[面料知识]金属纤维混纺屏蔽织物效能研究

　　生意社8月21日讯

　　电磁波在0Hz~400GHz的宽频范围内已被广泛用于雷达、通讯、医疗工业生产等电子设备中。其中的微波是指频率大约在300MHz~300GHz，即波长在1m~1mm范围内的电磁波。微波有频率高、频带宽、波长短、波束定向性和分辨能力高等特性。微波屏蔽织物主要用于屏蔽辐射频率从几十MHz到几GHz范围的电磁辐射。研究表明金属纤维混纺织物对微波辐射具有良好的屏蔽效果。这里在分析金属纤维屏蔽织物屏蔽机理的基础上，对金属纤维在纱线中的分布、金属纤维含量以及织物紧度同织物屏蔽效能之间的关系进行了探讨。

　　1电磁屏蔽织物的屏蔽机理

　　不含屏蔽材料的织物，其体积电阻率一般在1010Ω•cm以上，本身不具有电磁屏蔽功能。金属纤维屏蔽织物的防护作用是其中的金属纤维在起作用。含金属纤维的纱线相互交织形成纵横交错的隔离网能使电磁波的能量衰减到一定程度，从而达到防护目的。电磁波传播到屏蔽织物时，其衰减机理有3种:(1)吸收损耗;(2)表面反射损耗;(3)织物内部多次反射损耗。反射主要是由于介质与金属的波阻抗不一致引起的，二者相差越大，反射损耗越大。吸收是指涡流效应，即在高频条件下，电磁波通过屏蔽体时，在屏蔽体表面产生涡流，涡流在产生反磁场来抵消原干扰磁场的同时，还产生热损耗，使电磁波能量衰减，达到屏蔽效果。屏蔽织物的屏蔽效能SE是指未加屏蔽时某一测点场强与加屏蔽后同一测点的场强之比，单位为dB。屏蔽效能SE与传输系数T的关系为:

　　SE=20log1T(1)

　　其中在平面波情况下，完整金属网的传输系数为:

　　T=s{0•265×10-2Rf+j[0.265×10-2Xf+0.333×10-8flnsa-1.5]}(2)

　　式(2)中，s为金属网网距(m)，a为金属网网丝半径(m)，Rf为金属网网丝单位长度的交流电阻(Ω/m)，Xf为金属网网丝单位长度的电抗(Ω/m)，f为频率(Hz)。

　　按照式(2)可以计算出屏蔽织物的屏蔽效能SE。理论计算曲线和实测屏蔽效能曲线相比，二者变化趋势相同，计算值较实测值偏大，但随着测试频率增加二者有靠拢的趋势。这是由于金属纤维构成的导电网随频率的增大，其电阻和电抗都将增大，所以对电磁波反射损耗减小。同时，根据屏蔽理论，具有一定深度的孔或缝隙可以看作波导，而波导在一定条件下可以对传播的电磁波进行衰减。屏蔽织物中的孔或缝相当于一个工作在截止频率(Fco)以下的波导。其截止频率可由如下公式求出:

　　Fco=3×10112l(3)

　　式中：l为孔或缝的线经，单位mm。

　　由于截止频率是由屏蔽织物中的孔或缝线经尺寸，而非面积大小决定的，当频率增大向截止频率靠拢的过程中，电磁波透过量增加。在Fco/3~Fco之间，衰减下降，在Fco处屏蔽效能接近0dB。

　　2金属纤维分布及纱线结构与屏蔽效能间的关系

　　由不锈钢短纤维混纺纱制成的织物与不锈钢长丝混纺制成的织物进行实验对比，其屏蔽效率差异较大，如图1所示。

　　W1是直径50μm的不锈钢长丝混纺织物，W2是直径8μm、长度38~80mm的不锈钢短纤维混纺纱织物。W1和W2规格见表1。

　　　从表可见，W1的金属纤维含量比W2中的金属纤维含量高得多，但在图1中却存在W2的屏蔽效能明显优于W1的频段。这反映了不同不锈钢制得的织物在不同频段下，各自有其最佳的屏蔽效能值。在频率相对较低时，如图1所示低于500MHz，以及相对较高频段，高于2000MHz时，由不锈钢短纤混纺纱制得的织物屏蔽效能优于不锈钢长丝混纺纱制得的织物。