.2、0.5、1.0、1.5m处4个测点。

为了准确描述电磁场在空间的分布规律，按操作人员操作时的姿势形成空间中的放射性立体测线，对同一方位的同一距离，分别测头，胸，腹三点。

(5) 测试结果的分析

在对辐射源周围环境进行电磁辐射测试之后应将测试结果与相应的国标对照。我国已经颁布的电磁兼容方面的环境标准及法规有数十项，应根据现场情况，采用适合此环境的国标或行业标准。最常用的标准是《电磁辐射防护规定》(GB 8702一88)、《环境电磁波卫生标准》(GB9175一88)、工业、科学、医疗射频设备无线电干扰辐射允许值(GB4824 .1一84)。

对一般环境的电磁辐射分析中，应选用《环境电磁波卫生标准》(GB 9175—88)，根据辐射源的主要辐射频率，参照表2，找到其辐射强度限值。一般情况下，把居民居住的环境按一级安全区处理，则其标准限值为：在长、中、短波段，电场强度应小于10 v/m;在超短波段，电场强度应小于5 V/m;在微波波段，其辐射功率密度应小于10pw/C。考虑到对在电磁辐射环境内工作人员的保护，建议在职业安全卫生领域，采用《电磁辐射防护规定》(GB 8702-88)的相应限值。

三、电磁辐射控制标准[5]

在电磁波危害防御的安全对策中最重要的是按照国家安全控制标准行事，现行安全控制标准主要有企业生产的电磁辐射作业安全标准、电磁辐射居民安全标准、射频设备漏场标准及工业干扰允许标淮等四大类。应该说与城市公众关系甚密的是《电磁辐射居民安全标准》，不少发达国家基本上采用了职业安全卫生标准(即电磁辐射作业安全标准)允许限值的1／10做为电磁辐射居民安全标准。

  1．欧美的电磁辐射控制标准

    早在70年代，一些国家即认识到电磁辐射的健康危害，制定了电磁辐射的卫生标准。前苏联在进行大量的动物实验和流行病学调查的基础上于65年提出了电磁辐射卫生标准， 84年修订后的职业暴露限制为0. 2 mW／cm²，美国国家标准局（ANSI）在1966年制定的标准中，规定在任意连续6分钟其平均功率密度不应超过10 mW／cm²，不分频段，可以长时间暴露。其后进行了几次修订， 1982年修订后的移动电话频段限值为15 mW／cm²（f／300）， 1988年后ANSI采用电气和电子工程师协会（IEEE）推荐的标准，1992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（Controlled）和非职业暴露（Uncontrolled），非职业暴露的限值为 0. 2－2 mW／cm²（f／1500）。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，1984年修订的标准与1965年的标准相比放宽了l.5倍。

在移动电话电磁辐射标准方面，欧美国家的SAR限值也有很大差异（见表，美国采用的头部标准限值为：任意1克身体组织，任意连续6分钟不得超过 16mw／kg；而欧洲大部分国家采用的 SAR限值为：任意 10克组织，任意连续6分钟不得超过2.0 mw／kg，换算成任意1克组织比较，欧洲的SAR限值是美国限值的18－25倍。

表三　部分国家或者组织电磁辐射头部局部照射SAR限值   单位：mW/g

	职业照射		公众照射
	全身	局部	全身	局部
CENELEC（1995）	0.4	10	0.08	2.0
German	0.4	10	0.08	2.0
US FCC	0.4	8	0.08	1.6
ICNIRP/IRPA	0.4	10	0.08	2.0
UK NRPB（1994）	0.4	10-20	0.4	10-20
Australia/NE	0.4	8	0.08	1.6
IEEE 95.1- 1991	0.4	8	0.08	1.6
EUROPE	0.4	10	0.08	2.0

2． 中国的电磁辐射控制标准

我国于1979年根据微波职业人群流行病学调查和动物实验，提出了在局部试行的微波辐射暂行卫生标准，1989年《作业场所微波辐射卫生标准》被正式批准为国家标准，其限值为0.4W／cm²，这一限值是基于动物实验所得的微波辐射强度为l mW／cm²左右，人体健康检查长期在功率密度为0. 2 mW／cm²条件下工作，可引起中枢和心血管系统的机能紊乱、白细胞、血小板轻度减少；功率密度在小于0.50 mW／cm²之下的接触除神经衰弱症状外，客观指标的阳性率未见增高得出的。最新发布的《环境电磁波卫生标准》适用于一切人群经常居住和活动场所的环境电磁辐射，但不包括职业辐射和射频、微波治疗需要的辐射。它是在职业暴露标准研究资料的基础，扩大流行病学调查范围，观察了青少年和儿童受电磁辐射后对视觉反应、短时记忆力、中性粒细胞吞噬功能和酸性磷酸酶等的影响；并对电磁辐射对动物免疫功能的影响进行实验研究的基础上，以电磁波辐射强度及其频段特性对人体可能引起潜在性不良影响的阈值为界，将环境电磁波容许辐射强度标准分为二级，一级为安全区，公众（包括婴儿、孕妇和老弱病残者）在该环境下长期生活，其健康不受电磁辐射影响的区域，新建、改建或扩建电台、电视台和雷达站等发射天线，在其居民覆盖区内，必须符合“一级标准”的要求；二级为中间区，长期居住生活在该区，可能会对易感人群引起某些不良影响，故需加以限制，此地可建造工厂和机关等，已建造的可采取防护措施。超过二级标准地区，对人体可带来有害影响；在此区内可作绿化或种植农作物，但禁止建造居民住宅以及人群经常活动的一切公共设施，如在此区内已有这些建筑，则应采取措施或者限制辐射时间。环境电磁波允许辐射强度分级标准如下：

表四　环境电磁波允许辐射强度分级标准

我国的《电磁辐射防护规定》其限值虽然比《环境电磁波卫生标准》放宽，但在该规定中明确指出，应本着“可合理达到尽量低”的原则，并说明各单位和部门可制定备自的管理限值，其限值应严于该规定的限值。《电磁辐射防护规定》中分别给出了职业照射和公众照射的辐射限值，     要求在每天8小时工作期间内，职业照射的电磁辐射场的场量参数在任意连续6min内的平均值应满足（职业照射导出限值）要求。

我国相关的国家标准如下：   

《环境电磁波卫生标准》(GB9175-1989年)

《电磁辐射防护规定》(环保总局 1988年)

《作业场所微波辐射卫生标准》(卫生部 1989年)

《作业场所超高频辐射卫生标准》(卫生部 1989年)

《微波和超短波通讯设备辐射安全要求》(国家质量技术监督局 1990年)

　　　　　　表五　职业照射的电磁辐射场的场量参数

对于公众照射，规定在一天24h内，环境电磁辐射场的场量参数在任意连续6min内的平均值应满足下表要求：

　　　　　　表六　环境电磁辐射场的场量参数在任意连续6min内平均值标准

综上所述，我国与国外的卫生标准存在很大差异，尤其是与欧美的标准之间存在很大的差异，其重要原因是欧美的标准主要是以动物实验的热效应为依据制定的，而我国的卫生标准除依据动物实验的研究以外，更重要的是进行了广泛的流行性病学调查得出。

第四节            电磁波屏蔽织物的原理及屏蔽效能测试方法

     

一、电磁波屏蔽织物的发展[6]

电磁辐射对人体的影响，在上世纪五六十年代就被列为职业卫生学中的一种有害因素。随后，从微波又向低频、极低频的生物效应进行研究，并且逐渐强调低频的磁场影响大于电场，这就对屏蔽织物又提出了新的要求，既要屏蔽电场，又要阻隔磁场，还要消除静电，防少量X射线和紫外线。这样，依靠以前的单一金属化织物，就难以达到理想的屏蔽效果，从上世纪90年代至今，国内外先后又研制了复合镀金属织物、合金镀层织物、化学镀铁织物、化学镀锡织物、金属喷镀织物、溅射镀金属织物、多元素织物、多离子织物、多功能织物、合成导电高分子织物和钠米材料织物等，用以满足不同环境、不同群体的需求。

屏蔽织物的出现和发展，距今已经历了3个阶段。从制定标准到20世纪70年代，屏蔽织物从无到有，逐步发展。最开始，屏蔽织物的使用，仅限于军工科研、医疗卫生和厂矿企业以及被高频电磁辐射人员的个体防护。80年代，屏蔽织物开始进入百姓家，技术发展迅速、品种增多、数量增大。90年代以后，其产业继续快速发展，质量优化，数量激增，新品不断涌现。现已形成了一个涉及电子工业、纺织工业、生物医学和检测监督为一体的新兴产业。

二、电磁波屏蔽织物的原理

1.       电磁屏蔽分类：

电磁屏蔽的目的在于防止射频电磁场的影响，使其辐射强度被抑制在允许的范围内。所谓屏蔽，就是采取一切技术手段，将电磁辐射的作用与影响局限在指定的空间范围内。

（1）主动场屏蔽（场源位于屏蔽体之内）

    须将电磁场的作用限定在某个范围内，使其不对限定范围外的任何生物机体或仪器设备OB发生影响。主动场屏蔽的特点是：场源与屏蔽体间距小；所要屏蔽的电磁辐射强度大；屏蔽体结构设计要严谨；屏蔽体要妥善进行符合技术要求的接地处理。

（2）被动场屏蔽（场源位于屏蔽体之外）

需要在指定空间范围内，使其不对限定范围内的空间构成干扰和污染，也就是说外部场源不对指定范围内的生物机体或者设备仪器OB发生作用。被动场屏蔽的特点是：屏蔽体与场源间距大，屏蔽可以不接地。

2．射频电磁场分量的屏蔽原理

以线圈为例介绍磁场分量的屏蔽原理。线圈的外部采用圆桶型的导体进行屏蔽。

    在圆筒型屏蔽体中，由于电磁感应而产生与线圈电流方向相反的感应电流。由于感应电流的作用而产生磁力线，此磁力线必然与线圈电流所产生的磁力线相互抵消，因此就减少了泄露到屏蔽体外边的磁力线，其场强必将大幅度的衰减，从而起到了屏蔽作用。

屏蔽体的外边：由于线圈与屏蔽体产生的感应电流方向相反，所以会出现线圈磁力线方向相反，因此屏蔽体外边只有线圈磁力线的极小部分，起到了屏蔽作用。

  屏蔽体与线圈之间：所有磁力线方向是一致的，所以可以认为由线圈产生的磁通，很少泄露到屏蔽体之外。

线圈内部：由子线圈磁力线与感应磁力线方向相反，线圈磁力线将有少量减少，结果造成线圈电感量的减少。

    上述分析表明：电磁屏蔽的首要条件是在屏蔽体内部产生射频感应电流。

从理论上来讲，对于电磁屏蔽的磁场分量，屏蔽原理是利用屏蔽体中所产生的感应电流的作用。所以，工程上不允许在垂直于电流的方向上开缝，以免切断感应电流，破坏了反射作用效应，降低屏蔽效果。同时，当电流从缝隙周围通过时，也会产生天线效应，导致屏效下降。

3．反射效应与吸收效应

上述电磁屏蔽电场分量与磁场分量的屏蔽原理，实质是利用了屏蔽材料的吸收效应与反射效应。

（1）反射效应

当电磁辐射从空气介质射入金属体屏蔽表面时，电磁波将在两种介质的接触面发生由于波阻抗突然变化所引起的反射效应，也就是说在金属屏蔽表面发生了电磁反射效应，见图：

           　　　 图五 电磁波反射

从图五中可以看出，电磁辐射经过金属屏蔽体表面反射后，入射到金属内部的电磁场强度要衰减，其衰减幅度取决于空间波阻抗与金属体固有阻抗的匹配情况，不匹配程度越大，反射衰减也就越大。根据反射衰减本身的特点，决定了它常被运用在远场区的屏蔽上。

（2） 吸收效应

    当电磁波射入金属屏蔽体时，将在金属体内部引起吸收衰减。在金属体内部，电场强度E与磁场强度H在传播过程中均按指数规律而迅速衰减，它的衰减速度则取决于衰减常数μ。

   a越大，表示电磁波在金属体中衰减的越快，从而深入到金属体内部的深度就越浅。由此可知，在实际工程中，设计一定厚度的金属板屏蔽体，利用其吸收衰减可以将射频辐射场强抑制在允许范围内。

三、抗电磁辐射织物屏蔽效能测试方法 [16] 

目前，国内外关于抗电磁辐射织物屏蔽效能的测试方法有多种，概括起来主要有远场法、近场法和屏蔽室测试法三大类。

1  远场法

远场法主要用以测试抗电磁辐射织物对电磁波远场(平面波)的屏蔽效能。主要有A5TM—ES—7同轴传输线法和法兰同轴法。

（1） A5TM—ES—7同轴传输线法

同轴传输线法是美国国家材料实验协会(ASTM)推荐的一种测量屏蔽材料的方法。该方法根据电磁波在同轴传输线内传播的主体是横电磁波这一原理，模拟自由空间远场的传输过程，对抗电磁辐射织物进行平面波的测定。其原理如图所示：

　　　　　　　　　　　　图十

采用此装置测试样品的参考试样屏蔽效应值与负载屏蔽效应值之差，即为被测样品的屏蔽效应。其优点是快速简便，不需建立昂贵的屏蔽室及其他辅助设备；测试过程中能量损失小，测试的动态范围较宽，可达80dB，适应范围的频率为30MHz—1．5GHz；材料的厚度可以薄至10mm的均匀的抗电磁辐射织物。其缺点是只可以测试远场的辐射源，测试的结果受材料与同轴传输装置的接触阻抗的影响，重复性较差。

（2）  法兰同轴法   

该方法是美国国家标准局(NBS)推荐的一种测量屏蔽材料的方法。这种方法的原理与同轴传输线相似，所不同的是改进了样品与同轴线的连接，使其接触阻抗减小，因此重复性较好。但对试祥厚度有一定要求，负载试样的厚度为5mm，其他的测试特点与ASTM—ES—7同轴传输线法相同。

2 . 近场法   

近场法主要用来测试抗电磁辐射织物对电磁波近场(磁场为主)的屏蔽效能。主要有

ASTM—ES—7双盒法和改进的MIL-STD-285法。

(1)  ASTM—ES—7双盒法   

该方法测量装置如图11所示。它广泛应用于试样的近场的测量。双屏蔽盒的各个腔体分别安装一小天线用来发射和接收辐射功率。其基本的测量方法是：不加试样时接收天线所接收到的功率为P_o，加入试样后接收到的功率为P_l，则屏蔽效能：

SE＝10lg(P_o／P_l)       

该方法的优点：不需要昂贵的屏蔽室、辅助设备，测量快速简单、方便。缺点：腔体工作频率将随腔体的物理尺寸而产生谐振，并且该方法测量结果的重复性受指型弹簧支撑片的状态影响；其适用的频率范围为1—30MHZ；试样的厚度小于4mm；动态范围为50dB。　　

　

图十一、 ASTM-ES-7 双盒测试示意

　　

　

（2）改进的MIL-STD-285法

图　十二、 改进的MIL-STD-285的装置示意

如图十二所示，此法的测试基本原理同ASTM—ES—7双盒法，其优点是能较好地反映材料对近场的屏蔽效能；缺点则是要求试样与开孔有很好的密封，而试样表面电阻的变化、孔径、屏蔽室和电缆的连接、多次反射等，都会影响测量结果。其适用的频率范围为1—30MHz。

3  屏蔽室法   

屏蔽室测试法是介于远场和近场法之间的测试方法，该方法的测试原理是测试有无抗电磁辐射织物的阻挡时，接收信号装置测得的场强和功率值之差，即为屏蔽效能SE，测试装置示意如图所示：

　　　　　　　　　　　　图十三

此法测试结果较为准确，结果也受抗电磁辐射织物与屏蔽室连接处的电磁泄漏影响，但屏蔽室等设备较为昂贵，测试频率的范围为多30MHz；对织物的厚度没有太大的要求。

以上几种测试方法中的抗电磁辐射织物的屏蔽效能如表所示。这几种测试方法各有其优缺点，简单的比较见下表。

　　　　　　　　表十九　测试频率与屏蔽效能测试　

　　　　　　表二十　常见的抗电磁波织物测试方法的比较

电磁屏蔽服装是用来屏蔽电磁辐射。开发电磁屏蔽服装时要考虑的因素比较多，它不仅与制作服装的 屏蔽材料有关，还与环境中的电磁辐射源类型、离辐射源的距离、人体的特征以及电磁波的频率等因素有关。

通常抗电磁辐射织物屏蔽电磁波的频率为：几十兆赫兹到几个G赫兹。抗电磁辐射织物屏蔽效能的测试方法的选取应考虑辐射源的类型、电磁波的频率、人们实际所处的电磁场环境，以及测试方法的适用范围。

第五节、 金属丝防电磁辐射织物 

目前国内外市场上销售的防电磁辐射纺织品主要是金属丝防电磁辐射织物制成的。金属丝防电磁辐射织物具有抗静电、衰减值大、耐洗涤、耐磨、耐腐蚀、柔软、轻薄，保健等多种功能。九十年代初北京洁尔爽高科技有限公司发明了防电磁波屏蔽混纺织物，此产品是采用特殊工艺和专门技术将屏蔽金属纤维、远红外保健材料、棉纤维等有机结合在一起，反射和吸收电磁波，并发射对人体非常有益的远红外线，从而达到防护、保健功能。该产品属国内首创，处于国际领先水平，中国人民解放军卫生监测中心、北京市劳动保护研究所、总装备部航天医学工程研究部等权威单位检测证明：该产品具有优良的屏蔽性能，屏蔽效能达30dB以上，电磁辐射衰减率达96%以上，屏蔽带宽   (500KHz-6GHz），远红外辐射率大（85%以上），高效抗菌、穿着舒适、耐洗涤、强度好、防静电、透气性、柔软性好等特点，是工作、生活在电磁辐射环境人群中的理想保健产品。

屏蔽织物是由金属丝和服用纱线混编或混纺而成。金属丝主要有铜丝、镍丝和不锈钢丝。特殊场合，有的还采用镀银铜丝，屏蔽效果尚好，唯一缺陷就是织物厚、重、硬、不耐折。为了改善它的服用性，一方面，采用较细的金属丝；另一方面，把金属丝轧扁，同纱(线)并绕，来提高柔性和弹性，减少服压感。改进的金属丝混编织物，许多领域都在使用。屏蔽效能在0.15M～20GHz范围内达60dB以上。

一、 涤纶金属丝网布的织制 [15]

采用多臂多梭箱织机织制此纱罗网眼织物。经纱在织物中不是平行排列，而是绞经和地经两组经纱相邻间隔排列，并有规则地相互扭绞，使织物表面呈现清晰而有规则均匀分布的纱孔，且将金属丝在经纬向以一定的间隔均匀分布，即组成网状结构。因而，该织物不仅透气性好、自身重量轻、强度高，且金属丝的织入对织物的成衣和服用性能的影响小，尤其对特殊用途更为合适。

1、 织物的主要技术规格

涤纶金属丝网布的技术规格如表所示。

表十七　涤纶金属丝网布的技术规格

坯 布	经 向	甲经165dtex×2涤纶丝		经密		76．5根/10cm
		乙经165dtex×1涤纶丝
		丙经1/84铝丝
	纬 向	甲纬5dtex×1涤纶丝		纬密		74根/10cm
		丙经1/84铝丝
成 品	布幅		110cm		长度		80m
	经密		78根/18cm		面密度		177g/cm2
	纬密		75根/18cm		每匹重		15．6kg
	断裂 强力		经向1010N		表面电导		>11Ω
			纬向800N		隔离度		>95%(8000MHz～10000 MHz)
	撕破 强力		经向90N
			纬向80N

注：经向密度四根绞花(三根涤纶丝，一根铝丝)，以  一根计算；纬向密度两根并列(两根涤纶丝，一根铝丝)，以一根计算。该织物中含铝丝20%。

2、 织造工艺流程

3、 织制时应解决的几个问题   

a. 织物中，由于地经和绞经的运动情况不同，又因地经由两种不同原料、粗细的纱组成，织造时它们的用量是各不相同的。为了保证织造的顺利进行，故采用了三只织轴(地经、绞经和铝丝各一个织轴)织造。

b.  同一绞组的绞经和地经必须穿在同一筘齿中，否则在打纬时易切断经纱。   

c.为保证开口清晰度，减少断经，织机综框的配置应把绞经尽量放在机前(以箔座在后死心时留有适当的余隙为好)，续综与地综的间隔以留有三至四片综框为宜。   

d. 形成绞转梭口时，由于绞经和地经扭绞，绞经承受的张力较大，为了减少断经和保证梭口的清晰，织机上应附有张力调节装置，以在形成绞转梭口时送出较多的经纱，调节续经的张力。   

e. 平综时，应使地经稍高于半综顶部，以使绞经在地经之下顺利绞转。

4、织物的屏蔽效能

经测试，该织物对各种频率的微波具有下表所示的屏蔽效能，屏蔽效能以微波透过织物的透过量P₁和入射量P₂的相对值的对数(Lg)来表示，即为：

L=10Lg（P₁/P₂）

式中：L——屏蔽效能(dB)

   P₁——微波进波功率

    P₂——微波出波功率。   

表十八　　隔离度

频率（MHz）	屏蔽效能（dB）	电磁波能量屏蔽率（%）
10	20.9	99.2
100	20.5	99.0
1000	14.8	95.8
2000	12.1	92.2
5000	26.2	99.5
8000	14.6	96.7
12000	13.8	96.7

从表中数据可知，当织物的屏蔽效能为22．5dB时，相当于入射的微波通过此织物后还剩不到1％，即99％以上的能量已衰减。

由研究分析可知，屏蔽效能是考核涤纶金属丝网布的重要指标。微波频率在300MHz～30000MHz之间，其中的8500MHz～10700MHz频段用于通讯，由上表知，涤纶金属丝网布对这一频段微波的隔离度达95％以上。

5、工艺参数的影响

a.织物中金属丝的含量是决定它对电磁波的屏蔽性能的主要因素，当然，金属丝含量越高它的屏蔽效能也越高，但金属丝含量过高会使织造困难，并且还会显示出“金属手感”。一般来说，在达到使用要求的前提下，金属丝含量以小为好；此外，金属丝的含量由其在织物中的密度、粗细而定。

b.织物中其他纱线的粗细、密度、结构和分布状况，均需视织物的用途来决定。例如铝丝丝质轻且带有柔性，反射性能好，具有良好的导电性，价格低廉，且有一定的可织性。至于织物的结构，为了减轻织物的重量，又不失织物的牢度，可采用纱罗组织。所以这种网布作为海上搜救用的探知物不失为是一种最佳的选择。对于铝纤维的含量的大小，视屏蔽的要求而定。当然金属纤维的粗细在织物中的分布情况等也是很重要的。

总之，网布选用何种金属材料及其粗细和含量、织物结构等均需综合考虑其使用的场合及其性能要求、金属丝的织制难易程度、屏蔽的效果等条件确定。

二．金属丝混纺织物

为了进一步改善屏蔽织物的服用性，把金属丝抽成纤维状，同服用纤维混纺成纱，再织成布。这种屏蔽织物，所选用的金属纤维，主要是镍纤维和不锈钢纤维两种。其直径有10、8、6、5．4µm。在一般情况下，金属纤维的混合比例在5％～30％之间，如有特殊环境需要，还可低于5％，或高于30％，直到金属纤维纯纺。   

由于金属纤维具有良好的导电性、导热性和耐高温，又有较高的强度，因此，在伴随功能纤维迅速发展中，金属纤维也异军突起。目前已引起人们的高度重视，特别是直径为4µm的纤维，现已被列入新材料的行列。  

这种屏蔽织物与金属丝混编织物相比，在性能、质地上有很大改进，其物理性能同一般织物相似，手感柔软，色谱较多，但在浅色织物金属纤维会突现出来，影响色泽。虽然如此，这种屏蔽织物的数量在现有的屏蔽织物中已占到70-80%。

金属纤维虽然柔性类似于纺织纤维，但因比重大、刚性强、弹性差、摩擦系数大，抱合力较小，所以，纺制60^s以上的高支纱还有困难，至今纺制的多为21^s、 30^s 、38^s   40^s。屏蔽效能，在0．15M-3GHz范围内达15-40dB以上。

金属纤维的存在会影响双氧水的分解。温度高分解快，易损伤棉纤维，所以宜进行低温处理，应采用冷轧堆，加大稳定剂的用量，减少双氧水的用量。   

1、  艺流程：冷轧堆→水洗→预定形→烧毛→氧复漂→丝光 → 氧复漂→染色→柔软→定形

加工屏蔽布，应尽可能减少工序。湿热加工时间尽可能短，以免产生横档印。这是因为金属丝的存在，使布身较硬而没有韧性。

2、工艺条件

（A）      冷轧堆   

浓度g/l     织物 用剂		冷轧堆一步法
		涤棉织物	纯棉织物
高效渗乳剂M		8-10	12-14
氧漂稳定剂SK		11	13
NaOH(100%)		20-24	30-35
H2O2		14-16	18-20

（B）平洗

  洗去冷堆反应物，如降解浆料、烧碱、残留双氧水等，必须保持布面平整，下机织物pH值为7~8。

(C) 预定形

确保烧毛前布面平整，以免造成折皱。定形温度低于涤纶的软化点温度即可，时间20s。另外，在拉幅工序中，金属纤维的平面滑动会产生对其他纤维的剪切力，使纤维断裂脱离，花毛增多。因此在布面平整的情况下，尽可能减少拉幅。 

 定形条件  165℃×25s

 (D) 烧毛

电磁波屏蔽织物用于热高温机台的加工工序应特别注意。例如在烧毛过程中，由于金属纤维的存在，吸热升温快，温度高会造成金属丝的表面氧化，使织物变硬，破坏涤纶纤维，或将布匹打包折皱变为死皱。因此一般应采用后烧毛，使织物平整后烧毛，烧毛时火力不宜太强，采取一正一反或者二正一反，车速110~120m/min的弱烧毛，不通过刷毛箱，以免产生擦伤。

（E）丝光

烧碱浓度                220~240 g/L

丝光时间                   55~60s

布铗扩幅                 ①152-153 cm  

   三冲三吸                 

      落布pH值                    7~8

   落布门幅                 147-148 cm  

（F）氧复漂

电磁波屏蔽织物本身带有灰色色泽，很难漂白，一次漂白只能改善白度以及织物亮度，并起到进一步精练的作用，提高织物渗透性能。金属纤维的存在会影响双氧水的分解。温度高分解快，易损伤棉纤维，所以宜采用冷轧堆，应选用高效稳定剂，如JLSUN SK并加大稳定剂的用量，减少双氧水的用量。 

浓度g/e 织物 用剂	汽蒸一步法
	涤棉织物	纯棉织物
高效渗乳剂M	8-10	12-14
氧漂稳定剂SK	11	13
NaOH(100%)	13-15	17-19
H2O2	11-12	14-15

 

（G）  染色  

由于电磁屏蔽织物中存在金属纤维，加工的半制品为灰白色。采用氧漂与氯漂可获得相同的效果，故此类织物难以生产漂白及颜色鲜艳品种，产品大多是暗色系列。一般采用分散/士林染料染色或可采用分散／活性染料染色。由于高温机台易引起金属丝的氧化，使织物硬脆无韧性，影响屏蔽效果，加工过程中应尽可能减少高温和折叠堆置加工。 

（H）柔软定形

浸轧(轧余率70％—75％) →烘干→定形(165℃，20s) →成品

JLSUN  氨基硅微乳柔软剂 S-960                    20—40 g／L 

成品门幅                                  144—146 cm

3、成品各项物理指标

测试结果表明，成品布的强力、断裂伸长率、干摩牢度、湿摩牢度、皂洗牢度等各项物理指标均达到国家标准。

北京洁尔爽高科技有限公司生产的电磁波屏蔽织物中不锈钢纤维含量一般为20％，25％。经印染加工，其产品性能均达到精梳涤棉现行GB／T标准规定的一等品和优等品物理指标要求。在500KHz～6GHz频率范围内，电磁能衰减量达到30dB以上。由于电磁波屏蔽织物中含有金属，因此在其印染加工过程中，易产生过烧、定形过度、擦伤、破洞和皱条等问题。经过生产实践，我们摸索出适合的生产工艺，使一等品率达到95％以上，并达到GB8702—88《电磁辐射防护规定》中的要求。

主要织物规格为 ^： 

①  40^s／2×40^s／2  110×60 ；   63英寸  涤棉不锈钢(T60/C30／S10)线卡

②  21^s×21^s               110×58；    63英寸 涤棉不锈钢(T40／C40／S20)纱卡   

③  40^s×40^s              110×76；    63英寸  涤棉不锈钢(T55／C20／S25)府绸

第六节、织物的化学镀[7] [8]

化学镀织物是一种金属化织物，由于其导电性和可塑性，可制成电磁波屏蔽帐、帘和墙布或服装、手套和围裙等，使人们免受电磁波的伤害。

化学镀和电镀有些相似之处，因为是在水溶液中进行加工，故又称湿法。电镀是应用电流使溶液中的金属离子还原，而在被镀基材表面形成金属膜。化学镀是采用还原剂，使金属离子还原沉积形成金属膜。电镀一般适用于各种金属导体材料；而化学镀不论导体还是绝缘体均可施镀，无需整流器等电源设备，且不论被镀物的形状如何均能获得均匀镀层。化学镀根据不同镀层要求，可选择不同工艺条件。

化学镀是一种古老的镀金属工艺，其源头可追溯到古埃及制镜技术。近代的化学镀技术在塑料上应用以后才引起大家的注意；在此之后，纺织品的化学镀技术研究才逐步开展。目前，纺织品的化学镀以镀铜、镀镍和镀银为主。我国纺织品金属化采用化学镀技术也早已开始发展，据有关资料报道，系上海市纺织科学研究院在20世纪70年代就着手在选定的基布上进行化学镀银工艺的研究，之后进一步发展化学镀铜、镀镍，以及镀铜、镀银的复合工艺。

在具有相同的电磁波屏蔽效果时，与金属箔复合产品相比，化学镀金属的金属耗用量在1％以下。化学镀与真空镀和溅镀相比，具有可实现连续生产、效率高、镀层厚度容易调节、控制较简便的优点。其最大缺点是产生含重金属离子的污水，处理困难。其次，化学镀铜或镍时，过去大多数采用把贵金属作为活化促进剂，由于其价格昂贵，因此降低成本的研究已引起关注，文献上已有用银盐的介绍。

此外，在化学镀产品中，铜的导电率仅次于银，其电磁波屏蔽性能良好，但在空气中铜容易氧化而影响其耐久性。因此，一般都需要经后处理，防止其氧化。如日本三菱人造丝公司开发在涤纶纤维上化学镀铜或镍的产品（Diamex商品），为了防止金属氧化影响各项性能，最后经树脂涂层处理。由扫描电镜观察证实，该商品每根纤维上镀金属层厚度为0.06—0.15μm，在所有纤维上都覆盖了金属涂层。

化学镀金属化织物产品中，以镀铜或镀镍为最多，其中主要基材是涤纶、芳族聚酰胺、玻璃和碳素纤维。在80年代北京洁尔爽等单位开始以各种织物为基材，经化学涂层、电镀、真空镀、化学镀等技术将金属以粉末或原子、分子、离子状态，由直接或间接方式集聚于织物表面，使织物不仅能保持原来的风格，而且具有其它的一些特殊性能。织物经金属化整理后，由于具有一些特殊性能，如抗辐射性、抗静电性、导电性、电磁屏蔽性、降噪性、抗油、抗菌、对紫外线和红外线具有反射及吸收等性能。但是在研究过程也发现，金属化织物在洗涤后，各方面的性能有了明显的下降，并且生产投入大，使用成本高。因此人们开始对金属编制织物进行了研究，并且取得相当的成果。

一．化学镀的基本原理

1、反应机理

织物化学镀镍是在镍盐的水溶液中，加还原剂(如次亚磷酸盐、硼氢化合物)，使金属镍析出镀布在纤维表面上。   

关于化学镀的原理，目前尚无定论，有种种解释：1.将金属还原成原子状态，以氢为中间体的反应机理；2.氢转移机理；有电化学机理和水、金属转换机理等。但在酸性溶液中，下列反应是存在的：

NiSO₄+2NaH₂PO₂+2H₂ONi+2NaH₂PO₃+H₂↑+H₂SO₄            (1)

NaH₂PO₃+H⁺     P+NaOH+H₂O                                 (2)     

由于反应式(1)进行，使溶液中硫酸镍浓度降低和pH值下降；反应式(2)会产生磷的析出。

2、 工艺流程

脱脂→水洗→中和→水洗→催化→水洗→活化→水洗→化学镀→水洗→烘干→后处理→成品

a. 脱脂

待化学镀的织物，必须经过充分前处理，以去除油脂、污垢等杂质，使纤维表面呈多孔状。如合成纤维；则其表面尚需粗糙化处理(如涤纶的碱减量处理)，以提高镀层与基材的紧密附着牢度。因化学镀只是金属与被镀基材之间的物理结合，故称锚固效果。

b. 催化处理   

将织物浸入催化剂溶液(如氯化亚锡等)，并使每根纤维都能均匀吸附．为活化处理奠定良好的基础，作为以后化学镀析出金属的核心。

c.  活化   

一般是加入促进剂〔活化剂〕如氯化银等贵金属的溶液处理，与纤维上的氯化亚锡反应，使氯化物还原成微粒吸附在纤维表面。活化处理后的水洗要妥善控制，水洗不足，活化溶液带入化学镀液会引起自然分解；水洗过分，部分促进剂被洗去，给化学镀造成困难、或使镀层不匀。其主要反应为:

      Sn²  +  →  Sn⁴⁺  +  2e                          (3)

      Pd²⁺  + 2e  →  Pd                             (4)  

d. 化学镀

化学镀溶液由金属盐、还原剂、络合剂、缓冲剂和稳定剂等组成，其还原反应是由还原剂将金属离子还原成金属原子或分子沉积在纤维表面，而原先吸附在纤维上的贵金属(如反应式(4)所示则起催化作用，从而形成金属膜。今以镀铜为例简述如下：

化学镀铜溶液中，甲醛为还原剂，二价铜离子被反应为金属铜，而甲醛自身则氧化为甲酸根，其反应式为:

Cu²⁺ +  HCHO + OH^-→Cu + HCOO^- + 2H₂O                   (5)

反应式(5)不是自动催化的，即生成的铜不具催化作用，而由贵金属的催化，还有另一反应式为：

HCHO + OH^-  HCOO^- + H₂↑                   (6)

反应式（5）和（6）相加即得

          Cu²⁺ +  2HCHO + 4OH^-→Cu + 2HCOO^- + 2H₂O + H₂↑             （7）

反应式（7）是自动催化反应，即在贵金属催化引发下，反应生成铜的沉积能继续自动催化反应下去。由此可认为，在化学镀过程中，反应式（5）和(7)同时存在，以反应式(7)占优势而已。

在化学镀过程中，一是要保持镀铜溶液的稳定性；二是要控制好铜的析出速度。所以，优化化学镀溶液的组成和严格掌握化学镀的工艺技术条件是至关重要的。所用化学品纯度、水的含杂等的影响也不容忽视。

据称，由化学镀生产的金属化涤纶短纤维，其每根纤维上金属镀层厚度一般为0.01—0.5μm，以0.2—0.3μm厚度为主。如果说换算成薄型织物(如巴里纱之类)，则以每平方米，镀铜约为30 g，镀镍为6g，化学镀可根据不同用途要求，改变工艺控制以获得所需的金属镀层厚度。

二．化学镀织物分类  

1、 镀银织物

20世纪70年代初，利用古老的“银镜反应”技术，研制成了化学镀银织物。该织物质地轻薄，柔软透气，耐蚀抗菌，屏蔽电磁波安全可靠。这种屏蔽织物很快就被广泛用于防电磁辐射领域。   

在织物上化学镀银，是用甲醛或还原糖与银氨络盐进行氧化—还原反应，在织物表面沉积一层白银。化学镀银不是自催化反应，一次施镀，仅能镀一薄层。如果镀层厚度不够，性能达不到要求，可以反复施镀几次，直到满足要求。化学镀银织物的屏蔽效能，在0．15M～20GHz范围内，达60dB以上。

2、 化学镀铜织物[9]

由于镀银织物昂贵，不能满足广大市场的需要，取代镀银织物势在必行。   

化学镀铜和化学镀银截然不同，它是自催化反应。反应一旦开始，就会无休止地进行下去。可利用反应时间和反应速度，来控制所需要镀层的厚度和镀层的性能。

化学镀铜的主要难点是：

a. 镀浴的稳定性不好，这是由于二价铜离子被还原成为零价铜时，中间要经过一个转化一价铜离子的过程。一旦控制不当，就会出现亚铜粒子，造成镀浴分解。影响镀铜层质量的因素较多，既与铜离子的浓度、络合剂的配伍、还原剂的种类和用量、pH值的高低有关，又与反应温度、稳定性的种类和添加量等有关。

b.镀层和织物的结合牢度较差，必须借助树脂涂层加以保护。镀铜织物手感较硬、易折皱、不透气，服用性能不好。镀铜织物的屏蔽效能，在0．15M～20GHz范围内，达50 dB。由于化学镀铜织物的性能和化学镀银织物相似，并且价廉物美，很快就取代了化学镀银织物。

（1）化学镀铜工艺探讨   

实验采用经过练漂前处理的涤／棉混纺(T65/C35 40×40 110×76漂白府绸 ，40×40 110×90 纯棉漂白府绸和锦纶长丝织物。          

工艺流程如下所示：织物前处理→敏化→活化→镀铜→后处理。

a. 敏化

　                表七　　敏化工艺

棉织物	工艺处方	碱性敏化液： 二氯化锡100g／L   锡粒少量 酒石酸钾钠175g／L 苛性钠  100g／1
	工艺条件	浴比：1：10   温度：常温    时间：  10分钟 织物敏化处理后，先用冷流水循环，再用去离子水或蒸馏水洗净
合纤织物	工艺处方	酸性敏化液： 二氯化锡10g／L 锡粒少量 浓盐酸（37%）40ml/l
	工艺条件	浴比：1：10 温度：常温 时间： 10分钟 敏化处理过程与棉织物敏化工艺相同。

　　　　　　

b .活化

处方：硝酸银2—5g／L

浓氨水  适量

操作：将浓氨水逐滴加入硝酸银溶液中，至沉淀消失，整个溶液呈透明，即可使用。

工艺条件 ：

浴比：   1： 10

温度：  常温 

时间：  5分钟；

操作: 活化处理后，先用冷流水洗去活化液，再用稀甲醛液浸泡甲醛(37％)：水＝l: 9，浴比1:10，室温浸泡1分钟，然后用水充分洗净，以防止活化液带入镀铜液中。

C. 化学镀铜及镀后处理

镀铜液处方：

     甲液：

硫酸铜12g／L    硝酸镍4g／L    甲醛(37％)53mL／L

乙液: 

酒石酸钾钠45.5 g／L   苛性钠  9g／L    碳酸钠  4.2 g／L    表面活性剂AS 0.05％

选取甲液一份 与乙液三份配合使用。

镀铜操作：已活化处理的织物按下列工艺条件进行镀铜。

浴比：  1：10   

温度：分别在30℃处理织物。   

时间：根据金属铜在不同温度时的沉积量掌握，镀铜完毕，洗去织物上残留的镀铜液，脱水后在0．5％葡萄糖液中浸渍片刻后干燥，以防止织物上镀铜层在空气中迅速氧化。为提高镀层的耐洗性和耐氧化性，将镀铜织物在聚氨酯溶液中浸轧、干燥，使织物表面获得一层匀薄的树脂膜。

(2) 影响化学镀铜的因素

a．镀液内化学药剂浓度的影响

镀液内起主要反应的化学药剂为铜化物及甲醛，表达该反应速度的化学方程式如下：

上述反应为二级反应，增加其中任一物质浓度，均可加快氧化—还原反应速度。但反应过快则导致金属铜析出过快，所以应严格按照工艺配方执行.

b. 温度的影响

化学反应中，反应的温度每升高l0℃，分子碰撞频率增加约2％，某些普通分子在增加反应温度时，可获得能量成为活化分子，从而增大了活化分子的百分数，大大加快了反应速度。一般地说，在一定条件下，温度上升10℃，反应速度增加2—3倍。

c. 镀液pH值的影响   

当镀液pH＞13时，部分甲醛将发生歧化反应，降低了还原性、增加了甲醛的消耗。 在镀液中加入适量碳酸钠，可以保持镀液pH值相对稳定。

3、 化学镀镍织物        

由于化学镀铜织物美中不足的是耐蚀性较差，尤其是在潮湿的海洋性气候条件下使用，很容易被腐蚀而失效。因此，化学镀镍织物，也就随化学镀铜织物之后出现了。以往的化学镀镍浴，都是在高温、酸性条件下施镀。所得镀层中含磷较高，镀层较硬，不适合在织物上施镀，工艺条件必须改变。对织物施镀，一定要在碱性、低温条件下，才能获得低磷(3％)的镀层织物。

化学镀镍和化学镀铜一样，都是自催化反应。在织物表面获得的镀层，不是纯镍，而是镍磷合金。含磷量的多少，不仅影响织物的手感，还会影响电磁性能。所以，如何控制镀层内的含磷量是至关重要的。

化学镀镍浴，虽然比化学镀铜浴稳定，便于操作。但是，改为低温、碱性和低磷后，要想获得理想的镀镍织物，也并非易事。一定要严格控制镍离子和还原剂的重量比、pH值的范围、络合剂配伍、温度波动，还要添加适量的稳定剂，才能达到理想的效果。镀镍织物的屏蔽效能，在0．15M——20GHz范围内可达40-60dB以上。

（1）锦纶织物的镀镍工艺[10] [11]

实验选用尼龙织物为待镀织物，经表面粗化、胶体钯溶液活化及解胶处理后，在下列镀液组成和工艺条件下进行化学镀镍。

NiCl₂·6H₂O                         20-40 g／L       

NaH₂P0₂·H₂O                        10-25  g／L       

NH₄Cl                               50    g／L       

Na₃C₆H₆0₇·2H₂O                       40    g／L       

ST—2稳定剂                           20    ml／L

pH                                    3-10

T₁                                   30-60 ℃

a. 镀层组成对镀镍织物导电性能的影响   

镀镍织物的导电性能与许多因素有关，如镀层厚度、镍的纯度及织物的结构等。织物在一定的条件下，随着镀层厚度的增加，镀镍织物的导电性提高，但过厚的镀层使织物柔软性降低，影响其使用效果。因此，在适当提高镀层厚度的同时还应注意织物的柔软性。镀层厚度相同时镀镍织物导电性能与镀层组成的关系是随着镀层含磷量的增加，电阻值增大，镀镍织物导电性下降，这也可从镀层电阻率与镀层含磷量成正比的关系得到反映。因此，为了提高镀镍织物的导电性能，应控制工艺条件，获得含磷量较低的镍镀层。

b.镀镍织物导电性能与其电磁屏蔽效果的关系

当镀镍织物用于电磁屏蔽时．其屏蔽效果的大小可用下式表示：

S=20lg（E₀/E₁）·（dB）

式中：S ：   电磁屏蔽效果

      E₀ ：E₀   电磁干扰源场强 (μV／m)

E₁： E_l    施加屏蔽后测得的场强 (μV／m)

对于纺织材料的屏蔽效果。通常需经实测才能获得，然而可以通过电磁屏蔽理论定性地分析影响屏蔽效果的因素，从而找到提高屏蔽效果的途径。

根据Schelkunoff理论，一般金属体被电磁波辐射时，电磁屏蔽效果可用下式表示：

    S  ＝ A + B + M

式中：A  吸收损失

B  反射损失

M  多重反射损失

从电磁学的有关知识，可以推出吸收损失、反射损失、多重反射损失的计算公式，其中吸收损失的计算公式为：

A=131.4t（Gfμr）^0.5（dB）

式中：  t   金属层厚度

G   以铜为基准的相对电导率

f   电磁波频率

μr  以铜为基准的相对磁导率

从吸收损失的计算公式可知，镀层电导率和磁导率以及镀层厚度的增加，都有利于加强对电磁波的吸收效果，被屏蔽电磁波频率的增加也使吸收损失增大。镀层电导率的增加还有利于提高对电磁波的反射效果。除了镀层性质对电磁屏蔽效果产生影响外，对于编织材料，屏蔽效果还与其编织结构有关，通常网孔越细，纱线越粗，屏蔽效果越大。总之，对于一定的织物来说，镀层导电性能的改善和镀层厚度的增加，有利于提高其屏蔽效果。

c. 镀层含磷量及厚度对镀镍织物力学性能的影响

通过对镀镍织物进行拉伸试验。得到镀镍织物在不同镀层厚度和含磷量时的最大拉力和延伸率如下:

      表八　镀层含磷量及厚度对镀镍织物力学性能影响

厚度 mg/cm2	含磷量 %	断裂强度 N/cm2	断裂延伸率 %
0	0	145	16
5.0	3.1	165	12
5.0	3.5	163	10
5.0	4.5	163	7
5.5	4.0	172	6.2
7.5	3.5	199	4.0
5.5	4.5	196	3.5

从表中数据可见，织物经化学镀镍后，其断裂强度随镀层厚度的增加而提高，而镀层含磷量对其影响较小。镀镍织物的延伸率不仅受镍层厚度的影响，而且还与镀层中磷含量有关。镀层对织物力学性能的影响也可从拉伸试验的记录表上得到反映，当没有镍层时，随着拉力的增加，试样长度的变化较大。观察拉伸试验后样品的断口，发现织物中每根纱线断裂的位置是随机的，断口呈现不规则形状，说明织物的结点较为松散，在拉伸试验时．每根纱线都承受一定的拉力，它们之间的相互影响较小。但织物经化学镀镍后，镀层不仅覆盖着每根纤维的表面，而且对织物结点的固定也产生了一定的作用，使纱线之间的影响有所加强。在拉伸试验后，纱线的断口位置较为集中，在拉伸试验曲线上表现为拉力逐渐增加时．试样长度变化较小。

镀层中磷含量的降低，有利于改善镀镍织物的导电性能。提高其电磁屏蔽效果。镀层含磷量的增加对其强度影响较小，而使延伸率有所降低。 随着镀镍层的加厚．织物强度得到提高而延伸率受到影响。

（2）涤纶织物的镀镍工艺

a.工艺流程

碱减量→ 敏化  →水洗→活化→水洗→镀镍→水洗→烘干→回潮→称重→计算减量率。

光泽用SC—80A型色差色牢度仪测定亮度；均匀性用SC—80A型色差色牢度仪测定AE，再换算成级数；电镜分析用DXs—10A型扫描电子显微镜拍摄镀镍织物的表面。

b. 工艺参数对产品性能的影响

  碱减量时间对织物减量率的影响； 取四种不同厚度退浆后的涤纶平纹织物，用同一碱减量工艺处理，所得结果见图。

                                    注：ρ为织物面密度

　　　　　　　图六　碱减量时间对织物减量率的影响

如图所示：四种织物的减量率均随碱减量时间的增加而增加，但当碱减量时间为90min时，面密度为78g／m²的涤纶织物已经开叉，因此碱减量时间不宜过长，即减量率不宜过高。

织物的减量率对镀镍增重率的影响

为了分析涤纶织物的减量率对镀镍增重率的影响，将具有不同减量率的涤纶织物用同一镀镍工艺处理，其增重结果见图七。

涤纶织物的增重率随减量率的增加而增加。这是由于随着减量率的增加，涤纶织物表面凹坑加深，为金属镍粒子的沉积提供较多的机会和位置。当织物的减量率为20％时，其增重率约在20％～30％；减量率为30％时，增重率约在25％～34%。

注：ρ为织物面密度

　　　　　　　　　图七　织物的减量率对镀镍增重率的影响

织物的镀镍增重率对导电性的影响

为了证实增重率与导电性的关系，分别测试了4种织物（增重率在18%-30%）的电阻，结果见表

表九　　　增重率与导电性的关系

织物1		织物2		织物3		织物4
增重率 （%）	电阻 （Ω）	增重率 （%）	电阻 （Ω）	增重率 （%）	电阻 （Ω）	增重率 （%）	电阻 （Ω）
18.76	1.75	20.49	1.60	18.76	1.00	21.02	1.38
20.62	1.55	23.58	1.58	19.15	0.75	24.04	1.33
24.77	1.38	26.79	1.38	24.22	1.15	26.10	1.13
29.92	1.10	28.35	1.45	30.07	0.95	27.88	1.05

从表可见：当涤纶镀镍织物的增重率在18％—30％，其电阻随增重率的增加略有减小，但变化不大(在0．7Ω-0.8Ω之间)。这是因为镀镍织物上形成的是镍—磷合金层，但其导电性是由镀层中的镍来完成的。随着镀镍反应的进行，织物的增重率增加而镀层中的镍含量未成比例增加，使织物的电阻变化不大。由于表中的电阻均能满足电磁波屏蔽要求，又因增重率大于25％时既耗药品成本又高，且织物手感太硬，故将增重率应控制在25％以内。

退浆后未经碱减量处理的镀镍涤纶织物的纤维直径较大，即表面积较大，电子可在导体表层流动。经过碱减量处理的涤纶纤维随着表面凹坑增多而提高增重率，但因镍的增量未随增重率而成比例地增加，故与仅退浆的涤纶镀镍织物的电阻相差不多。

碱减量对于防电磁波织物性能的影响

减量率较低对均匀度有利，如减量率在17％以下的均匀度都为4级。这是因为此时纤维表面的凹坑较浅，故使镀层较为均匀。当减量率大于19％后，纤维表面出现大量较深凹坑，镀镍后虽形成较厚的连续镀层，但镀层表面仍凹凸不平，故使镀镍织物的均匀度降低，测定亮度可以反映织物的外观。随着减量率的提高，织物的亮度有所降低，其原因与均匀度相同。

总之，随着涤纶织物的减量率增大，镀镍的增重率增加，导电性有所降低，但幅度不大，且均匀度和亮度降低。综合织物的减量率与均匀度、亮度的关系，建议将电磁波屏蔽织物的减量率控制在7％～18％。

4、复合镀金属织物

复合镀金属织物又称合金镀层织物，它是近年来才开发出的，其目的是为了提高化学镀织物的综合性能，取长补短、节约原材料、满足市场需要。铁的消磁性好，银的导电性好，钴具有铁磁性，又有较好的光亮度等。现今织物上的合金镀层，主要有锡、铜、铁、镍、银、磷、钴等。还可根据环境和用户的要求，进行金属种类和含量的选择。例如，银—铜复合镀层，既能节约昂贵的白银，又能满足市场，此工艺现已工业化。还有铜—镍复合镀层，铜导电性好，不耐蚀，镍耐蚀，又有铁磁性，而导电性不如铜，两者复合，优势互补。所以，复合镀层织物，具有独特的优点，发展非常迅速，应用领域日渐扩大。今后很有可能取代单一金属镀层织物。

(1)铜镍复合镀织物

涤纶织物经碱减量粗糙化处理后，再经敏化和活化处理，然后在银盐催化下，镀铜液中铜离子在银的催化作用和还原剂作用下，沉积在织物表面外；然后，在镀镍液中镍离子在铜的催化作用下，重新在铜层上形成镍层。

a. 工艺条件

镀铜：   水合硫酸铜，            15   g/L

         EDTA                    25   g/L

         甲醛                     10   mL /L

         聚乙二醇                 5    mL /L

         pH值                     12.5

         温度                     60  ℃

         时间                     5   min

         浴比                      1：100

镀镍：   水合硫酸铜                22 g/L

         柠檬酸钠                  30 g/L 

         次亚磷酸二钠氢             20   mL /L 

         硼砂                        5   mL /L

         PH值                           10

         温度                         60  ℃  

         时间                         10  min

         浴比                         1：100

b. 工艺参数对产品性能的影响

经化学镀后，由于碱减量粗糙化处理，断裂强力有所下降，但化学镀后强力上升到400 N以上，但透气度稍有下降，其柔软性和悬垂性基本无变化。

铜镍复合镀与镀铜的导电性和织物上金属镀量成正比，当织物上金属含量达4.8％以上时，织物表面已基本建立了连续的金属膜，织物的表面电阻迅速下降，其质量比电阻为10^-2Ω·g／cm²；当金属量达12.5％时，表面电阻下降趋于平缓；当金属量为16％时，镀铜与铜镍复合镀的表面电阻已趋稳定。

铜镍复合镀织物的耐磨性和耐洗性高于镀铜织物，表面铜镍复合镀的镀层结合牢度良好，稳定性也有较大的提高。

（2）化学镀铁磁体织物 

因为接触低频磁场的人多，对低频磁场的危害，目前已引起重视。我们目前生活中，所使用的工频(50Hz／60Hz)电器，即属于这个范畴。上世纪70年代初，原苏联学者，首先报道了暴露在低频电磁场的人员，会出现中枢神经系统、心血管系统的功能紊乱，并且还会影响肌体的多个系统，其中包括内分泌系统。   

铁、钴、镍以及它们的合金，是良好磁导体，能有效的磁场屏蔽材料，设法把它们镀在织物上，制成磁场屏蔽织物，目前是非常必要的，很有现实意义和经济价值。这种镀层织物，现在国内外还处于试验室阶段。

第七节．涂层、真空镀、溅镀涂层和硫化铜防电磁辐射织物[13]

一、 涂层防电磁辐射织物 [7] [14]

1、金属化涂层

用涂层整理技术使织物金属化，是在涂层整理剂中添加一定的金属粉末(片状)。通常用的铝粉为片状，它在涂层浆中的含量可高达50％以上，经涂布后，能使织物表面产生铝的光泽。一般情况下，任何一种织物都可以作为金属化织物的基布。不同的基布可以来用不同的涂层工艺，最简单的是直接涂层工艺。一次涂布还是多次涂布，可视产品质量要求而定。如基布对张力敏感(如针织品)，则应采用转移涂层工艺。为保持金属光泽，尤其是铝、铜等易于氧化变色，最后应在表面涂一薄层，并且以透明性极好的涂层剂作为保护层。   

涂层法生产的金属化织物，其金属光泽不如层压整理的好，但它有很好的粘结性、挠曲性、耐磨性和耐化学药品性，这些取决于涂层剂的性能、涂层工艺的技术条件。

涂层法金属化织物视产品的使用温度，其基布可分成如下几种：一般用途的产品，其基布是棉、涤棉、高湿模量粘胶、锦纶和涤纶等，使用温度较高的产品，可用玻璃纤维，Kevar等芳族聚酰胺为基布。当然，涂层剂也要选用相应耐高温的品种。这类金属化织物主要用途是用于热辐射屏蔽材料、烫衣板面料、高温管道包扎、绝热防护服以及热气球等。

若在涂层法金属化织物的涂层上再植入紧密排列的高折射率玻璃微珠，以金属层(如铝)为反射层，可制成高亮度的反光织物，用作安全防护材料。在黑夜可以增加汽车前灯、火光或探照灯光的反射强度，使佩带此材料的人员或目标易于被觉察，从而减少事故发生或方便组织救援等。

金属光泽要求高的产品，一般是用由真空镀或溅镀的金属薄膜与织物层压加工制成。根据用途和特性要求，所用薄膜通常是涤纶薄膜，也可以是聚乙烯或聚酰胺薄膜。金属则以铝为主，其价格便宜，加工方便。为防止铝在空气中氧化变色，大多要进行表面保护性涂层处理。

    层压用的镀金属涤纶薄膜，其厚度为l／4～1／2mm，而其中金属沉积厚度小于l mm。透光率可达75％一85％，金属沉积厚度可根据最终用途而定。镀金属涤纶薄膜可与任何基布层压，如机织物、针织物和无纺布。其纤维也包括高科技的芳族聚酰胺、碳素纤维和聚苯并咪唑纤维等。

层压生产的金属化产品大量用于生产墙纸、装潢标签、汽车装饰及太阳能控制薄膜。近年来又在食品的微波加热包装材料方面找到了新的应用领域。   

另一种常见的金属化方法，是将转移镀金属薄膜，经热(压)转移到织物上，其过程如图所示。

　　　　　　　 图八　转移镀金属薄膜流程

据称，利用转移镀金属化生产的产品具有良好的坚牢度，可以开发各种色泽的金属光泽的时尚面料，且透气性和保湿(保冷)效果良好。

2、纳米管状聚苯胺织物涂层

聚苯胺是一种导电高聚物材料，因为其具有优异的易掺杂、易制备及导电性和环境稳定性高等特性，在许多领域都得到广泛研究和应用。利用不同制备方法得到的聚苯胺的形态并不相同，且存在非常大的差异。在一般条件下合成的聚苯胺为球型颗粒，呈不规则、多分散团聚体结构。Vincent等人利用各类水溶性的聚合物如聚乙烯甲醚、聚乙烯醇、甲基纤维素为稳定剂合成出米粒状、面条状的聚苯胺。Yang C Y等人利用十二烷基苯磺酸纳（DBSA）作为乳化剂和掺杂剂，通过乳液聚合合成了纤维状的聚苯胺。人们尤为关注的是管状的聚苯胺的合成，因为一维结构使其分子具有“类似金属”的导电性能，并且因为克服了金属岛的结构缺陷，使得材料的导电性能大大提高。同时该材料对微波具有较强的吸收和屏蔽作用。因此，在电磁波屏蔽材料的应用方面具有广泛的前景。

为积极开发具有导电、抗电磁波功能的纺织产品，近年来有关科研单位开展了一系列相关的研究工作。在前期研究中，通过对碳纳米管进行的纯化和化学切割实验形成开口状态碳纳米管，利用开口碳纳米管作为摸板与苯胺单体混合，并进行氧化聚合形成纳米管状的聚苯胺。利用合成的聚苯胺-钠米管复合材料，通过对普通无定形聚苯胺、掺杂碳纳米管、有机粘合剂、整理材料用量等因数进行MINI-TAB优化工艺实验，形成性能优异的导电、抗电磁波整理剂，将该整理剂应用于导电、抗电磁波织物的涂层整理，取得良好的应用效果。

（1）．导电涂层整理材料性状

钠米管状聚苯胺为墨绿色膏状物，微观形态为管状结构，内径为3-20nm，外径为30-40nm ；普通盐酸掺杂聚苯胺为紫绿色膏状物，微观形态为无定形态；多壁碳纳米管（MWCNT）为黑色粉末，微观形态为碳原子石墨层卷曲的多层管状结构，内径为2-30nm，外径为5-60 nm；聚丙烯酸酯粘合剂采用CIBA精化有限公司的DICRYLAN GF；整理剂的配置均采用去离子水。

（2）．加工过程

a）工艺流程：

采用涤纶织物进行涂层整理，整理的工艺流程为：涤纶织物→涂层整理剂稀释→喷压→涂层→烘干→焙烘→导电、抗微波织物

b) 工艺配方：  纳米管状聚苯胺        30%

                碳纳米管              6%

                丙烯酸酯粘合剂        30%

                去离子水              34%

取一定量纳米管状聚苯胺、普通盐酸掺杂聚苯胺、粘合剂及掺杂剂，与确定质量的去离子水混合，经超声波分散处理形成涂层整理剂。然后按确定的整理剂用量进行织物涂层处理，对织物进行烘干后，进行焙烘过程。

（3）.涂层织物性能测试

将涂层后的织物在恒温恒湿（20℃，65%）的条件下静置48h，进行织物表面比电阻测试。

a）织物表面比电阻  用质量200g的2个特制铜电极，电极的长度为L（cm）,将电极放置在织物的表面，两电极间的距离为W（cm），利用SUNWA YX-960TR 万用电表测出电阻R。则可计算出织物的表面电阻ρ，ρ=RL/W。ρ为导电织物表面的宽度和长度都为1cm时的电阻（Ω）。

b) 织物微波屏蔽效能SE  电磁波测试采用HELETT PACKKATRD Agilent S-Parameter NETWORK Analyzer 8720ES 网络分析仪，测试波导管传输线采用的微波波段为250-2650MHz。

SE = 20 X lg|E₀ / E₁|

=20 X lg|H₀ / H₁|

=10 X lg|W₀ / W₁|  (dB)

式中：E_0，H_0，W₀ 和 E_1，H_1，W₁ 分别为通过织物前后（入射和透过）的电场、磁场、电磁场。

（4）．影响涂层织物导电性的有关因素

a）聚苯胺材料对织物导电性的影响  通过试验可见，聚苯胺是影响最为显著的因素，聚苯胺材料用量选择尤为重要。通过试验测试纳米管状聚苯胺在相同用量条件下，表面比电阻是普通盐酸掺杂聚苯胺的10%，说明由于克服了岛结构的缺陷，纳米管状聚苯胺在应用于织物导电整理时，具有显著的优越性。纳米管状聚苯胺的最佳用量为        30%左右。

b）掺杂剂 CNT 用量对表面比电阻的影响   通过实验发现无论采用纳米管状聚苯胺，还是普通盐酸掺杂聚苯胺，添加只有聚苯胺质量的5%碳纳米管作为掺杂剂时，涂层织物的表面比电阻将提高200%左右，其原因因为碳纳米管材料在混合涂层材料中，与聚苯胺分子间形成了良好的共轭结构，有利与电子的输送。这对于实现在低用量条件下达到优异导电性能具有重要的应用意义。掺杂剂 CNT的用量在所选水平范围内，对表面比电阻的影响次于聚苯胺材料，但它与聚苯胺的交互影响因子显然不容忽略。所以碳纳米管用量应在6%左右。

c）粘合剂用量对表面比电阻的影响   粘合剂用量对涂层材料的附着牢度及耐洗性能会产生决定性的影响采用的粘合剂通常为高分子材料，材料交联固化后几乎不导电，因此从理论上讲粘合剂用量增大，涂层织物的表面比电阻就会增大。但如果选用粘合剂用量较低，对整体涂层材料的导电性不会产生明显的影响。但为了保证导电材料与纤维的附着性能，粘合剂用量应在基本保证整体涂层材料的导电性的前提下，适当增加用量。丙烯酸酯粘合剂用量应在30%左右。

d）整理剂用量对表面比电阻的影响   整理剂对织物用量以及它与聚苯胺的交互作用因子对涂层织物的表面比电阻均会产生较显著的影响。钠米管状聚苯胺材料用量增加200%时，表面比电阻降低到30%，而普通盐酸掺杂的聚苯胺用量增加200%时，表面比电阻降低了50%，说明不同材料间的导电机制并不完全相同。

采用目前生产中常规使用的整理设备和工艺条件，整理后的织物的导电性能可以达到，最佳表面比电阻为16Ω，微波段电磁波屏蔽率为48dB。

二、 真空镀防电磁辐射织物

真空镀膜技术是20世纪初期开发的，最初将金属沉积在玻璃纸上、用于礼品包装。随着科学技术的发展，真空镀膜成本逐步降低，结合精密控制金属沉积厚度新技术的开发，为它在推广应用方面奠定了良好的基础。

真空镀技术的特征：

(1)    利用真空的压差产生物理能量(易于蒸发)；   

(2)    在真空中，释放的金属原子的飞行距离增大(在真空中，减少了释放的金属原子与气体分子碰撞的能量损失)。当真空容器内的压力P(Torr)与气体原子或分子的平均自由行程λ(cm)之间的关系为λ＝10²／P。如果压力为10Torr，则λ约为10 m。即从标靶飞出的金属原子或分子，在与容器的气体碰撞后，能飞行10 m；   

(3)    释放出的金属原子不与气体分子碰撞，从而防止产生化学反应(与空气碰撞会产生氧化或氮化)。  

(4)    保持被镀物体表面洁净，可改善金属原子与纤维的附着牢度。

      图九　真空镀膜装置中蒸发室截图示意

真空镀的金属膜比最薄的金属箔要薄得多，如真空镀铝层的厚度仅为0.04-0.05μm。如果要求较高的导电性和反射率或不透光性，可提高真空镀金属层的沉积厚度。通常以镀铝为多。若要更高的导电性或耐腐蚀性，可以镀银或镀其他金属。

真空镀金属织物一般由基布底涂、真空镀铝和表涂组成。若基布含有一定水分，会使真空度下降，经防湿处理或底涂后，还可以增加金属沉积附着牢度。真空镀铝在高真空条件下进行，属物理金属沉积，而在表涂中则可添加着色涂料可增加彩色效果，还可防止镀铝层氧化和提高耐化学药品性能。另外，表面涂层如要进行印花，则其涂层剂品种要注意选择。   

真空镀铝织物的纤维表面附着的铝层是极薄的，其光泽耐久性和附着牢度是质量的重要问题。由真空镀膜技术生产的金属化织物，不论是再经层压或是金属直接沉积在织物上的产品，在国外主要用于百页窗帘、各种电磁波屏蔽产品、防熔融金属飞溅的防护服、墙纸、消防和化学领域的防护服、食品输送袋、包装料、游泳池和游乐场凉棚、充气结构薄膜、农用遮光罩、反射性地面覆盖物以及绝热材料和建筑材料、防晒布(如遮光外套和服装内衬)、装饰织物、商标、气球和压敏胶标签等。

三、  溅镀防电磁辐射织物

在高科技应用开发中，真空技术水平的提高和应用领域的扩大是人所共知的。其中半导体工业迅猛发展，就是与高真空技术的应用直接相关，而金属、机械加工、玻璃和胶卷等工业生产中的表面处理，也是离不开高真空技术的应用，并促使真空技术由高真空向超高真空和极高真空水平发展。

真空是指容器中的压力比周围大气压低的程度。其分级为：低真空技术(～1Ｔｏｒｒ)、中真空技术(10^－１～10^－４Ｔｏｒｒ)、高真空技术(10^－４～10^－７Ｔｏｒｒ)、超高真空技术(10^－７～10^－１４Torr)和极高真空技术(10^－１４以上Ｔｏｒｒ)。

在染整生产中的真空干燥和真空脱水、只是低真空水平而已，即使是低温等离子体技术也是在中、低真空条件下实现的．而金属的溅镀只有在高真空条件下才能实现。

1、 溅镀处理   

织物溅镀可在直流二级溅镀装置中进行。先将装置内压力抽至５×10^－6～5×10^－5Ｔorr，然后在真空装置内注入少量氩气(惰性气体)，使其真空度达０．1—０．０１Ｔorr范围。通电流使两极之间的直流电流和电压调节至100—1000V和10—200A范围，此时两极间会放电，使氩气形成正离子(Aｒ^＋)作为电子载体，由阳极向阴极上的金属标靶表面飞行。由于金属标靶表面的垂直磁场作用，使电子呈现摆线状高速旋转加速，当与阴极上金属标靶碰撞，由Aｒ^＋的碰撞能使金属标靶表面的金属以原子(或分子)状态溅涂附着在织物表面上。

　　　　　　图十　溅镀加工装置示意图

  　众所周知，金属原子(或分子)的结晶能在5ｅＶ左右，而在溅镀中，Ar^4＋的碰撞能≥l０ｅＶ。由此可知，金属在织物上附着牢度，要比真空镀好，调节金属膜厚度方便，但其成膜速度较慢。若抽真空后，注入反应性气体(如N_２)，则金属标靶将释放出原子(或分子)与反应性气体反应，形成陶瓷膜，又称反应溅镀。

溅镀除用直流方式外，还有高频(RF)和磁控管(MG)等方式。不同方式运作的真空度要求稍有差异。

　　　　　　　　表十　不同溅镀方式

方式	工作真空度，Ｐａ
直流（ＤＣ）溅镀	二级　１０～１０－１ 三级１０－１～１０－２ 四级１０－１～１０－２
高频（ＲＦ）溅镀	～１０－１
磁控管（ＭＧ）溅镀	～１０－１
溅镀枪（Ｓ枪）	～１０－１
离子轴溅镀	１０－１～１０－２

溅镀时，不同金属标靶使被镀制品获得不同性能，按用途归纳如下：

表面硬度  TiX，C r，TiC，W

装饰性  TiN，Al，Cr，Au，NiCr

电气性  Au，Cu，Cr，Ag，Pd，…

光学性  SiO₂，TiO₂，Al₂O₃，TiX,Al, …

耐腐蚀性  Cr，Ｔa，Ti，Zn

2、溅镀处理中有关问题

A．纤维种类的影响   

对涤纶、棉和粘胶纤维三种织物，采用磁控管（MG）和高频（RF）两种方式溅镀铝和铜的试验表明，涤纶织物易于溅镀，且磁控管方式比高频方式更适宜。在棉和粘胶织物溅镀后，镀铝的呈灰色，而镀铜的变成青铜色，表示均有金属光泽消失现象。这可能与纤维的标准含湿率有关。涤纶纤维的标准含湿率为0.4％，棉为8％，粘胶纤维为11％；在真空放电时会受到水分子的干扰。其实，这一现象早就被指出，耐热性低和含亲水基团的纤维会影响镀膜。此外，纤维中产生的气体，以及氩气中含不纯物，也会影响成膜。

B． 收缩与泛黄问题   

溅镀时，真空度与收缩率的关系是，MG溅镀时。真空度在1～7×10^－３Ｔorr范围，对收缩率几乎无影响，在真空度较高的情况，对泛黄影响甚小，可认为最适宜的真空度为1～3×10^－３Ｔorr；RF溅镀时、对收缩率最适宜的真空度为7×10^－３Ｔorr，且不会泛黄。

MG溅镀时间为5min，收缩率和泛黄度均良好。

RF溅镀时，电流功率与真空度对涤纶织物收缩率和泛黄度的影响，与热能有关。其基质表面温度据测定可高达200℃，这是金属标靶发出的热辐射及其受电子轰击所产生的热量所致，而涤纶纤维的软化点和熔融温度较低。

C．各种金属的成膜速度

根据铝、铜和不锈钢(ＳＵＳ)的成膜厚度与溅镀时间，可计算出其成膜速度。镀铝时，MG溅镀的成膜速度比RF溅镀快。在高真空度中RF溅镀会收缩和泛黄；而真空度为l×10^－３Ｔorr MG溅镀处理，可提高成膜速度，纤维损伤也较小。

            

表十一　各种溅镀处理条件的成膜速度

试样	真空度，Ｔｏｒｒ	电功率，Ｗ	成膜速度，nm/min
Al	l×10－３	150	48
Al	l×10－３	150	25
Al	l×10－３	150	5
Cu	l×10－３	200	18
SUS	l×10－３	200	9

溅镀的成膜速度为Cu＞SUS＞Al。文献上称溅镀率与金属原子序数有同样的依存关系，X衍射分析结果表明，溅镀的铜膜和铝膜属结晶态的铜和铝，而SUS膜是Fe、Cr、Ni非晶态。

D． 溅镀产品的特性

以涤纶纤维为基材的织物，由不锈钢、铜、铝等金属溅镀处理后，其各项性能可归纳如下：

a）.风格

涤纶织物经溅镀铝、铜及不锈钢后的风格，可由其透气性和刚柔性变化来表示。未溅镀涤纶织物的透气性为32～34cｍ³／cm²／ｓ，在试验的镀膜厚度范围内，未见膜厚对透气性的影响。这与金属膜包裹在每根纤维表面上，而不是附着在纤维的间隙处有关。溅镀织物的刚柔性与未处理织物之比，其变化范围为4％—24％，即稍有些发硬的倾向。与一般的树脂整理和热定形处理的变化相仿。金属给人的印象是很硬的，而０.１μｍ厚的金属膜附着在纤维上，不仅对透气性没有影响，而且金属的硬性对织物的风格影响也不大。

　　　　　　　　

表十二　涤纶织物溅镀各种金属后的风格

试料	透气性 cm3/cm2/s	刚柔性 mm（%）	膜厚 μｍ
PET（0）	33.6	54	-
Al（5）	33.5	64（18）	0.12
SUS（10）	34.1	56（4）	0.09
Cu（5）	33.2	67（24）	0.09
Cu（10）	33.8	63（17）	0.18
Cu（15）	32.3	63（17）	0.23
Cu（30）	33.5	62（12）	0.48

注：1．试料栏中的()内表示溅镀的时间（min)；2．刚柔性移动长度为毫米，％是对未溅镀试样的比率。其数字在括号中。

B）. 导电性   

溅镀铜的涤纶织物的导电性，以其表面电阻和体积电阻的测定结果表示。

                 表十三　　溅镀铜涤纶织物的导电性

试样	表面电阻，Ω		体积电阻 Ω·cm
	正面（溅镀）	反面
PET	1015	1015	1015
PET Cu（5）	1015	1015	1014
PET Cu（10）	1015	1015	1014
PET两面溅镀	107	107	107
PET	102	102	103
一面填料层两面溅镀
PET薄膜	10	1015	1012
纸	102	102	1010

注：x—各种基材溅镀铜5min，电阻在10²Ω上，直流电压100V[超高电阻计]，电阻在10²Ω以下，直流电压1V

涤纶织物是绝缘体，其表面电阻和体积电阻都在10¹⁵水平，经溅镀铜、铝或不锈钢后，其导电性几乎没有变化。但是，玻璃表面溅镀同样的金属后，会由绝缘体变成导电体。涤纶织物镀金属后仍不具导电性，可能是0.1µm左右厚度的金属膜尚不足以使由涤纶长丝组成的经纬纱之间消除空隙，但涤纶织物经两面溅镀以及涤纶薄膜和纸溅镀后，则有导电性。

C）. 化学品的耐久性   

涤纶无纺布溅镀0．04µm不锈钢（SUS304）后、其耐化学药品的性能试验结果

　　　　　　　　　　

表十四　化学品的耐久性

化学品（浸24h）	涤纶无纺布（300g/m2）
水	无变化
食盐（30g/L）	无变化
硫酸（50g/L）	无变化
冰醋酸（300g/L）	无变化
酒石酸（100g/L）	无变化
盐酸（100 g/L）	无变化
硝酸（100 g/L）	无变化
氢氧化钠（100 g/L）	金属显著脱落

溅镀不锈钢的无纺布耐酸性良好，但在氢氧化钠溶液中，可能是氢氧化钠使涤纶纤维产生水解“剥皮”效应致使金属脱落。   

溅镀铝、铜和不锈钢的涤纶织物，其耐光(电弧法)、洗涤和摩擦牢度测试如表所示。

             表十五 　溅镀织物的染色牢度

牢度,级	溅镀
	Al	SUS	Cu
耐光	4～5	4～5	4～5	照射20h
褪色	4～5	4～5	１～2
干摩	2	1～2	2
湿摩	4	4～5	4

溅镀金属膜的耐光牢度照射20 h后仍良好，洗涤后几乎不沾色，镀铜的易于变色，湿摩擦牢度较干摩擦好。

5、溅镀与其他织物金属化工艺参数比较

织物金属化处理是改变织物(纤维)表面性能的工艺技术。属材料科学中广泛应用的表面处理范畴。织物经金属化处理后．不仅未改变纤维原有的特征(如刚柔性、服用性、可裁剪和缝纫性等)，同时增加一些新的功能(如电磁波干扰屏蔽、吸热蓄热性等)，可扩大织物适用的领域。金属化织物除为服饰和室内装饰方面增添了新的产品外，在各产业部门已开拓了广阔的应用前景。其主要用途为，各种要求的防护服(防热辐射、防金属飞溅等)、遮光和节能窗帘、隔热罩、焊工安全屏、管道包扎物、热气球、安全标志、包装材料、食品微波加热包装袋、电磁被和射频干扰屏蔽材料、红外线反射材料、雷达反射材料、防窃听以及太空和军事等方面的应用。

织物的金属化处理技术，是将金属粉末以其原子或分子状态，由直接或间接方式附着在织物的表面，其附着牢度与加工时的工艺技术条件直接有关。上述化学镀、涂层(层压)、真空镀和溅镀．其基本原理可视作涂层整理，以致有人称溅镀为电子涂层。   

在当今织物金属化处理的产品中，以能大批量生产的涂层(层压)和化学镀加工的为主。化学镀生产过程中会产生含重金属离子的污水，必将受到环境保护的制约。从产品综合性能上看，溅镀产品有良好的发展前景。真空镀和溅镀都是在真空状态下加工，金属以原子或分子状态会产生偏重金属在织物(冷却)表面上沉积堆砌成膜。

溅镀能将不同的金属、合金及金属氧化物分层或混合层溅镀，并能在一次加工过程中形成独特的组合层，这是真空镀膜无法做到的。在织物金属化加工应用方面，两者的比较如表所示。

             表十六　真空镀和溅镀金属化的比较

	真空镀	溅镀
真空度，Torr	10-3~10-4	10-5~10-6
金属靶	单一金属	单一金属~合金
附着牢度	一般视基材的表面状态	良好
粒子附着动能	0.1~数eV	10~数eV
膜厚	视蒸发速度	最薄
生产效率	高	低
成本	较低	较高
装置	便宜	价高
加工纤维类别	天然、合纤	合纤
用途	广	开发前途广阔

由上述可知，两种技术对于待溅镀织物的纤维种类都有一定要求，即耐热性低的纤维分子结构中是否含有亲水性基的会有一定影响。凡含亲水性基的纤维应在限定的条件下加热，去除去纤维中在氢镀过程中形成的结合水。在真空容器中水的沸点降低，水分是容易排除的。基于以上情况，基材是涤纶、丙纶和聚乙烯纤维是没有什么问题，而芳族聚酰胺和聚酰胺等则有相当的麻烦。

四、硫化铜防电磁辐射织物

硫化铜织物是20世纪80年代初发展起来的一种新型织物，当时主要是用做抗静电，后来也加入了屏蔽电磁波的行列。

该织物是利用聚丙烯酯纤维大分子链上的氰基和铜盐，借助还原剂、硫化剂等，发生整合形成的。1980年首先由日本五味渊礼提出，而最早申请专利者却是波兰的0konievskin等人。随后，该项技术发展很快，先后发表了许多专利和论文。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。以硫化铜织物为例，经分析，在硫化铜织物内除含有零价铜以外，还有一价铜和二价铜。其中一价铜的含量最多，大多数以五硫化九铜的形态存在。硫化铜织物的导电性，是由于织物内含有很多不稳定的一价铜离子，它周围的一个电子趋于流向二价铜离子，使一价铜离于变为二价铜离子，从而形成了电子的跃迁，而不是零价铜电子的流动。

因为在硫化铜织物内，零价铜的含量极少，形不成连续状态，不显示金属镀织物的导电性能。由于一价铜在织物内，有一个饱和态，因而，它的导电性不会无限制地提高。另外，经实验，硫化钢织物的导电性，是随温度的升高而降低，这就是P型半导体导电特征的体现。

由于一价铜离于和氰基的整合作用，生成的整合物，耐洗、耐摩擦、耐日晒、可熨烫，对导电性的影响不大。该织物仍保留原织物的风格，质地轻薄，柔软透气，吸湿防污，杀菌消臭、平衡人体电位等。

这种屏蔽织物，已广泛应用于抗静电、防电磁辐射和保健领域。屏蔽效能，在0.15M～3GHz范围内达12～25dB。

第八节、 结 语

自19世纪初，人们利用电磁感应原理，建造了发电站和架设了高压输电线以后，才开始大规模地使用电能，至今也仅有200年的历史。人类在地球上生存已有几十万年，他们的生存和发展，仅仅是在地球自然磁场伴随下度过的。而近200年来，人类却要被迫生活在数百万千瓦的电能环境里。   

高耸入云的电视发射塔、转播台、雷达站、星罗棋布的电台、通讯台、寻呼台、移动电话基站，密如蛛网的高压输电线，数以万计的手机、传呼机，以及干家万户必备的家用电器等，它们都在不时地辐射着电磁波。在人们居住的生活环境中，形成了一张看不见、摸不着、听不到、错综复杂的电磁网，人们就整天生活在这张无形的巨网之中。   

国家环保总局，1999年颁布了全国电磁辐射环境污染的调查结果表明，我国电磁辐射环境污染程度，相当于五六十年代我国面临的水污染、大气污染的情况。2000年国家经贸委印发的[189]号文件，要求对接触电子电器人员，配备防护用品；中国消费者协会，2001年8月6日向消费者发出警示，生活中须防电磁辐射。   

回顾电磁波屏蔽织物出现和发展的短暂历史，速度之快、品种之多，研制单位之广、参加人数之众，是有目共睹的．随着科学技术的飞速发展，更新、更理想的防范措施，会不断地出现。曾几何时，一些外国产品进入国内市场。现在，国内防电磁辐射纺织品已远销世界各国，可见国人的创造力，并非一般。

但是现在的电磁辐射防护织物防护功能还不理想，当电磁波辐射到织物上时，主要是反射、吸收和散射；还有少量透射出去。反射、散射会使环境产生二次污染。防护效果的可靠性主要取决于透射量的大小。

电磁辐射防护织物今后的发展方向应当是：①减少反射，尽可能避免二次污染；②减少透射，最好透射为零，使用安全可靠；②增大吸收值，这是电磁辐射防护的主要途径。

不锈钢纤维织物是当今世界上最先进的高效屏蔽织物，由此制成的屏蔽织物及服装具有优良的防电磁辐射效果，耐腐蚀，耐洗涤，并具有良好的服用性能和普通织物的外观效果。屏蔽电磁辐射的安全可靠性、服用性、耐盐雾腐蚀性、耐洗涤性等主要技术指标达到国内外同类产品领先水平，能有效地保护人体免受微波及高频辐射的危害，亦可以防止信号干扰与破坏。

北京洁尔爽高科技有限公司研制成功并投入使用的抗静电、防电磁辐射、保健多功能织物与服装，具有26dB以上的衰减值，手感好、耐环境性能好、耐洗涤、耐磨、耐腐蚀、柔软、轻薄，具有抗静电、防电磁辐射、保健等多种功能，并具有良好的服用性能和一般织物的外观效果，屏蔽织物的安全可靠性、服用性、耐盐雾腐蚀性等指标均已达国内外同类产品的领先水平，能有效地保护人们的身体健康。同时这种高科技产品，在湿度极低的条件下也能发挥优异的抗静电性能，用这种导电纤维和普通纺织原料织成的面料及里料，达到国际先进水平，应用前景广阔。

参考文献：

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[13]《金属化织物的加工和应用》林卫伟等（《印染译丛》第一期）

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