防辐射非织造布

裘康  柴玉峰  郭秉臣 (天津工业大学  天津300160)

原载：《江苏纺织》2004/12；37-39

 

[摘要]本文主要介绍了几种高强度射线的危害，并研究利用生产防辐射纤维和对非织造布进行防辐射整理的方法生产防辐射非织造布，赋予非织造布防辐射功能，这是非织造布新的应用领域。

[关键词]防辐射;非织造布

[中图分类号] TS 174.8

 

    日常生活中经常接触并且对我们身体有危害的射线大体可以分为紫外线、电磁波(包括x射线和微波)和中子射线。对于不同的射线，可以采取不同的加工方法生产抗辐射纤维，或者采用不同的整理剂对非织造布进行后整理。可以生产出不同功能的非织造布。

1  防紫外线(耐紫外线)非织造布

    紫外线对生命的成长起到了重要的作用，它能有效的促进维生素的生长，具有杀菌作用，但过度的照射不仅会对地球环境产生影响，而且会对人体的皮肤造成很大的伤害。测试结果表明: 12年间地面紫外线辐射量有所增加，造成的最严重的后果就是皮肤癌的发病率增加，实际上辐射到地面的太阳光，仅仅是波长为290-400µm的紫外线部分和可见光、红外线等。而紫外线仅为太阳光辐射到地面总能量的6%，有爱因斯坦的光化学当量法则，光的波长h和能量E的关系式

如(1)式所示:

    E= Nhf= nhc/λ           (1)

    其中N-阿佛加得罗常数6.022×l023; h-普朗克常数6.022×10-27尔格·秒; f-光频率; c-光速2.988×IOlOcm; s-1; λ-波长。如果用纳米(nm)表示波长单位，则波长(λ)的1克分子光量所拥有的能量为:

    E=2.86×104/λ(kcal/mol     (2)

    由(2)式可知，光的波长越短，其具有的能量越大。因此，可见光(波长＞400nm)和红外线(波长为103-105nm)的能量仅能使分子产生震动和旋转作用而产生热量，而紫外线 (波长＜400nm=能使有机化合物中C-H、C-C键，以及具有相同键能的物质产生破坏作用。紫外线深入皮肤会损伤细胞核中的DNA，产生遗传变异。同时，大多数聚合物在受到紫外线长时间照射后会分解、老化。所以，紫外线造成的诸多弊端，为抗紫外线非织造布的研发创造了良好的应用前景。

    抗紫外线非织造布主要通过以下两种方法制造:

1·1  抗紫外线纤维生产抗紫外线非织造布

    一般情况下，可将二氧化钛、氧化锌等金属氧化物掺入纺丝液中，生产抗紫外线纤维，例如在制造锦纶纤维时，在聚合物中加入少量添加剂(如锰盐和次磷酸、硼酸锰、硅酸铝等)可制得抗紫外线锦纶；抗紫外线涤纶是在聚酯中掺入陶瓷

紫外线遮挡剂的方法制成的；对于棉纤维而言，可采用浸渍有机系(如水杨酸系、二苯甲酮系、苯丙三唑系、氰基丙烯酸酯系等紫外线吸收剂)来制作，有机系与纤维结合性能好，但是在接受大剂量，长时间紫外线照射的情况下会分解。所以，

无机紫外线遮蔽剂应用较多。在聚合物中使用5%浓度的超细二氧化钛粒子的母粒，制得的纤维做成的织物具有持久的抗紫外线能力。

    近年来不少公司竞相开发抗紫外线纤维，如日本的东丽公司、蒂人公司、东洋纺的潘斯瓦多、三菱公司的奥波埃等，尤尼吉卡公司开发的萨拉库纤维芯部含有绝热陶瓷微粒的芯鞘结构聚酯长丝，把它用在非织造布上可以屏蔽阳光中60%

以上的紫外线。运用这些纤维可以生产防晒布、防老化道路基布、防老化体育场人工草坪基布。

1·2非织造布的抗紫外线整理

    对非织造布进行抗紫外线整理，最主要的是要用到抗紫外线屏蔽剂。它利用高折射率的金属氧化物制成微细粒子到超细粒子，再选择合适的分散剂和其他助剂组成防紫外线整理剂，对非织造布进行整理，例如: 非织造布篷盖材料需要涂层处理，涂层非织造布的功能和寿命取决于其对紫外线能阻止到什么程度，常见的涂层材料有聚氯乙烯（PVC）、聚氨酯（PU）、聚丙烯酸酯、聚四氟乙烯(PTFE)。将农用的非织造保温幕布进行抗紫外线整理，能够保证白天太阳光的透过率，同时能保证幕布不受太阳光的辐射而老化。

2                 防电磁波非织造布

电磁波包括微波、无线电波、手机的脉冲电磁波等各种射线。对人体有一定的危害，长期受电磁波辐射的工作人员的收缩压、心率、血小板和白血球的免疫功能等都会受到一定程度的影响，并会引起神经衰弱、眼晶体浑浊等，严重的还会产生肌体细胞损伤。根据S.A.Schelkunnoff提出的电磁波屏蔽理论，电磁波遇到屏蔽层片会发生透射、吸收、反射及折射等多方面效应，但总的屏蔽效能SE(单位db)应为电磁波被屏蔽物反射损耗R，吸收损耗A及内部反射损耗B的总和。即：SE=R+A+B，

其中: R=50-1Olg(pf)+1.7d√f/p   (3);

式中p-屏蔽材料的体积电阻率 (Ω·cm); f-电磁波频率(MHz);d-屏蔽层厚度（CM），由(3)式可以看出，当f,d一定时p越小，SE值越大，即屏蔽层导电性越好，屏蔽效果越好。

电磁屏蔽的作用是减弱由某些辐射源所产生的某个区内的电磁场效应，有效的控制电磁波从某一区域向另一区域辐射而产生的危害，其作用原理是采用低电阻的导体材料，由于导体材料对电磁能流具有反射和引导作用，在导体材料内部产生与能源电场相反的电流和磁极化，从而减弱原电磁场的辐射效果。所以，生产防电磁波非织造布的思路主要是生产抗辐射纤维和对非织造布进行防电磁屏蔽整理。

2.1  电磁屏蔽纤维的制法

2.1.1电镀法

将普通纤维先经过退浆处埋用溶剂浸泡，再经化学粗化、敏化、活化处理后用化学电镀法将铜、镍等金属物质沉积作金属的表面，这种方法制得的纤维导电率高、强度高、耐磨、耐腐蚀性好，但手感较差，抱合困难，金属不易匀化，牢度不高，经常与普通纤维混合做防辐射非织造布，效果一般。

2.1.2涂层法

在普通金属表面涂上金属或金属化合物，可采用粘合剂使金属粘附在纤维表面，也可将纤维直接软化后与金属粘合。这种方法的缺点是涂层易脱落，且不易分布均匀。用这种方法制成的非织造布可以用于家庭主妇的防护围裙。

2.1.3                     混合金属纤维法

在非织造布成网过程中,将普通纤维与金属纤维(不锈钢纤维)混合，再经过加固成非织造布，不锈钢纤维导电性好，耐热性好，耐高温，耐腐蚀。并且用不锈钢纤维制成的非织造布的屏蔽性能与环境温度和湿度无关，防护作用可靠。 也可用于高温、高湿、强静电等特殊的环境。

2.1.4  共混纺丝法

将其有电磁屏蔽功能的无机粒子或粉末与普通纤维切片共混后进行纺丝，可以制成性能优良的导电性纤维，或者铁电性纤维。这种纤维不失原有的强度、延伸性、耐洗性和耐磨性，该法成本低、寿命长、可靠性高，但屏蔽性能有待提高。特别是在高频电场的情况下，屏蔽性能会下降。这种方法制成的非织造布具有持久的抗辐射性能，是实验室抗辐射服和手机防辐射贴等防辐射产品的首选方法。

2.1.5  本征型导电聚合物纤维

上世纪70年代以后开发出的用AsF3、I2、BF3等物质以电化学掺杂方法制得的具有导电功能的共扼聚合物，如聚乙炔类、聚吡咯(ppy)类，这类纤维制成的非织造布具有很强的抗辐射性能。

2.2  对非织造布进行抗电磁辐射整理

2.2.1  对非织造布进行镀覆金属加工

这是一种比较成熟的工艺，就是通过氧化亚锡，硝酸银等物质的催化将铜、镍等金属镀覆在非织造布上，一般要经过催化、活化、无水电解、电镀等工艺过程。这种方法可以得到较好的屏蔽外界射线的效果，可是加工成本较高，镀层的耐久性欠佳。

2.2.2  非织造布的涂层整理

    涂层工艺中，涂层剂是关键，可以在涂层剂中加入已经分散好的电磁波吸收剂，经涂层整理和热处理后就可以在布的表面包覆一层含有电磁波吸收剂的涂层，当涂层体积电阻率达到10-1～10-3Ω·cm时，屏蔽效率可达到30db以上，此时屏蔽的电磁波能达到95%以上。涂层整理的关键是要注意吸波剂的分布状态，同时注意吸波剂的选择与匹配，可将电磁波屏蔽粉材料制成吸波剂。如: 铁氧体系列、金属微粉系列(包括羧基铁粉、羧基镍粉等)，此外，还有纳米吸波材料都是很好吸波材剂。

3  防中子辐射

    中子虽不带电荷，但其具有很强的穿透力，它在空气和其他物质中可以传播更远的距离，对人体产生的危害比相同剂量的X射线更为严重，防中子辐射纤维制成的屏蔽材料的作用就是将快中子减慢和将慢中子(热)吸收。日本将锂和硼

化合物的粉末与聚乙烯树脂共聚后，采用熔融皮芯复合纺丝工艺研制了防中子辐射材料，纤维的强度可达20-3OCN/tex，断裂伸长为21-32%，由于纤维中锂和硼的含量高达纤维重量的30%，因而具有较好的防中子效果，可以加工成纺粘或针

刺型非织造布，定量为430克/米2的非织造布其热中子的屏蔽率可达40%。常用于医院放疗室内医生与病人的防护，国内采用硼等重金属化合物与聚丙烯共混后熔融纺制成皮芯型防中子纤维，强度为22-3OCN/tex，断裂伸长达20%-40%，该种

产品的非织造布可用于原子反应堆的周围，可使中子辐射的防护率达到44%以上。

4  结论

    1、防紫外线非织造布不仅用于服用领域，它还越来越多的应用于耐老化、耐腐蚀等方面。可以大大提高非织造布的使用寿命，这就为非织造布在农业、建筑业上的应用提供了广阔的前景。

2、随着手机等电子设备的广泛应用，防电磁辐射以保证人们的身心健康和良好的工作环境显得越来越重要，在手机里面贴上一层非织造布的防护贴，或者在电子设备的外面罩一层简易的非织造防护布，比穿防护服要简单省事的多，

3、非织造布的工艺简单，省去不纺纱、织造等工艺，利用纺粘、熔喷等工艺可以直接制成防辐射非织造布，但是还要克服其强力差和服用耐穿洗差等方面的弊端。随着非织造布加工工艺的进一步成熟，防辐射非织造布一定会有广阔的市场。

参考文献:

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