緯向嵌織鍍銀長絲機織物的電磁屏蔽效能分析

謝 勇，杜 磊，鄒奉元

(浙江理工大學服裝學院，杭州310018)

電磁輻射被視為繼空氣污染、水污染和噪聲污染后的第4種污染源。人類長期暴露在電磁輻射環(huán)境中，身體會受到不同程度的傷害［1］。為減少和預防電磁輻射的危害，電磁屏蔽紡織品應運而生。目前，有許多方法可以改善織物的電磁屏蔽效能。例如在織物上涂覆導電涂層，但其涂層易脫落，服用性能存在缺陷;另外，還可以在織物中添加導電材料，多以柔性的導電纖維為主，從而使織物既擁有良好的服用性能，又不影響美觀［2］。由于鍍銀纖維長絲表面含有一層致密的銀而使得鍍銀纖維本身具有良好的導電性能，使其成為屏蔽服裝的首選材料。本研究以鍍銀長絲為原料，分析嵌織比例、織物組織、鍍銀長絲的纖度、相同層數(shù)織物鍍銀長絲排列角度等要素對織物電磁屏蔽效能的影響。

1 實驗部分

1.1 電磁屏蔽效能的測試儀器

NET ANALYZER FY800網(wǎng)絡(luò)分析儀(溫州方圓儀器有限公司)。

1.2 紗線材料

試樣經(jīng)紗均選取166.7 dtex(150 D)的滌綸長絲，編號1～15的織物(表1)緯紗選取166.7 dtex(150 D)的滌綸長絲與83.3 dtex(75 D)/24根的鍍銀單絲，編號16～30的織物緯紗選取166.7 dtex(150 D)的滌綸長絲與經(jīng)并股而成的166.7 dtex(150 D)/48根的鍍銀長絲。

表1 織物規(guī)格Tab.1 Fabrics specifications

1.3 緯向嵌織鍍銀長絲機織物的設(shè)計與織造

實驗從鍍銀長絲的嵌織比例、鍍銀長絲的纖度、織物的組織結(jié)構(gòu)三個方面來設(shè)計、織物。當電磁波到達屏蔽體表面時，因空氣與金屬介質(zhì)的阻抗不同，對電磁波產(chǎn)生的反射作用主要取決于兩者介質(zhì)的阻抗［3］。因此，為減少反射帶來的電磁屏蔽效能的實驗誤差，設(shè)計了結(jié)構(gòu)不同但單位面積下鍍銀纖維長絲浮點相同的三種組織結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 織物的組織結(jié)構(gòu)Fig.1 Weave structure of fabrics

織物的經(jīng)緯密為320×320根/10 cm，織物規(guī)格設(shè)計如表1所示。

1.4 電磁屏蔽效能的測試方法

根據(jù)同軸法與屏蔽室法的優(yōu)缺點［4-5］，以及對數(shù)據(jù)準確性的要求，依據(jù)標準GJB6190—2008《電磁屏蔽材料屏蔽效能測量方法》，采用法蘭同軸法測試織物的電磁屏蔽效能，采用掃頻測量的方式測試所制備試樣在30～1 500 MHz內(nèi)的電磁屏蔽效能。

測試在溫度為15～30℃、相對濕度小于80%的室內(nèi)進行。測試所用的儀器設(shè)備包括網(wǎng)絡(luò)分析儀、衰減器、同軸測量裝置［6］。測試編號為1～15織物的屏蔽效能值(SE值，dB)，每塊織物測試3次并取平均值，對所得的數(shù)據(jù)進行分析。再測試編號為16～30織物的屏蔽效能值(SE值，dB)，每塊織物測試3次并取平均值，將所得數(shù)據(jù)與編號為1～15織物的屏蔽效能值對比。

2 結(jié)果與討論

2.1 嵌織比例對織物屏蔽效能的影響分析

圖2所示為三種組織結(jié)構(gòu)的織物屏蔽效能隨著鍍銀纖維嵌織比例變化的測試結(jié)果。

由圖2可見，平紋與斜紋織物的屏蔽效能在800 MHz內(nèi)隨著織物內(nèi)鍍銀長絲嵌織比例的變大而增強，而緞紋織物的屏蔽效能在500 MHz內(nèi)隨著鍍銀長絲前值比例的變大而增強。這是因為鍍銀長絲嵌織比例的增大會使得織物表面的金屬浮點增加，當電磁波到達織物表面時，其反射率也會增加。圖2中每一種組織結(jié)構(gòu)的織物只對某個極小頻率段的電磁波具有很好的屏蔽效能，當頻率繼續(xù)變大時，屏蔽效能并不隨著嵌織鍍銀長絲比例的增大而增強。原因是鍍銀長絲單向排列，主要是依靠銀的高磁導率、低磁阻的特性對較低頻率的磁場有很好的屏蔽效能;交變電磁場頻率較高時，會增加其磁阻，降低屏蔽效果［7］。

圖2 相同組織結(jié)構(gòu)不同鍍銀長絲嵌織比例的屏蔽效能Fig.2 The shielding effectiveness of fabrics with the same weave structure and different embedded woven proportions of silver plated filament

2.2 組織結(jié)構(gòu)對織物屏蔽效能的影響分析

圖3為相同嵌織比例鍍銀長絲織物隨著組織結(jié)構(gòu)變化的電磁屏蔽效能測試結(jié)果。

由圖3可見，織物的電磁屏蔽效能與鍍銀長絲嵌織比例有關(guān)，不同嵌織比例的三種組織結(jié)構(gòu)織物在不同頻率下屏蔽效能有差異。但總體來說，當頻率小于800 MHz時，緞紋組織的屏蔽效能相對于其他兩種組織較好。這是由于織物的導電性能對其屏蔽效能的影響，而且織物的導電性能與織物的組織結(jié)構(gòu)有一定的關(guān)系［8-9］。緞紋組織中鍍銀長絲的浮長長，且與滌綸絲的交織次數(shù)少，織物的表面比電阻要小于斜紋和平紋織物。另外，隨著鍍銀長絲嵌織比例的變大，各組織織物屏蔽效能的最佳點向頻率低的點轉(zhuǎn)移，使頻率在小于800 MHz時所表現(xiàn)出來的屏蔽效能增大，而頻率大于800 MHz其屏蔽效能則減小。這是因為鍍銀長絲嵌織比例的增大會使得織物表面的金屬浮點增加，當電磁波到達織物表面時，其反射率也會增加，而且嵌織鍍銀長絲的增加會導致織物的電阻減小，使得織物在低頻率范圍內(nèi)表現(xiàn)出更好的屏蔽效能，隨著電磁波頻率的變高，其屏蔽效能受趨膚效應［10］的影響而降低。

圖3 不同組織結(jié)構(gòu)下相同含量導電纖維的電磁屏蔽效能Fig.3 Electromagnetic shielding effectiveness of fabrics with different weave structures and the same content of conductive fiber

2.3 鍍銀長絲纖度對織物屏蔽效能的影響分析

圖4是不同纖度的鍍銀長絲在對應的織物組織結(jié)構(gòu)下的屏蔽效能。

圖4 相同組織結(jié)構(gòu)下不同的鍍銀長絲的纖度與屏蔽效能的對應關(guān)系Fig.4 Corresponding relation diagram of different finenesses of silver-plated filaments with the same weave structure and the shielding effectiveness

由圖4可見，83.3 dtex的鍍銀單絲和并股而成的166.7 dtex的鍍銀長絲對比樣的屏蔽效能有較大的差異。這是因為經(jīng)過并股的鍍銀長絲織物的緊密程度要大于單絲織物的緊密程度，即與經(jīng)紗纖度相當?shù)?66.7 dtex的鍍銀長絲織物相對于83.3 dtex的鍍銀單絲織物的緊密程度高，而且鍍銀纖維纖度越大所制織的織物其表面電阻要小，這樣就使織物在交互電磁場的作用下容易產(chǎn)生反向電磁感應現(xiàn)象，從而達到吸收電磁波的目的。

2.4 織物及其排列角度對屏蔽效能的影響

實驗選取了鍍銀長絲嵌織比例為25%的平紋織物作為研究對象，分別在0°和90°下探討兩塊相同參數(shù)的試樣，在不同排列角度下對屏蔽效能的影響。圖5反應的是兩塊試樣在30～1 500 MHz的頻率下不同排列角度與屏蔽效能的關(guān)系，由圖5可以看出，當兩塊織物的鍍銀長絲成90°垂直情況下的屏蔽效能要遠遠大于鍍銀長絲成0°平行下織物的屏蔽效能。這是因為垂直交叉的兩塊鍍銀長絲織物可以屏蔽掉互相垂直的電場與磁場［11］。

圖5 雙層平紋織物中鍍銀長絲排列方式與其屏蔽效能的關(guān)系Fig.5 Relationship between arrangement of silver-plated filament in double-layer plain cloth and its shielding effectiveness

3 結(jié)論

1)隨著鍍銀長絲嵌織比例的增大，在30～800 MHz頻率段內(nèi)，織物的屏蔽效能逐漸增強。

2)織物的屏蔽效能還與織物中的鍍銀長絲的纖度有關(guān)系，紗線的纖度越大，織物的屏蔽效能越好。

3)雙層織物中鍍銀長絲的配置方式對屏蔽效能有很大的影響，鍍銀長絲相互垂直形成的網(wǎng)格使織物的屏蔽效能要大于鍍銀長絲平行排列的織物。

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