电磁屏蔽织物与防辐射屏蔽服屏蔽性能测试方法.docx

广伟 中国纺织工业协会检测中心主任赵玉峰中国纺织工业协会检测中心顾问 一、关于屏蔽材料与屏蔽织物的研究动态电磁屏蔽是控制电磁干扰，防止污染环境，保护人类健康的有效手段随着科学技术的进步， 在传统的屏蔽材料基础上，国外不断研究，开发新的屏蔽材料，并且开始应用到许多场合 其中电磁兼容技术领域中，采用物理镀的电镀与化学镀等方法制备的非晶态合金型电磁屏 蔽材料已开始用于提高集成电子电路、仪器仪表、无线电、通信、雷达、以及卫星系统等电 磁兼容性能，发挥了良好作用近年来，我国在金属填充聚合物电磁屏蔽材料的研究工作中 取得较大进展，比如，研制成功的导电聚苯胺与金属微粉混合的高效轻质电磁屏蔽材料， 利用与或其他金属粉末存在的复合效应，形成导电网络见图所示对电磁能量具有显著的衰 减性能图1廉苯胺连揺金慝粉末軀粒册戚导电刚络示意隆按照材料使用形式进行分类，电磁屏蔽材料可分为金属板带材料、表面金属沉积材料、导电 高分子材料、电磁屏蔽涂料和电磁屏蔽织物一） 金属板带材料电磁屏蔽室、微波暗室一直都是电磁屏蔽材料的主要应用领域，所使用的屏蔽材料是轧制钢 板伴随着钢铁工业发展，电磁屏蔽钢铁材料的力学性能及屏蔽性能得到了很大程度的提 高。

虽然屏蔽性能并非轧制钢板的主要追求目的，但钢板综合性能的提高督屏蔽工程的技术 进步起到巨大的推动作用，主要表现在硅钢和铁镍合金两种材料上这两种材料在宽频电磁 屏蔽性能，特别是低频磁屏蔽性能方面所具有的优越性是目前任何一种工程屏蔽材料都不 具有的某些金属熔体通过快速冷却的方法，能够获得非晶态金属材料同金属轧制板材相比，非晶 态带材的宽度较窄，目前国内生产的非晶带宽度普遍在40cm以下小尺寸规格使材料的 工程化应用受到一定的限制，然而非晶态金属材料优良的磁导率和饱和磁化强度为解决磁 干扰问题提供了很好的技术方案二） 表面金属沉积材料表面金属沉积材料是采用金属熔射，真空蒸镀，阴极溅射、电化学沉积的方法使非导电材料 的表面覆盖一层导电薄膜例如真空镀铝、化学镀铜镍等都是电磁屏蔽材料或元件进场采用 的技术手段三）导电高分子材料 导电高分子材料按其组成和导电机理可分为本征型和复合型两种本征型主要有,共辘型、 金属合物型、电荷转移络合物等, 由于这类导电聚合物成本较高, 电磁屏蔽效能较低, 其应 用范围受到很大限制, 目前仍处于实验室研究阶段复合型己进入实际应用, 是将不同的导 电填料分散复合于高分子基材中制成导电复合材料, 如普遍使用的导电塑料、导电橡胶等。

四）电磁屏蔽涂料 导电涂料是由合成树脂、导电填料和助剂组成的一种半液态混合物, 使用过程中将其涂敷于 基材表面、固化后形成的导电膜发挥电磁屏蔽的功能成膜树脂主要有醇酸树脂、丙烯酸树 脂、聚氯乙烯、聚苯乙烯等导电填料包括石墨、银、铜、镍导电粉料, 目前人们正在开发、 推广Ag/Cu/Ni三种金属的包覆粉料，被覆粉料有石墨，空心玻璃微珠、片型矿物粉体等在深入研究电磁兼容材料的同时, 为防止电磁环境污染, 保护作业人员与公众的身体健康, 国内外相继研究、开发用于防辐射的个体屏蔽织物和屏蔽帐篷、屏蔽罩、屏蔽隔断等软体屏 蔽材料, 即屏蔽织物电磁屏蔽织物是一类具有织物网络结构的电磁屏蔽材料目前电磁屏 蔽织物包括化纤布表面金属沉淀织物、技术纤维编织物、金属纤维无纺布、导电纤维与化纤 的混纺织物，涉及的金属材料有Cu、Fe、Ni、Al、不锈钢纤维同其他电磁屏蔽材料相比 屏蔽材料有质地柔软、易于剪裁、便于贴装的特点屏蔽效能的高低取决于使用的金属类型 和织物的制造方法在屏蔽织物的成型工艺方面, 主要分为下面三种（一） 软化金属纤维屏蔽织物此为纺织成型, 它是特棉纤维, 毛纤维等植物性、动物性纤维与软化金属纤维合股制纱线, 在纺织成屏蔽织物由于加入金属纤维的量不同, 使之屏蔽衰减性能也不相同。

目前我国多半 采用软化不锈钢纤维与棉纤维、化学纤维等植物纤维混纺制成, 一般衰减性能, 即屏蔽效能 大致在10-60dB采用防止成型的屏蔽织物有:手感与服饰感好;透气性强;色彩多样;耐洗 涤;折叠性良好等特点基本上与市场上流行的纺织布性能一样, 适合作防辐射屏蔽服、屏 蔽罩、屏蔽窗帘等二） 镀膜金属屏蔽织物此为湿镀成型, 它是在制成纺织成品, 即布料的两面, 采用物理镀或化学镀的工艺, 在布料 上置换沉积上一层导电膜一导电粒子制成的屏蔽织物镀膜成型的屏蔽织物,一般视金属导 电膜层的厚度与施镀金属粒子的导电性来决定屏蔽织物的屏蔽性能, 一般可具有 30-80dB 的衰减镀膜织物比软化金属纤维织物在透气性能、服饰感与耐洗涤等性能方面差,但对电 磁能量衰减幅度大所以镀膜屏蔽织物可广泛制成屏蔽帐篷, 作假目标、屏蔽罩等三） 金属粒子包覆织物纤维屏蔽织物 日本等国家在开展用金属粒子包覆织物纤维制作屏蔽织物的力度很大 , 我国近几年也开始 涉足这种包覆法是将棉纤维、化学纤维等织物纤维处理后, 采用金属置换将导电粒子渗透、 沉积在织物纤维表面, 即形成一层牢固的金属导电膜（见图 2 所示）包覆纤维示意圉从成型工艺考虑，在实际制作上多采用对织物纤维丝进行导电层包覆做法。

这种方法制作成 本高，从性能上分析，兼顾软化金属屏蔽织物与镀膜屏蔽织物的特点，其性能介于上述两 者之间二、关于屏蔽织物屏蔽效能侧试方法的国内外研究动态（一）屏蔽效能材料的屏蔽效能SE是指空间某点未加屏蔽时的电场强度E0（或电场强度H0、能量场强度 P与加屏蔽该点的电场强度E1 （或电场强度H1、能量场强度P1）的比值，对于实际 屏蔽材料，屏蔽效能SE可表示为SE=A+R+B,A、R、B三项表达式如下表所示：式中：R一表示电磁波通过屏蔽表面时，由阻抗突变引起的反射损耗A 一表示电磁波在屏蔽体内部传播时，电磁能量被吸收的损耗B一表示电磁波在屏蔽体的两个界面的多次反射损耗表1各种电磁场屏蔽性能表达式电磁场类型吸收损耗血反射损耗尺多次反射损耗吕平面电確场R=lS8+L01g(al/plfJ--R=^lE(l-e-£mL)电场R='S^+L01g 倚 1/plf 匪取魄略袞变施场A=131/7f^lalR=S2g+101g(fr2al^Ll)(A<15dB注：f 一频率;o1 —电导率从川1 一磁导率;r 一与磁场源的距离;I 一屏蔽体厚度二）国外研究动态关于屏蔽织物屏蔽效能的测试方法，目前国外尚无统一的方法。

美国军标制定的“MIL-STC-285大样法〃已经用于屏蔽布、屏蔽衬垫、屏蔽玻璃、导电橡 胶等复合屏蔽材料屏蔽效能之测定上MIL-STC-285大样法〃是国际上公认的标准屏蔽效 能的测试方法，它直接模拟了被测样品在空间场的屏蔽效能这种方法测量动态范围宽，它 可以测量不同规格不同厚度的材料1、测量原理''大样法〃是在屏蔽室或者微波暗室进行屏蔽测试的，它在屏蔽室或者暗室上开一个窗口， 将屏蔽材料固定在窗口上，测得加屏蔽材料前后的场强比值，就是将屏蔽材料的屏蔽效能''大样法〃测试系统见图3所示團s "丈样法芒测试系统2、 测试仪器频谱分析仪：Agile nt E4407B、RSA2003218信号源：ZN10423、 MIL-STD-285屏蔽效能测量装置一套1） 测量装置尺寸,3x3x3（m）用2.5mm钢板拼装焊接2） 钡量口尺寸:600x600（mm）咖3） 屏蔽门尺寸:850x2000（mm）4） 测量动态范围频率为10KHz-18GHz,场强100dB.MIL-STD-285大样法已经在美国和欧洲许多国家与地区的军用、民用、与工业领域得到了比较广泛的采用，在国际上己经成为屏蔽材料的典型测试方法。

三）国内研究动态在我国，中国计量研究院、信息产业部电子标准化研究所和航天203所等多家单位均在 2000年之前建立了基于SJ20524中定义的同轴测量装置，某些单位建立了拱形法测量系 统所有这些测量方法，在实施电磁抑制材料的屏蔽效能测量方面发挥了积极作用1、同轴插入测量法依据SJ20524-1995《材料屏蔽效能测量方法》进行1）测量原理在实验室内，将信号源的工作频率与输出功率调整到所要测试的参数上，当工作状态稳定 后，将信号源的功率输出通过同轴波导传输到信号接收机或者频谱仪上此时接收机或者 频谱仪的显示部分所显示的数据，即为该频率下接收机所接受到的输入场强值，一般以dB 表示，记作P0；然后将按照规定的尺寸要求裁剪好的待测样品放入同轴波导之间的法兰盘 内加固好，在按照上述参数不变的工作下开机，那么这时接受系统显示部分所显示的数据 就是经过电磁抑制材料衰减后的材料屏蔽的场强值，记作P1,两者测量结果，可以通过下公 式计算求出材料的屏蔽效能；当测量值用dB表示时，P1-P0即为屏蔽效能的衰减值;当测量值用功率表示时，则有;A=10 logP0/P1式中:A—材料衰减值，P0 一初始空白场强值P1 一衰减后场强值2）主要装置一一法兰同轴传输线同轴插入法的测量装置如图4或5所示；同轴插入测量装置内电场与磁场相互正交，而且 相互垂直与电磁波的传播方向，相当于空间的平面电磁波，因此测量结果是试样对垂直入 射平面波的屏蔽效能。

用法兰同轴测试装置进行材料的屏蔽效能测试时，常用的系统测量方 式有：信号源电磁干扰测量仪测量方式；跟踪信号源频谱分析仪测量方式；网络分析仪测量 方式图4法兰同专勺装壹的阴貉务析屏蔽救旨；濒憧图~««~|—I —|■^5同轴测壘装置频谱分析仪屏癒效能测壘團3）测试仪器：网络分析仪 HP8753C ANA2003626 频谱分析仪 Agilent4407 RSA2003218 信号源 Wiltron6745B RAG2003530 信号源 HP3325B ULF2003265毫米波点频源37.5GHz毫米波接收机2、拱形测量法1）测量原理这种方法是在GJB5239-2004《射频吸波材料吸波性能测量方法》基础上发展而成，他主 要的装置是设计安装一条拱形滑轨，将信号源的发射天线与接受系统的接收大线分别装置 在拱形轨道上，一般原则上将发射天线与接收天线调整一定的角度，测量示意图见图6图5拱粥测量法示意图测量原理是：矢量网络分析仪的输出端与发射天线相连接，激励信号经过被测吸波材料或金 属板后反射，再有接收天线接受，并将之送入矢量网络分析仪的输出端，发射天线与接收 天线在拱形架上可以自由移动，并且都指向圆心，被测式样的反射电平与金属板的反射电 平之比即为吸波材料的反射率，拱形法的适用频率范围1-18GHz.测试时，将信号源的工作频率与输出功率调整到所要测试的参数上，主要是信号源的工作 频率与输出功率，这时，信号源的输出通过发射天线打到置于一定角端处的全反射板上，然 后，发射能量经过全反射板到接收大线，部分被吸收掉，此时接收机的显示部分所显示的 数据，即为该频率下的空白场强值，（一般以dB表示，记作P0。

关机后，将按照规定的尺寸要求裁剪好的待测样品放在全反射板二，在按照上述参数开机, 则发射天线所发射的能量经置于一定角端处的全反射板的吸波材料所吸收，剩余能最，即为 被吸收的能量反射到接收天线，再输入到接收机上，那么这时接受系统显示部分所显示的 数据就是经过吸波材料吸收后的场强值，记作P1.按照同轴屏蔽效能计算公式计算材料的衰减值2） 主要测量仪器：E8254A微波信号发生器E7045 A EMC分析仪或ESA系列RF频谱分析仪、网络分析仪3） 主要装置：微波暗室：4x4x3 m弓形轨及样板支架标准全反射板3、开窗测试法电磁屏蔽效。