线缝对电磁屏蔽服装面料屏蔽效能的影响

2017-08-16汪秀琛李亚萍路向阳

丝绸 2017年8期

关键词：包边屏蔽织物

苏莹,汪秀琛,李亚萍,潘振,路向阳,刘哲

(中原工学院服装学院，郑州 450007)

研究与技术

线缝对电磁屏蔽服装面料屏蔽效能的影响

苏莹,汪秀琛,李亚萍,潘振,路向阳,刘哲

(中原工学院服装学院，郑州 450007)

为研究线缝对电磁屏蔽服装面料屏蔽效能的影响，选择不锈钢防辐射织物、多离子导电布、金属网等材料，根据缝纫线种类、缝合方向、缝型种类及不同材料包边处理四个变量设计制作不同的实验样品。利用小窗法屏蔽效能测试系统进行屏蔽效能测试。结果显示：镀银缝纫线的屏蔽效能相比于普通缝纫线更稳定，使用镀银缝纫线屏蔽效果要优于普通缝纫线；沿纬线方向缝合的屏蔽效能低于沿经线方向缝合，要尽量减少其在沿纬线方向的使用；三种缝型的屏蔽效能整体较为接近，包缝的性能最优；在缝型的包边处理中选择不锈钢织物包边更为合适。

电磁屏蔽；服装面料；屏蔽效能；线缝；缝型

近年来，现代电子工业高速发展，人类在生产生活中不断接触到各种各样的电磁波。大量研究表明，人体受到电磁波辐射后，会对电磁波吸收、反射和透射，产生热效应和非热效应，危及身心健康[1]。因此，为防止电磁波对人体的伤害，电磁屏蔽服装的研究与开发越来越受到世界各国消费者的关注。当前国内外的研究主要集中在对电磁屏蔽织物屏蔽效能的提高上，利用新型纤维混纺、先进的制作技术或通过多种不同屏蔽织物的组合研发出高屏蔽效能的电磁屏蔽织物[2-3]。但是，使用高屏蔽效能面料制成的电磁屏蔽服装却并不具有相同的屏蔽效能，其中一个重要原因就是电磁波可以通过服装上任意一处线缝形成的微小缝隙和孔洞向内传递到全身，从而使其屏蔽效能大大下降，甚至丧失其防护效果[4-6]。因此，研究线缝对服装面料屏蔽效能的影响可以指导电磁屏蔽服装的设计及生产，具有重要的学术意义及应用价值。

目前有关线缝对电磁屏蔽服装屏蔽效能影响的研究还较少，仅有一些学者对缝隙和孔洞方面进行了相关研究。王业飞等[7]提出屏蔽的平面模型，将电磁屏蔽材料应用到屏蔽室建设中会出现块与块之间的搭接，搭接处测试缝隙长度对屏蔽室屏蔽效能产生的影响。刘韬等[8]，徐亮[9]，段玉平等[10]利用时域有限差分法，通过计算机建模研究孔缝的形状大小对电磁屏蔽效能的影响，分析了不同长度、尺寸的缝隙与金属箱体屏蔽效能的关系，进而提出了缝隙尺寸的限制要求及处理方式。汪秀琛等[11]，杨雅岚等[12]研究发现服装中缝隙和孔洞对服装电磁屏蔽效能有较大的影响。李帅等[13]采用标准场强法，对织物表面开有不同长度的缝隙和不同直径的圆口时对屏蔽效能的影响进行了重点测试和分析，缝隙和圆孔都对织物的屏蔽效能有重要影响。汪秀琛等[14]建立数学模型，利用“开窗法”研究模拟服装中常见的缝隙，选择缝隙长度为实验变量对服装屏蔽效能进行研究。这些文献都为本文的研究提供了理论知识和实验思路的指导和参考。同时也可以看出，目前大部分研究主要侧重于缝隙及孔洞等对电磁屏蔽面料和服装屏蔽效能的影响，关于缝纫线、缝合方向、缝型等线缝的相关要素对电磁屏蔽面料屏蔽效能影响的探索还较少提及。

本文选择合适的实验材料，根据缝纫线的种类、缝合方向、缝型的种类及不同材料包边处理四个变量，设计制作不同结构的电磁屏蔽面料实验样品。利用小窗法屏蔽效能测试系统对实验样品进行屏蔽效能测试。通过分析实验结果得出，线缝与电磁屏蔽面料屏蔽效能的关联和规律，为电磁屏蔽服装的设计与制作提供理论依据。

1 实验方案

1.1 材料

本文选择三种目前比较常用且屏蔽效能较好的电磁屏蔽材料作为实验面料及包边处理材料：1#不锈钢防辐射织物；2#多离子导电布；3#金属网，其扫描图及微观图见图1(放大200倍)，规格见表1。

图1 实验织物Fig.1 Experimental fabrics

表1 织物规格Tab.1 Fabric specification

缝纫线选择普通缝纫线及镀银缝纫线，见图2。

图2 缝纫线的种类Fig.2 Type of sewing threads

1.2 屏蔽效能测试方法

采用DR-SO4小窗法屏蔽效能测试箱(北京鼎容实创科技有限公司)，AV3629D微波矢量网络分析仪(中国电子科技集团公司第四十一研究所)对所有实验试样进行测试，根据实验设备及研究目的确定实验样布大小为40 cm×40 cm，测试距离为1.5 m。测试频率范围为1 GHz～18 GHz，极化方向为水平极化和垂直极化。测试三次，求平均值作为最终结果。表1所示实验面料在1 GHz～18 GHz波段范围的屏蔽效能测试结果见图3。

从图3可以看出，三种实验织物在极化方向上的稳定性由强到弱依次为不锈钢防辐射织物、多离子导电布、金属网。在整体实验波段内，不锈钢防辐射织物的屏蔽效能最低在40 dB左右，多离子导电布屏蔽效能均在45 dB以上，金属网的屏蔽效能在30～60 dB浮动。

1.3 实验样品制作方案

本文着重从缝纫线种类、缝合方向、缝型种类、不同材料的包边处理四个方面考虑制作实验样品。统一采用不锈钢织物作为待缝制面料，多离子导电布及金属网作为后处理材料。缝制长度与面料长度一致，缝制位置为面料的中间部位。缝制用机针统一固定为14号，针距为12针/3 cm。

图3 单层实验样布的屏蔽效能Fig.3 Shielding effectiveness of single layer test samples

1.3.1 缝合方向

不锈钢防辐射面料的经纬纱向密度不同，因此缝合方向也会影响织物的屏蔽效能。在服装的制作过程中，缝合方向会根据服装的设计、结构和造型等需求而变化，并不固定。本文主要从面料的层面上对缝合方向进行研究，简化实验内容主要以织物的经向为沿经线方向，纬向为沿纬线方向，缝制缝合方向为沿经线方向和沿纬线方向的实验样品。缝制时除缝合方向改变外，其余因素均保持不变，缝纫线采用如图2所示的普通缝纫线，缝型统一为最普遍且简单的平缝结构，见图4(a)。

1.3.2 缝型的种类

选择常用的三种缝型种类制作实验样品：平缝；包缝；来去缝，如图4所示。

图4 缝型的类型Fig.4 Seam types

缝制时除缝型类型改变外，其余因素均保持不变，缝型方向均与织物经向平行。

1.3.3 不同材料的包边处理

使用不锈钢织物，多离子导电布及金属网分别对不锈钢织物进行包边处理，缝制组合工艺见图5。

图5 缝型的包边处理Fig.5 Edge covering treatment of seam types

缝制时除包边处理的材料组合方式改变外，其余因素均保持不变。

2 结果与分析

2.1 缝纫线类型不同时的屏蔽效能

选取平缝作为缝制试样并保证其他因素不变，两种缝纫线的屏蔽效能测试结果见图6。从图6可知，当实验样品使用普通缝纫线时，其屏蔽效能在垂直极化方向上浮动范围较大，整体不够稳定，最低点在30 dB左右。当使用镀银缝纫线时，水平与垂直极化方向的屏蔽效能较普通缝纫线稳定，且最低值在35 dB左右。即镀银缝纫线的屏蔽效果要优于普通缝纫线。

图6 不同缝纫线种类的屏蔽效能
Fig.6 Shielding effectiveness of sewing threads of different types

2.2 缝合方向不同时的屏蔽效能

选取平缝作为缝制试样并保证其他因素不变，当缝合方向不同时的屏蔽效能见图7。从图7可以明显看出，两个缝合方向的屏蔽效能在垂直极化方向高于水平极化方向，可达到35 dB以上。且通过对两个缝合方向屏蔽效能的对比可知，沿经线方向缝合试样的屏蔽效能在两个极化方向上均高于沿纬线方向试样5 dB左右。即试样沿经线方向缝合的屏蔽效能要好于沿纬线方向缝合的屏蔽效能，主要是由于试样的平均经密要大于平均纬密。

图7 不同缝合方向的屏蔽效能
Fig.7 Shielding effectiveness of fabrics stitched in different directions

2.3 缝型种类不同时的屏蔽效能

在其他因素不变的情况下，缝型种类不同时的屏蔽效能见图8。从图8可见，三种缝型的屏蔽效能整体较为接近。三种缝型垂直极化方向的屏蔽效能浮动范围较大可达30～40 dB，但是在1 GHz～6 GHz频率下，屏蔽效能较高可达40 dB。水平极化方向则相对稳定。据缝型的结构及电磁波的入射方向可知，水平极化时电磁波与缝型结构平行即与缝型处缝隙平行，当频率增大时电磁波的穿透面变化不大，因此屏蔽效能并不随着频率的增大而发生大的变化，整体较为稳定。而垂直极化时电磁波与缝型结构垂直，电磁波的穿透受到较多的阻挡使得试样屏蔽效能较好，但是随着电磁波频率的增大穿透能力的增强，使得缝型处阻挡随之变弱，由此试样屏蔽效能持续下降整体浮动范围较大。包缝和来去缝的屏蔽效能较为稳定且稍优于平缝，但考虑到来去缝有两条缝线，为了尽量减少缝迹和简化缝制工艺，采用包缝进行三线一针锁边效果较为合适。

图8 不同缝型种类的屏蔽效能
Fig.8 Shielding effectiveness of different seam types

2.4 不同材料包边处理时的屏蔽效能

在其他因素不变的情况下，包边处理的屏蔽效能见图9。从图9可见，三种包边处理方式在垂直极化上均不稳定，浮动范围在30 dB左右，但在1 GHz～8 GHz内屏蔽效能可达40 dB。水平极化方向的屏蔽效能则相对稳定，与缝型种类不同时的讨论一致。不锈钢织物包边与多离子导电布材料包边后处理方式，在水平、垂直极化方向屏蔽效能相对金属网包边处理较稳定，且均在35 dB以上。因此，在缝型的包边处理中可优先选择多离子导电布材料包边和不锈钢织物包边。

图9 不同材料包边处理的屏蔽效能
Fig.9 Shielding effectiveness of fabrics subject to edge covering treatment with different materials

3 结论

本文根据线缝的使用材料、缝型类型及不同包边处理方式等制作实验样品，对其进行屏蔽效能测试及分析，进而研究线缝对电磁屏蔽面料屏蔽效能的影响，可得出：

1)普通缝纫线的屏蔽效能在垂直极化方向上下浮动较大达到30 dB，镀银缝纫线时水平与垂直相对稳定些，且最低值在35 dB左右。因此，缝制电磁屏蔽服装时使用镀银缝纫线的屏蔽效果要优于普通缝纫线。

2)沿纬线方向缝合时的屏蔽效能要低于沿经线方向缝合时的屏蔽效能。当面料经纱与整体服装竖直方向水平时，在生产电磁屏蔽服装时要尽量减少沿纬线方向缝合的设计。

3)三种缝型垂直极化方向的屏蔽效能浮动范围较大可达30～40 dB，但在1 GHz～6 GHz频率下，屏蔽效能可达40 dB。水平极化则相对稳定。包缝和来去缝的整体屏蔽效能较为稳定且优于平缝，但考虑到来去缝有两条缝线，为了尽量减少缝迹和简化缝制工艺，采用包缝进行三线一针锁边效果较为合适。

4)三种包边处理方式，在垂直极化上不稳定浮动范围较大，但在1 GHz～8 GHz内屏蔽效能可达40 dB。不锈钢织物包边与多离子导电布材料包边后处理方式在水平、垂直极化方向的屏蔽效能相对金属网包边处理较稳定且均在35 dB以上。因此，在缝型的包边处理中可优先选择多离子导电布材料包边和不锈钢织物包边。

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Influenceofseamonshieldingeffectivenessofelectromagneticshieldingclothingmaterial

SU Ying,WANG Xiuchen,LI Yaping,PAN Zhen,LU Xiang yang,LIU Zhe

(School of Fashion,Zhongyuan University of Technology,Zhengzhou 450007,China)

To study the influence of seam on shielding effectiveness of electromagnetic shielding clothing material,different experimental samples were designed and made with stainless steel radiation resistant fabric,polyion conductive fabric,and metal net according to four variables,i.e. type of sewing thread,stitching direction,seam type and edge covering with different materials. Measurement of shielding effectiveness was conducted with small window method shielding effectiveness testing system. The result shows that the shielding effectiveness of silver-coated sewing thread is more stable than and superior to that of ordinary sewing thread; the shielding effectiveness of fabric stitched crosswise is inferior to that of fabric stitched engthwise,so it is better to avoid stitching crosswise as far as possible; the shielding effectiveness of the three seam types is roughly approximate,but that of overseam is best; stainless steel fabric is most ideal for edge covering.

electromagnetic shielding; clothing fabric; shielding effectiveness; seam; seam type

10.3969/j.issn.1001-7003.2017.08.007

2016-12-08;

:2017-06-13

国家自然科学基金面上项目(61671489，61471404)；河南省高等学校重点科研项目(15A540002)