電磁波引起的電磁干擾(EMI)不僅會干擾電氣設備，也會對人體健康帶來嚴重的威脅，因此電磁污染已被公認為繼大氣污染、水質污染、噪音污染後的第四大公害。電磁輻射污染已引起世界各國的重視。歐、美、日等國家和地區都發布了電磁輻射的標準和規定，如美國聯邦通訊委員會FCC、德國電氣技術協會VDE、日本VCCI和英國BS6527等。國際無線電干擾特別委員會CISPR也制定了抗電磁干擾的國際標準。電磁輻射的危害，也使得世界人口第一大國——中國政府高度重視，上世紀90年代以來，該國相繼頒布了一些行業性的電磁輻射防護規定，如《電磁輻射防護規定》、《微波和超短波通信設備輻射安全要求》、《使用電雷管防射頻危害的安全性指南》等，並於1998推行了電磁兼容EMC標準，使用電磁屏蔽材料可以有效屏蔽電磁波的干擾，減少電磁污染的危害。1. 電磁屏蔽的機理電磁波是由輻射源產生電場和磁場交互變化形成的，其能量以波動形式由近向遠傳播。電磁屏蔽的機理是在電磁波經過導體時在導體上產生感應電流，使電磁場能轉換成導體的內能，從而實現屏蔽的目的。一般用屏蔽效能SE(Shielding Effectiveness)來評價電磁屏蔽材料的屏蔽性能，根據Schelkunoff電磁屏蔽理論，屏蔽效能分為反射消耗、吸收消耗和多重反射消耗3部分，用公式表示為:SE=A+R +BA——吸收損耗；B——電磁波在屏蔽材料內部的多重反射損耗;R——為電磁波的單次反射衰減。2. 電磁屏蔽材料研​​究和開發現狀根據電磁波屏蔽的機制可以把電磁屏蔽材料分為三類:反射型、反射吸收型和吸收型，按應用形式可分為塗敷型和結構複合型一類。2.1 電磁屏蔽塗料將金、銀、銅、鎳、碳、石墨等導電微粒摻入到高分子聚合物中就製成了摻合型導電塗料，相對於原高分子聚合物，其導電性大大增強。摻合型導電過程機理較複雜，導電效果同填料種類以及填料在聚合物中的分散程度有關。實驗發現填料的濃度存在“滲濾閾值”，低於臨界點時為絕緣體，達到臨界濃度時，體系的電阻急劇下降直至能穩定傳導電流，超過臨界點後，體系電阻變化不大。導電塗料的成本低、生產工藝簡單，施工方便，得到廣泛應用，根據摻合物的不同，可分為銀系、碳系、銅系、鎳係等。銀系導電塗料導電性高，具有優良的屏蔽性能(可達65dB)，但價格昂貴限制了使用範圍，主要用在某些特殊領域。碳系塗料是上世紀70年代由美國作為軍用開發，密度小、成本低，導電性相對較差，電磁屏蔽效果不是很理想，一般用作防靜電塗層。銅系塗料的電阻率低導電性好，缺點是易氧化、密度較大易下沉，在聚合物基體中分散不好。為防止銅粉氧化，常用機化合物、不活潑金屬包覆，或者在製備塗料過程中加入還原劑或其它添加劑等成分，制得具有一定抗氧化性的導電塗料。近幾年隨著銅防氧化技術的開拓成功，銅系塗料得到迅速發展。日本研製出一種電磁屏蔽吸收塗料，用分子量高達100萬的高性能基體聚合物導電塗料保護金屬填料，防止銅填料的氧化，並使得屏蔽性能可持續10a以上。目前銅系塗料需要解決的主要問題是:導電填料在聚合物基體中的分散性、抗氧化性及如何降低填料用量。鎳系導電塗料價格適中，化學穩定性好，氧化問題比銅輕，成為當前歐美等國電磁屏蔽用塗料的主流。為改善單一鎳系導電率低的問題，常採用銅、鎳混用，塗層厚度為50~70μm時體積電阻率為10-3Ω•cm，500~1000MHz屏蔽效果可達30~60dB。單組份電磁屏蔽有一定的局限性，難以實現寬頻屏蔽等。為進一步增強電磁屏蔽效果，研究了多元復合塗層。文獻研究了1~10GHz頻段鎳基電磁屏蔽塗料，並用氧化鋅晶須、微米鎳粉、鋯鈦酸鉛、SiC、Ni-Zn軟磁鐵氧體作為填料製備塗料，進行複合，製備寬頻和高吸收、低反射塗料的電磁屏蔽材料，在10KHz-1GHZ頻段電磁屏蔽效達40dB。金屬箔、塗料兩種三明治型電磁屏蔽材料，在30~1000MHz全頻段內性能優於普通塗料，在400~1000MHz頻段內，其綜合屏蔽效能比普通塗料高10dB以上，入射電磁波為1GHz時，其SE達70dB。利用納米材料特殊的性能，製備納米功能塗層也是當前的研究熱點。手機的電磁輻射距離人體間距為幾毫米，會形成強輻射，對人體的影響不容忽視。中國上海“優加”防輻射服研製了納米級“電磁屏蔽材料”，使得該企業成為業內少數掌握該核心技術的電磁屏蔽材料生產廠商，通過使用納米技術，防輻射服中的金屬顆粒粒度更小，可以提高防輻射能力，同時大大降低材料浪費，更加綠色環保。2.2表面敷層型屏蔽材料通過化學鍍、噴塗、真空鍍或者貼金屬箔方法，對絕緣體表面進行導電化處理，可達到電磁屏蔽的效果。粘貼金屬箔工藝簡單，把銅、鎳、不銹鋼等金屬箔片與塑料薄板粘結後經等壓成型，屏蔽效果可以達到60~70dB。化學鍍金通常採用化學鍍將Cu、Ni等鍍覆到材料的表面，具有導磁導電性能好、不受外型限制等特點。較厚的鍍層一般具有較好的EMI屏蔽效果，其屏蔽值可達60~120dB，採用共混工藝使ABS塑料與其他工程塑料形成塑料合金，能使一些難於電鍍的塑料獲得可電鍍性。噴塗法用火焰、電弧噴塗等方式在材料表面製備鋁、鋅、銅等金屬層，厚度約為70μm，電磁屏蔽效果可達70dB，然而缺點是金屬層和基體之間結合不夠牢固，容易脫落。真空鍍採用物理氣相沉積技術使金屬氣化，然後在基材表面形成金屬鍍層。磁控濺射法也可以用到鍍膜工藝中，在塑料基片HIPS製備Cu/Ni薄膜的工藝，在10K~106KHz範圍內，銅層在1.0~4.0μm時，其屏蔽效果可達80~110dB 。2.3纖維類複合材料2.3.1金屬化織物金屬纖維與紡織用纖維相互包覆或在一般紡織品表面上覆金屬物質可以用來製造金屬化織物，使之具有金屬光澤、導電、電磁屏蔽等功能，同時又保持紡織品原有的柔軟性、耐彎曲、耐折疊的特性。常用的工藝有金屬絲和其它纖維混編、蒸發噴塗、濺射、化學鍍、等離子處理等。國際上對此研究開展得較早。 20世紀80年代就已工業化生產，如美國Matasolg、德國Baymetex、荷蘭Devex以及日本高瀨染工、東麗等公司。離子織物是當今國際上最先進的第6代屏蔽電磁輻射材料，是以低溫等離子處理，連續進行表面沉積處理為特殊的纖維織物金屬化處理方法。日本一家公司採用​​對織物進行低溫等離子處理，經過低溫等離子處理後完成表面Al、Ti、Cr、Ni、Cu等的金屬化處理。通過此技術可以改善纖維基布與金屬層沉積層的結合力。金屬化處理後的織物具有良好的機械性能和耐熱性，基布與金屬層之間結合力強。採用此方法進行纖維織物金屬化處理，既可以克服真空沉積法存在的金屬層與基布之間結合力弱的缺點，又避免了化學鍍的廢液處理問題。2.3.2複合導電纖維導電纖維是利用真空鍍、化學鍍、聚合等方式，使金屬附著在纖維表面上形成金屬化纖維，或在纖維內部摻入金屬微粒物質，再經熔融抽成導電性或導磁性的纖維。常用的纖維有不銹鋼纖維、銅纖維、鐵纖維、碳纖維、銀纖維及鍍金屬玻璃纖維等。不銹鋼纖維具有防電磁波、防靜電、導電、耐高溫等效果。將直徑約7μm不銹鋼纖維填充樹脂，填充率為6%(體積)時屏蔽效果可達40dB，且隨填充率的增加SE也增加。目前，美國、法國、比利時、日本等發達國家的不繡鋼纖維已經進入量產階段，生產的不銹鋼纖維最細達到2μm，一般為8~22μm。日本推出的鐵纖維與聚丙烯、聚碳酸酯等樹脂混合而製成的屏蔽塑料，其中FE-125、FE-125MC、FE-125HP3個品種的鐵纖維填充率為20%~27%(體積) ，其屏蔽效果可達60~80dB。碳纖維線耐酸、鹽等侵蝕，膨脹係數小，電阻率1.5×10-3~3.0×10-3Ω•cm。碳纖維作導電填料時，纖維長度、添加量以及與樹脂粘接的好壞程度是影響材料導電性的關鍵因素。為了改善纖維與基材的結合力，碳纖維在填充前常需要用氧化法和接枝法進行表面處理。美國開發的鍍鎳石墨纖維型屏蔽材料，在ABS樹脂中填充20%(體積)、直徑為7μm的鍍鎳石墨纖維，在1000MHz時SE值高達80dB。 Shinn-Shyong等研究了用粘接與化學鍍製備銅，鎳覆蓋碳纖維複合ABS的屏蔽效果，由於纖維的分散性以及鍍層和纖維的結合性好，鍍覆顯示出良好的EMI屏蔽效果。銅纖維因優良的導電性而具有更佳的屏蔽效果，目前多采用黃銅纖維作填料。日本推出的黃銅纖維填充型屏蔽材料，當填充率為10%(體積)時，其體電阻率小於10-2Ω•cm，屏蔽效果可達60dB。導電玻璃纖維是玻璃技術與纖維表面處理相結合的產物，EMITEC纖維現已廣泛應用。導電玻璃纖維還可製成玻纖紙，日本一公司用直徑2μm，長度100μm的鍍金屬玻璃纖維製成導電玻璃纖維紙，制得的玻纖紙的導電性能很好，可與樹脂複合，制成電磁屏蔽材料。鮑紅權等用化學鍍的方法製備了玻纖/Ni、玻纖/Cu和玻纖/Cu/Ni-Cu-P3種導電玻璃纖維。採用雙鍍層結構的玻纖/Cu/Ni-Cu-P導電玻璃纖維，把Cu的高導電性和Ni-Cu-P鍍層優良的抗氧化及耐熱穩定性結合起來，製備出導電性好抗氧化及耐熱穩定性也較好的鍍金屬玻璃纖維導電填料，屏蔽​​效果在500MHz時可達50~60dB。