镀银长丝防电磁辐射机织物的设计与研发

张丽娟

（唐山学院，河北唐山 064000）

电磁波作为第四大污染源，是看不见、摸不着而又无处不在、无时不有的“隐形杀手”。国内外大量研究表明，长期受电磁波辐射会引起内分泌、生殖、脑神经和免疫等系统的生理病变。为保护人体不受或少受电磁辐射的危害，赋予纺织品防电磁辐射功能是必要的。鉴于一定条件下，单向嵌入和织入防电磁辐射功能纱线的织物的防辐射性能较低，为了更好地生产出满足日常生活环境所需的防辐射性能织物，本研究在不同辐射强度环境及不同纱线结构条件下，通过建立镀银长丝双向织物模型，对织物屏蔽效能进行检测，为设计开发出不同需求的防电磁辐射功能镀银长丝织物奠定基础，为批量生产提供可靠的技术和理论支撑。

1 防电磁辐射织物屏蔽机理及屏蔽效果

1.1 屏蔽机理

防电磁织物能有效限制电磁能量从织物的一侧空间向另一侧空间传递。电磁波传到防电磁辐射织物表面时的衰减机理有3 种[1]。

（1）屏蔽体表面的反射衰减。该种反射只要求交界面不连续，不要求屏蔽材料必须达到一定的厚度。

（2）没有被反射的电磁波在进入防电磁辐射织物的内部时被吸收衰减。频率越高 ，波长越短，吸收越多。

（3）在防电磁辐射织物的内部被多次反射衰减。在屏蔽体内尚未被衰减掉的剩余能量，在传到材料的另一表面时，形成再次反射，重新返回屏蔽体内，这样的反射可能会多次发生。

总之，电磁波被电磁屏蔽体的衰减主要源于电磁波的反射和吸收。

根据以上理论，防电磁辐射织物的总屏蔽效能可按式（1）计算[2]:

其中，SE—电磁屏蔽效果；R—表面单次反射衰减；A—吸收衰减；B—内部多次反射衰减。

电磁波在材料中传输的过程如图1。

图1 电磁波在材料中的传播示意图

总屏蔽效能SE 的值越大，代表材料的屏蔽效能越好。高频时，屏蔽效能主要取决于电磁波在材料内部传播时的吸收损耗；低频时，屏蔽效能主要取决于反射，材料的导电性越好，反射就越强，屏蔽效能就越好。

此外，屏蔽效能还能用对数表示的电压、电流、功率等电量大小之比，单位是dB（分贝）[3-4]。屏蔽效能的计算式见式（2）：

式中， P1—有屏蔽材料时的接收功率， P2—无屏蔽材料时的接收功率。若接收器的读数是电压，屏蔽效能SE 还可用式（3）表示：

式中， V1—有屏蔽材料时的电压值， V2—无屏蔽材料时的电压值。

1.2 屏蔽效果评价及影响因素

在30～1 000 MHz 频率范围内，针对大多数电子产品的屏蔽材料，屏蔽效能要达到35 dB 以上才会有充分的屏蔽效果。屏蔽效能受频率的影响较大,30～60 dB 的屏蔽效能就可以供实用[5]，防电磁辐射织物的屏蔽效能评价见表1。

表1 屏蔽效能评价表

影响防电磁辐射织物屏蔽效能的因素主要有辐射源的种类和距离、纤维种类及纱线形态结构、织物的组织结构与紧度、防辐射功能纤维含量、电磁屏蔽整理、空隙等[6-8]。

2 镀银长丝机织物设计

2.1 镀银长丝材料选用

本研究采用了高性能功能纤维—锦纶基镀银纤维。该纤维因具备防电磁波辐射、抗菌、抗静电、调节体温、除臭等功能，受到人们的青睐，具体规格如表2。

表2 镀银长丝规格

2.2 机织物模型建立

本研究分别将镀银长丝及赛络菲尔纱双向垂直交叉交点相接缠绕在自制的纱线架上，建立了机织物模型。通过改变排列间距，为研发满足不同需求的经纬向嵌织电磁屏蔽机织物提供借鉴，双向垂直交叉交点相接排列模型如图2。

图2 双向垂直交叉交点相接模型

其中，J—机织物的经向；W—机织物的纬向。实验时，通过改变镀银长丝及赛络菲尔纱的排列密度，建立的机织物模型规格如表3。

表3 机织物结构模型规格

3 屏蔽效能测试与分析

3.1 实验方法

本研究根据QJ 2809—96 和SJ 20524—1995 两种测试法，应用了自主设计研发的具有国家发明专利的纺织材料防电磁辐射性能测试仪。测试回路如图3。

图3 仪器测试回路

该测试仪摆脱了防电磁辐射功能纺织品开发的盲目性和滞后性，建立了研发的“预测—设计—优化—实现”快速反应机制。

3.2 屏蔽效能测试结果分析

实验测试了16 种辐射频率下机织物模型的屏蔽效能，测试结果如图4。

图4 屏蔽效能测试结果

功能纱线网格对角线长度在一定范围内对屏蔽效能的影响可以忽略不计，即当网格对角线长度小于0.01λ 时，网格对角线长度对屏蔽效能几乎没有影响。但如果网格孔洞密度高达一定程度时，相邻孔洞间发生耦合作用，使得屏蔽效能减小，屏蔽效果变差[9]。三种机织物模型网格对角线长度与辐射源0.01λ 的关系如表4。

（1）由表4 可知，对角线长度为L1=1.21 mm 时，所测试16 个频率下网格对角线长度均对屏蔽效能没有影响。对角线长度为L2=2.26 mm 时，所测试频率为90～1 290 MHz 下，网格对角线长度对屏蔽效能没有影响。对角线长度为L3=3.34 mm 时，所测试频率为90～810 MHz下，网格对角线长度对屏蔽效能没有影响。此时，主要是频率、镀银纤维含量和网格的耦合作用对屏蔽效能的影响。

（2）从图4 可以看出，在相同的辐射频率下，当同种长丝或赛络菲尔纱的网格对角线增大时，所对应的机织物模型的屏蔽效能逐渐减小。主要是因为随着网格对角线的增大，镀银纤维的分布密度变小，屏蔽效能也就减小。

（3）相同频率和网格对角线长度下，镀银长丝机织物模型的屏蔽效能大于赛络菲尔纱机织物模型的屏蔽效能，主要是由于相同长度下赛络菲尔纱中的镀银长丝长度比单根镀银长丝的长度长、电阻大、屏蔽效能低。此外，赛络菲尔纱的纱线结构使得网格交点处的长丝有可能没有相接，防电磁辐射材料的不连续也会导致屏蔽效能下降。

（4）一定频率下，每种模型的屏蔽效能均随电磁波频率的增大而减小，主要原因是电磁波频率越大，波长越小，在一定的孔隙下穿过屏蔽体的电磁波能量越多，导致屏蔽效能越小。

表4 网格对角线长度与0.01λ 关系

4 镀银纤维机织物研发指导

对不同频率下6 种镀银纤维机织物模型屏蔽效能进行测试，可用于日常用防电磁辐射的规格如表5。

鉴于相同长度下织物中镀银长丝的长度比机织物模型中镀银长丝长度长、电阻大，导致屏蔽效能低，在织制机织物时建议适当增大镀银长丝的密度。

表5 镀银长丝机织物研发指导

此外，需进一步研究机织物组织对织物屏蔽效能的影响。