简要介绍了电磁辐射及其危害,对防辐射纤维进行了分类;重点介绍了聚酰亚胺纤维,防X射线纤维,防中子辐射纤维,防电磁辐射纤维的研究进展及制造方法。
1防辐射纤维概述
电磁波在产业应用方面有遥感导航、检测测量及核电的使用。在日常生活方面,随着有电器的普及,广播电视、无线通信、互联网的全面覆盖,更是使电磁波与人们的生活密不可分。
电磁波依频率从小到大分为工频段电磁波、射频段电磁波、微波段电磁波、红外线、可见光、紫外线、X射线、ϒ射线、快中子射线。另外电磁波的能量与频率成正比,即频率越高,能量越大。[1]
无论是哪一种电磁波,在其造福人类的同时,都会带来危害。一类危害是使生物体产生热效应,当超过某一界限时,生物体因不能释放其体内产生的多余热量,致使温度升高而受到伤害;另一类危害是干扰人体固有的微弱电磁场,影响血液和淋巴运行,使细胞原生质发生变化,其积累作用会引发失眠乏力、免疫下降、组织病变,进而诱发白血病和癌症。[2]长期生活在高压线、电讯发射装置、大功率电器设备环境里、以及近距离频繁使用家电和手机的人员,会导致情绪波动,以及电磁辐射超敏综合症(EHS),如头痛、耳鸣、无力、疲劳、失眠、甚至记忆丧失,患帕金森综合症和老年痴呆症。[3]近20年来,防辐射纤维的研制作为一项重要的高功能纤维的研究课题,已受到世界各个国家的普遍重视,各类防辐射纤维相继问世。
2防辐射纤维的分类
防辐射纤维有三种类型:1)耐辐射纤维,纤维本身就耐辐射;2)复合型防辐射纤维,通过往纤维中添加其他化合物或元素使该纤维具有耐辐射的性能[4];3)导电型吸波纤维[5],即凭借低电阻导电材料对电磁辐射的反射作用,在导体内产生与原电磁辐射相反的电流和磁极化,形成一个屏蔽空间,从而减弱外来电磁辐射的危害[6]。
3防辐射纤维的研究进展
3.1耐辐射纤维——聚酰亚胺纤维
20世纪60年代美国成功地开发了聚酰亚胺纤维。聚酰亚胺的大分子链全部由芳香环组成,而且芳环中的碳和氧的结合是以双键形式,有效地增强了结合能。当辐射线作用于聚酰亚胺现为市,分子可吸收的辐射能远不足以打开分子链上的原子共价键,仅转化为热能排走。正是这种分子组成和结构决定其耐辐射性、耐热性、分子链不易断裂、强度高等一系列优良性能。
将单体芳香族二胺溶解于二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或二甲基亚砜中,随后将另一单体均苯四甲酸等摩尔加入,在室温、氮气保护下进行溶液缩聚反应,最后得到浓度为10%~20%的聚均苯四酰胺酸欲聚体溶液,然后通过干法纺丝或湿法纺丝可制得聚酰亚胺纤维。【
简要介绍了电磁辐射及其危害,对防辐射纤维进行了分类;重点介绍了聚酰亚胺纤维,防X射线纤维,防中子辐射纤维,防电磁辐射纤维的研究进展及制造方法。
1防辐射纤维概述
电磁波在产业应用方面有遥感导航、检测测量及核电的使用。在日常生活方面,随着有电器的普及,广播电视、无线通信、互联网的全面覆盖,更是使电磁波与人们的生活密不可分。
电磁波依频率从小到大分为工频段电磁波、射频段电磁波、微波段电磁波、红外线、可见光、紫外线、X射线、ϒ射线、快中子射线。另外电磁波的能量与频率成正比,即频率越高,能量越大。[1]
无论是哪一种电磁波,在其造福人类的同时,都会带来危害。一类危害是使生物体产生热效应,当超过某一界限时,生物体因不能释放其体内产生的多余热量,致使温度升高而受到伤害;另一类危害是干扰人体固有的微弱电磁场,影响血液和淋巴运行,使细胞原生质发生变化,其积累作用会引发失眠乏力、免疫下降、组织病变,进而诱发白血病和癌症。[2]长期生活在高压线、电讯发射装置、大功率电器设备环境里、以及近距离频繁使用家电和手机的人员,会导致情绪波动,以及电磁辐射超敏综合症(EHS),如头痛、耳鸣、无力、疲劳、失眠、甚至记忆丧失,患帕金森综合症和老年痴呆症。[3]近20年来,防辐射纤维的研制作为一项重要的高功能纤维的研究课题,已受到世界各个国家的普遍重视,各类防辐射纤维相继问世。
2防辐射纤维的分类
防辐射纤维有三种类型:1)耐辐射纤维,纤维本身就耐辐射;2)复合型防辐射纤维,通过往纤维中添加其他化合物或元素使该纤维具有耐辐射的性能[4];3)导电型吸波纤维[5],即凭借低电阻导电材料对电磁辐射的反射作用,在导体内产生与原电磁辐射相反的电流和磁极化,形成一个屏蔽空间,从而减弱外来电磁辐射的危害[6]。
3防辐射纤维的研究进展
3.1耐辐射纤维——聚酰亚胺纤维
20世纪60年代美国成功地开发了聚酰亚胺纤维。聚酰亚胺的大分子链全部由芳香环组成,而且芳环中的碳和氧的结合是以双键形式,有效地增强了结合能。当辐射线作用于聚酰亚胺现为市,分子可吸收的辐射能远不足以打开分子链上的原子共价键,仅转化为热能排走。正是这种分子组成和结构决定其耐辐射性、耐热性、分子链不易断裂、强度高等一系列优良性能。
将单体芳香族二胺溶解于二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或二甲基亚砜中,随后将另一单体均苯四甲酸等摩尔加入,在室温、氮气保护下进行溶液缩聚反应,最后得到浓度为10%~20%的聚均苯四酰胺酸欲聚体溶液,然后通过干法纺丝或湿法纺丝可制得聚酰亚胺纤维。【
防电磁辐射纤维的屏蔽机理不像防X射线纤维和防中子辐射纤维那样以吸收为主,而是凭借低电阻导电材料对电磁辐射产生反射作用,在导体内产生与原电磁辐射相反的电流和磁极化,形成一个屏蔽空间,从而减弱外来电磁辐射的危害。归纳起来有以下几种方法:
(1)将金属丝和纱线编织在一起
三菱人造丝公司使用了涤纶纱或棉涤混纺纱和高纯极细防氧化铜丝,凭借特殊的复合技术编结在一起,开发出复合纱屏蔽布,商品名为“代梅克斯-α”,这种织物不仅屏蔽效果好,而且还耐洗涤,还可进行常规染色和缝制。其产品开发后,用作需要屏蔽电磁杂波的医疗仪器保护罩,用作心电图测试场所的屏蔽帷幔,也可用作佩戴起搏器的心脏病患者的服装。[11]
(2)将金属纤维纺入纱线内部。
这是当前防电磁辐射纺织品的主要材料,所用金属纤维有铜纤维、铁纤维和不锈钢纤维,其中以不锈钢纤维综合性能为最好。美国最早开发不锈钢纤维,比利时购买美国专利后扩大了生产,供应欧洲各国。河北省纺织研究所于1979年在国内率先开展了不锈钢纤维的研发,经过20余年的发展,20世纪90年代已形成规模化生产。[12]、[13]
(3)使用金属化纤维
金属化纤维是指表面具有用涂层或镀层方法形的成导电膜的纤维。1998年,美国SAVQVOIT公司研制成功了含银30%的镀银锦纶丝,该纤维与传统纤维混纺制成的防电磁辐射纤维织物,可以屏蔽90%以上的电磁辐射。
(4)开发本体导电性单体和聚合物
用ASF3、I2、BF3等物质进行化学掺杂而制成的的具有本体导电性的共轭聚合物,如聚乙烯类、聚苯胺类、聚杂环类聚合物。尽管这项技术20世纪70年代就已开发出,但如今仍处于接近实用化程度,生产成本很高,且成纤困难,但作为防电磁辐射纤维的后备材料,前景可观。[14]
4结语
从社会需求观察,防辐射纤维不仅在军事、国防、国民经济相关产业的需求在迅猛增长,而且产品正在进入千家万户。随着科技的不断进步,可以预见,新的研究成果将如雨后春笋般不断涌现。