碳纤维对电磁屏蔽服装开口处屏蔽效能的影响

王珍玉　金艳苹

摘要：为研究碳纤维对服装开口处电磁屏蔽效能的影响，文章分别以不同宽度碳纤维网格和不同配比碳纤维粉末涂层液两种方式对电磁屏蔽服装的袖口、领口进行处理，采用3m电磁屏蔽暗室法测试其处理后的电磁屏蔽效能，运用相关软件对测试结果进行分析。结果表明：袖口处缝制碳纤维网格后电磁屏蔽效能显著提高，且加入5 cm宽时电磁屏蔽效能最好，最高为32 dB;涂层不同配比涂层液后，袖口处电磁屏蔽效能在不同频率段内均有提高和减弱，且两种涂层液的变化情况相似。领口处缝制2 cm和3 cm宽碳纤维网格后，电磁屏蔽效能在不同频率段内增强效果呈相反趋势：经不同配比涂层液涂层后，电磁屏蔽效能同样都有明显提高，且涂层未混合碳纳米管的碳纤维粉末涂层液后电磁屏蔽效能最好，最高为22.7 dB。

关键词：电磁屏蔽服装;服装开口;碳纤维;电磁屏蔽效能;涂层液

中图分类号：TS941. 15

文献标志码：A

文章编号：1001-7003（ 2019） 12-0022-06

引用页码：121104

随着科技的发展，电子设备的不断普及，人们無论在工作还是生活中或多或少都受到电磁波的影响。经研究与统计，人若长时间处于电磁波作用下，会产生各种各样的生理或心理疾病[1]。为起到防护作用，穿着具有电磁屏蔽功能的服装是较为方便且可行的选择[2]。电磁屏蔽服装可有效减少电磁波对人体产生的危害，但其领口、袖口等开口部位不可避免会将电磁波传递到服装内部，从而减弱其电磁屏蔽效能[3-4]，所以开口部位成为影响电磁屏蔽服装电磁屏蔽效能的重点研究对象之一。研究表明，在众多电磁屏蔽材料中，不锈钢织物屏蔽效能持久，且多次洗涤后屏蔽效能不减，是目前市场上应用最广泛的高效屏蔽织物[5-6]。另外，吸波材料不但自身具有一定的电磁屏蔽效能，在处理之后，还能优化在服装方面的应用性能。碳纤维作为一种吸波材料，具有密度小、强度高、导电性好、化学稳定性好等优点[7]，成为目前国内外电磁屏蔽织物研究经常选用的基材之一[8]。李克兢等[9]研究发现，将屏蔽材料作为内衬或内胆缝制在服装中或直接在服装外层进行防电磁辐射的涂层处理是电磁屏蔽服装开发和设计的主要方式，屏蔽室法是评价服装电磁屏蔽效能最适用的方法[10]。本文为研究碳纤维在开口部位对电磁屏蔽服装电磁屏蔽效能的影响，将碳纤维网格布以不同宽度作为内衬缝制在电磁屏蔽服装的袖口、领口处，并将碳纤维粉末以不同比例配置成涂层液涂层在袖口、领口处，在电磁屏蔽暗室中进行开口处电磁屏蔽效能的测试，研究两种处理方式对屏蔽效能的影响。

1 实验

1.1 材料

实验材料主要有3 K 240 g碳纤维网格布（江苏宜兴腾碳纤维材料科技有限公司），300目的碳纤维粉末（南京纬达复合材料有限公司），纳米碳管分散液（常州市寅光电化技术有限公司），硅烷偶联剂KH-550（南京创世化T助剂有限公司），水性芳香族聚氨酯树脂（济宁宏明化学试剂有限公司）等，其中3 K 240 g碳纤维网格布的规格如表l所示。以具有吸波性能的碳纤维粉末、纳米碳管分散液作为吸波剂，以水、硅烷偶联剂、水性芳香族聚氨酯为基体按不同比例配置涂层液1和涂层液2，配比情况见表2。

由于3 K 240 g碳纤维网格极易脱散，故在裁剪时需在裁剪路线上涂一层水性芳香族聚氨酯树脂以保证其不会脱散[11]。研究表明，碳纤维网格在经过树脂处理之后，其电阻值及屏蔽效能的变化可以忽略不计[12]。

碳纳米管是一种高性能电磁吸收材料，是电磁屏蔽应用研究中优秀的复合导电材料。将碳纤维与碳纳米管以1：1比例复合作为导电剂时，电磁屏蔽效能优于碳纤维和碳纳米管作为单一导电剂时的情况[13]，因此本文将碳纤维粉末单独或与碳纳米管分散液以1：1的比例进行混合，配置两种涂层液。1.2实验服装设计与制作1.2.1股装试样规格及结构设计

由于男装结构较女装简单，能够减少干扰因素，所以选择185/100A的男装尺寸进行结构图的绘制。其规格尺寸见表3，结构图见图1、图2。

1.2.2服装试样的制作与处理

选用不锈钢面料制作实验所用服装。服装袖口折边一般设置为2—4 cm，可根据情况略加调整。但袖口及领口是服装与人体接触的边缘，且碳纤维网格较硬，缝制的内衬或涂层的涂层液过宽，均会使人体感到不适。因此，本次实验袖口处理宽度最大设计为5 cm，领口处理最大宽度为3 cm。根据方案设计分别制作12个衣袖，编号为A1-A12;5件上衣，编号为B1～ B5。袖口及上衣领口的处理方式如表4所示。

1.3电磁屏蔽效能测试

电磁屏蔽效能测试采用3m电磁屏蔽暗室法进行，主要包括3m暗室、人体模型、AV36290矢量网络分析仪、DRA00818放大器、发射与接收天线、测试软件等。测试过程为：将人体模型放置在整理好的电磁屏蔽暗室中，移动发射天线至合适的距离，使其对准模型：将袖子、衣身依次穿在人体模型上，用矢量网络分析仪进行测试。测试袖口处电磁屏蔽效能时须将袖隆用绳子扎紧，使袖口呈现唯一暴露在电磁波中的开口结构：测试领口处电磁屏蔽效能时需将袖口及下摆用绳子扎紧，使领口呈现唯一暴露在电磁波中的开口结构。

2结果与分析

2.1 袖口电磁屏蔽性能分析

2.1.1 碳纤维网格对袖口电磁屏蔽效能的影响

碳纤维网格宽度为1 cm和2 cm时袖口处的电磁屏蔽效能如图3、图4所示。

由图3、图4可以看出，在袖口处加入1—2 cm宽度的碳纤维网格后，频率在1000～3 000 MHz时袖口处电磁屏蔽效能均有不同程度的变化，且在大多数频率范围内电磁屏蔽效能有所减小。这是由于碳纤维网格作为内衬缝制在袖口时，形成的针孔造成了电磁波的泄露，从而使服装的屏蔽效能有所减弱。

碳纤维网格宽度为3、4、5 cm时袖口处的电磁屏蔽效能如图5 图7所示。

由图5-图7可知，袖口处分别添加碳纤维网格宽度为3～5 cm后，频率在1000～2 600 MHz时，袖口处电磁屏蔽效能总体呈减弱趋势;但在2 600～3 000 MHz时，电磁屏蔽效能均有不同程度增加，宽度为5 cm时增加效果最显著，且频率为2 800 MHz时屏蔽效能达到最高31 dB，增加15 dB。这是由于碳纤维在不同频率段内均具有较好的电磁屏蔽效能，在高频率段内最高可达到67 dB。随着袖口处添加宽度的增加，电磁波的透过率逐渐减少，从而使该处电磁屏蔽效能增强。

2.1.2涂层液对袖口电磁屏蔽效能的影响

两种不同比例涂层液涂层后袖口处电磁屏蔽效能如图8所示。

由图8可以看出，袖口处进行碳纤维粉末涂层液（A11）、碳纤维和碳纳米管混合涂层液（A12）涂层后，袖口处电磁屏蔽效能变化程度相似。频率在1400～1 800 MHz时，其电磁屏蔽效能均有所减弱：但频率在2 800～3 000 MHz时电磁屏蔽效能却都有明显提高，最高达到26 dB，提高10 dB。这是由于碳纤维粉末具有一定的电磁吸收效能，在高频率段内可使电磁屏蔽效能增强。

综上分析，在1000～3 000 MHz频率段内，袖口处缝制5 cm宽碳纤维网格后，其电磁屏蔽效能较好，最高达到32 dB。这是由于袖口处5 cm宽碳纤维网格对电磁波透过率减少造成的屏蔽效能优于碳纤维粉末对电磁波吸收所产生的屏蔽效能。

2.2领口电磁屏蔽性能分析

图9为碳纤维网格宽度分别为0、2、3 cm时领口处的电磁屏蔽效能测试结果，图10为涂层宽度为3 cm时领口的电磁屏蔽效能测试结果。

由图9可知，频率在1000～2 000 MHZ时，3 cm的碳纤维网格可明显提高其电磁屏蔽效能，最高达到16 dB。频率在2 000～3 000 MHz时，2 cm宽的电磁屏蔽效能总体有所提高，其中在2 600～3 000 MHz频率段内，增强效果最明显，提高6 dB。说明频率对碳纤维网格在领口处的电磁屏蔽效能产生一定的影响。

由图10可以看出，分别将碳纤维粉末、碳纤维粉末与碳纳米管分散液混合配置成的涂层液涂层在领口后，频率在1000～3 000 MHz时，电磁屏蔽效能均有明显提高。且涂层碳纤维粉末涂层液后增强效果更好，最高达到22.7 dB。频率为3 000 MHz时，屏蔽效能提高最显著，提高8 dB。

综上分析.1000～3 000 MHz频率段内，在领口进行碳纤维粉末涂层液涂层后，其电磁屏蔽效能较好，可达到22.7 dB。分析认为是由于碳纤维粉末涂层液一方面减小了领口处的孔洞率，一方面又对电磁波进行一定的吸收损耗，从而使其屏蔽效能提高。

3结论

通过将碳纤维以不同宽度作为内衬及碳纤维粉末、碳纤维粉末和碳纳米管混合涂层液涂层的方式应用在电磁屏蔽服装的袖口、领口处，进行电磁屏蔽效能测试，探究碳纤维在不同开口部位对电磁屏蔽服装屏蔽效能的影响，得到以下结论。

1）对电磁屏蔽服装的袖口和领口经碳纤维进行不同处理后，其开口处电磁屏蔽效能在不同频率段内有不同的变化情况。

2）袖口处缝制1～2 cm宽碳纤维网格后，频率在1 000～3 000MHz時屏蔽效能整体减弱：缝制3—5 cm宽后，频率在2 600～3 000 MHz时，电磁屏蔽效能均有不同程度的增强，且在缝制5 cm宽度碳纤维网格时，增强效果最显著，为32 dB。进行两种配比涂层液涂层后电磁屏蔽效能变化情况相似，在低频段内有所减弱，在2 712～3 000 MHz时明显提高，最高达到26 dB。因此，袖口可通过增加碳纤维宽度来增强其电磁屏蔽效能。

3）领口处缝制3cm宽碳纤维网格后，频率在1000—2 000 MHz时电磁屏蔽效能较好，最高达到16 dB：缝制2 cm宽碳纤维网格后，频率在2 000～3 000 MHz时屏蔽效能较好，最高达到12.5 dB。进行两种配比涂层液涂层后，在测试频率范围内其电磁屏蔽效能均显著提高，且经未混合碳纳米管的碳纤维粉末涂层液涂层后提高效果较明显，最高达到22.7 dB。因此，领口可通过涂层碳纤维粉末涂层液来达到其最佳电磁屏蔽效能。

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收稿日期：2019-03 -14;修回日期：2019-10-29

基金项目：浙江省服装工程技术研究中心（浙江理工大学）开放基金项目（ 2019FZKF10）

作者简介：王珍玉（ 1994 ），女，硕士研究生，研究方向为功能纺织服装材料。

通信作者：金艳苹，副教授，goldyp77@163.com。