真空镀膜在毛织物中的应用研究

真空镀膜在毛织物中的应用研究陈莉娜1任学勤1池玲晨2(1.西安工程科技学院，陕西西安710048；2.东华大学，上海200051)摘要：用真空镀膜的方法在羊毛织物上镀铝和钛两种金属，详细比较了这两种膜对微波的屏蔽效果及影响因素；分析了在毛织物上镀膜的特殊方法及其可行性，提出了在毛织物上镀膜的应用前景。关键词：微波毛织物真空镀膜屏蔽0前言在人类不断改善生活质量的同时，各种各样的污染也随之产生。继“废气、废水、废渣和噪音”四大污染之后，微波辐射这一“隐形杀手”对人类生存空间所造成的污染也日益引起了人们的关注。微波是电磁波中的超高段，其频率范围为300MHZ—3000GHZ。随着电子产品的日益普及，微波辐射几乎无处不在，如微波炉、电视、电脑、音响、电冰箱、手机、电热毯、电炒锅等家用电器以及一些物理、化学仪器等，所有这些产生的微波都会对人体造成危害。微波辐射对人体健康的影响体现在以下几方面：⑴头昏、乏力、失眠、心悸、记忆力减退、神经衰弱综合症等；⑵心血管疾病、高血压、植物神经紊乱；⑶孕妇流产、胎儿畸形染色体畸变等；⑷女性月经周期紊乱，男性性功能减退、脱发和白发并影响到生育；⑸白血病（特别是对于儿童）、癌症并对人体免疫系统造成危害。我国政府1989年颁布了“环境电磁波卫生标准（GB9175－88）”[6]，规定一日电磁波辐射剂量密度不得超过300μwh/cm3，若在功率大于1mw/cm2环境下工作时，必须穿戴个人防护用品，日辐射能量密度也不得超过300μwh/cm3，一般不容许在功率密度超过5mw/cm2环境下工作。解决微波污染问题的途径主要有两种：一是距离保护；二是屏蔽保护。前者主要是根据微波辐射强度随距离增大而迅速衰减的原理，依靠与辐射源保持较大的距离达到一定的保护作用。而后者主要是利用材料对微波的吸收、反射等屏蔽作用以达到对人体进行防护的效果。美国很早就采用化学镀银织物和金属纤维混纺织物进行防护，80年代操作计算机人员就穿着金属化织物防护服；德国采用化学镀镍织物；日本采用金属化织物；瑞士、韩国及台湾地区等采用多元素或多离子化织物等。国内研制的防护材料基本上和国际同步，只是应用范围仅限于军工、科研等领域，没有广泛转为民用。目前在化纤上进行镀膜处理的较多，而由于天然纤维的一些特性，如回潮率大，含水量多，导致镀膜有一定困难。基于市场发展的需求和应用前景，本文尝试在纯毛织物镀铝和钛两种金属，分析了在毛织物上镀膜的特殊方法及其可行性。1真空镀膜机理任何一种金属或非金属，在真空（空气压力在102～103Pa范围）环境下。它们的熔点和沸点都比在大气状态下要低得多。如:铝在大气状态下沸点为22000C，而在真空环境下，沸点为8500C。在真空和高温环境中使金属熔化、蒸发，加上真空环境中残留的气体分子极少，对金属的氧化和分子之间碰撞都非常小，当被熔化的金属温度升至沸点时，金属就大量蒸发并向周围飞溅。飞溅的金属分子遇到镀件表面就会被吸收、沉积，凝结成膜，这就是真空镀膜。2实验2.1实验材料实验中用了四块纯毛织物：A是未经任何表面处理的毛织物坯布；B是未经任何表面处理的毛织物条染坯布；C经部分表面处理的毛织物；D经完全表面处理的毛织物。表面处理主要是熨烫、烘干；表面电净处理，去除油脂污垢等。所镀金属为铝和钛。2.2设备与仪器国产DM600型真空镀膜机，ZC36型高阻计，网络分析仪。2.3实验工艺在5×103Pa的真空室内，充入纯度为99.999%的氩气，采用磁控溅射镀膜法，为面蒸发源。分别在四块不同的毛织物上镀铝和钛两种金属，镀膜时间大约为15分钟。3实验结果测试3.1表面电阻的测量准备6.5cm×11cm的镀膜织物，用ZC36型高阻计上测量各膜层的表面电阻（见表1）。屏蔽效果与表面电阻值存在密切的关系，表面电阻值越大时，屏蔽性能越差；反之越好。表1各膜层的表面电阻（Ω）ABCDⅠ--铝（Al）5×10101.7×10104.5×1091.0×109Ⅱ--钛（Ti）3.8×10114.0×10112.8×10111.2×10113.2微波透过屏蔽效率测量试验选择网络分析仪，采用同轴波导测试法，测试试验面积为6.5cm×11cm，测试波段为2250MHz～2650MHz。测量指标采用透过屏蔽效率η，每隔10MHz测一次，共测试出41组数据。电磁波（微波属于电磁波）在镀膜织物表面屏蔽过程机理如图1。根据Schelkunoff理论，电磁屏蔽效果公式：S=A+R+B（db）式中：S——屏蔽效果（db）A——吸收损耗（db），电磁波在金属内的传输衰减R——反射损耗（db），电磁波在第一边界（R1）和第二边界（R2）上的反射损失B——多重辐射损耗（db）根据上述公式分别计算出8块镀膜织物的屏蔽效率，并从中选出有代表性的4块行织物金属对比分析，结果如：图1。其中BⅠ--未经表面处理的条染坯布镀铝；DⅠ--经完全表面处理的织物镀铝;CⅡ--经部分表面处理的织物镀钛;DⅡ--经完全表面处理的织物镀钛根据ASTMD4935—99屏蔽效率公式：η%=(1-1010db)*100%.分别计算出织物在频率2250—2650MHz出的平均屏蔽效果和屏蔽效率如表2，并进行对比如图3表2织物在频率2250—2650MHz出的平均屏蔽效果和屏蔽效率BⅠDⅠCⅡDⅡ平均屏蔽效能（db）0.3292681.4309760.2553660.352927平均屏蔽效率η(%)7.3028.075.717.814结论4.1镀膜是功能性纺织品的发展方向之一，它可以保护人体免受微波辐射的伤害。4.2在毛织物上可以镀铝、钛等金属，且在本实验条件下，镀铝对微波的屏蔽效果要比镀钛好。4.3如果镀膜前对织物进行表面处理（如烘干，控制回潮率；表面电净处理等），能提高屏蔽效果。4.4实验中所镀膜的屏蔽效果尚不够理想，如果要提高屏蔽效果，可以延长镀膜时间，增图2织物在不同频率处的屏蔽效果012322502350245025502650频率（MHz）屏蔽效果（db）BⅠDⅠCⅡDⅡ图3织物在频率2250--2650MHz处的平均屏蔽效率η(%)7.328.075.717.81061218243036BⅠDⅠCⅡDⅡ织物屏蔽效率（%）加膜厚，但织物服用性能也会随之受到影响。参考文献[1]商思善，电磁波屏蔽织物的产生与发展，现代纺织技术，2002，4，48－52[2]B.E.凯瑟著肖华庭许昌清雷有华等译电磁兼容原理北京电子工业出版社1985，101[3]乔楠张苏晋微波辐射对人体健康的危害电子世界1991，2期，9－10[4]帅震清郑颖，辐射危害及防护及日本环境保护[M]，北京：中国环境科学出版社，2001：1－51[5]徐力真空镀膜均匀性的理论分析天津理工学院学报1999年5月VOL.15StudyofVacuumplatingvelumonwoolfabricCHENLi-na1，RENXue-qin1，CHILing-chen2(1.Xi’anInstituteScienceandTechnology,Xi’an710048,China;2.DonghuaUniversity,Shanghai200051,China)Abstract：Thecorrelativeplatingvelumonwoolfabricsisrecommendedinthepaper.byplatingaluminiumandtitaniumonwoolfabrics,thisarticleinvestigatesaspecialwayofplatingvelumwhichcompareswiththetwovelum’sscreeningeffectindetail,andanalyzestheinfluentialfactorsthataffectthescreeningeffect.Atlast,itsimplyintroducestheapplicationsforegroundofplatingvelumonwoolfabrics.Keywords:microwave,shield,woolfabrics,Vacuumplatingvelum作者简介：陈莉娜（1982-），女，西安工程科技学院在读硕士研究生，主要从事织物防辐射及服用性能的研究。联系人：任学勤西安工程科技学院西安市金花南路19号邮编：710048