电磁屏蔽服装的性能影响因素分析

当今社会经济发展，科技进步，物质生活水平随之提高，琳琅满目的家用电器、电子产品进入人们的生活，并迅速成为不可或缺的一部分。然而，“电磁辐射”不经意间成为人类健康的新威胁。国内外大量的调查和研究报告表明[1-3]，人体受到电磁波辐射后，会对电磁波产生吸收、反射和透射一系列反应，继而产生热效应和非热效应，另外电磁辐射对人体的眼睛、心血管系统、生殖系统、神经系统和内分泌系统等有着不同程度的伤害。因此，电磁屏蔽服装应运而生，并在近几年得到迅速发展。如何设计出最适合人体穿着的最佳电磁屏蔽服装则是当前研究主要方向。

本文针对市场上的几种电磁屏蔽服装，对不同的组织结构、款式、面料的样衣和样衣面料进行屏蔽效能测试，研究分析各相关因素对电磁屏蔽服装屏蔽性能的影响，并找出一定的规律，以期为设计、穿着和保养电磁屏蔽服装，并提高其屏蔽效能提供借鉴。

1 试验样品

针对目前较常见的电磁屏蔽服装，本试验研究选择以下6种试验样衣进行测试分析，具体信息如表1。

表1 试验样衣具体信息

2 试验过程

2.1 试验条件

本次试验模拟人们实际工作生活中的两种电磁辐射场景：日常工作环境和日常生活环境，以下分别简称为工作环境和生活环境。

（1）工作环境测试：笔记本电脑2台，手机2台；人们在日常的工作环境中，会受到电脑、打印机及手机等辐射，测试分为站姿与坐姿。

A）坐姿：未穿着试验样衣时，电场强度测试：距离电脑屏幕0.3m处，5处位置测试，时间间隔3分钟；穿着试验样衣时，电场强度测试：距离电脑屏幕0.3m处，测量部位胸部2处，腹部3处，每处测量3次；每件样衣测试时，保证胸部测试点和腹部测试点5点的位置相同。

B）站姿：与坐姿时测试步骤相同，不同之处在于距离电脑屏幕0.5m。

（2）生活环境测试：笔记本电脑1台，电视1台，微波炉1台，手机1台；与工作环境测试部位一样，不同之处在于测试环境不同，测试坐姿时，距离电视机屏幕1.5m。

2.2 测试仪器

本次试验选用的测试仪器是TES-92电磁场测试器，可以监测50MHz至3.5GHz范围的高频辐射。该仪器的灵敏度较高，同时仪器中有3种感应器，它们位于前端圆球内。感应器在测量电磁场时，移动电场感应器，可以接收来自3个方向的电压。电场感应器具有等向性，所以在操作时并不需要将天线移动到3个平面，仅仅需要点向目标物就可以实现3个方向测量。仪器图如图1所示。

图1 试验测试仪器图

2.3 辐射源因素

2.3.1 辐射源类型

电磁屏蔽服装的屏蔽效能与人所处的环境有一定的关系，鉴于此，本文分析了工作环境坐姿与生活环境坐姿样衣2的屏蔽效果。测试结果如图2所示。

图2 样衣2工作环境与生活环境坐姿屏蔽效能对比

由图2可以看出，样衣2在工作环境坐姿的屏蔽效能大于在生活环境坐姿的屏蔽效能。因为工作环境与生活环境两处的辐射源类型不同，所以，我们可以分析得知，当服装处于不同的辐射源环境中时，服装的屏蔽效果也会有不同。

2.3.2 与辐射源距离

辐射源分为近场和远场，一般人们生活中基本属于辐射源的远场范围内，本研究在远场环境下，研究人体和辐射源之间的距离对电磁屏蔽服装屏蔽效能的影响。取样衣2分别在条件1与条件2下进行测试。

（1） 条件1：在工作环境站姿条件下进行测试；

（2） 条件2：在工作环境站姿条件下，距离电脑屏幕的距离增加1m（即距离电脑屏幕1.5m）进行测试。

得出两组对比数据，分别为条件1（工作环境站姿的数据组）与条件2（工作环境站姿离辐射源距离增加1m的数据组），用来研究分析人体与辐射源之间的距离对服装屏蔽效能的影响。其结果如图3所示。

图3 样衣2在条件1与条件2的屏蔽效能对比

由图3可以看出，在辐射源的远场区域内，其服装的整体电磁屏蔽效能随着距离的增加而有所增大，这是因为在远场区内，辐射源的辐射强度衰减得很快，泄漏进服装的内电磁波减少，因此服装的屏蔽效能上升。

2.4 面料因素

由前人研究可知，面料中金属纤维含量增多，屏蔽效能随之变好[4]。试验样衣1、样衣2、样衣3分别是采用25%、30%、50%不锈钢纤维制成的长款电磁屏蔽裙装，试验在工作环境站姿条件下测试样衣1、样衣2、样衣3的屏蔽效能，对工作环境站姿测试结果进行分析，如图4所示。

图4 样衣1、2、3 工作环境站姿服装整体屏蔽效果对比

由图4可以看出，样衣1、样衣2、样衣3的不锈钢纤维的含量不同，但制成服装后，款式均为长款裙装，服装整体屏蔽效果、胸部及腹部屏蔽效果样衣3>样衣2>样衣1。在工作环境站立姿势时，服装的款式相同，随着金属纤维含量的增加，服装整体屏蔽效果及胸部、腹部各部位屏蔽效果呈上升趋势，且胸部的屏蔽效果均大于腹部的屏蔽效果。说明当面料制成相同的服装款式后屏蔽效能仍随着金属纤维含量增加而增加。

2.5 服装结构因素

2.5.1 服装长短

服装的长短对服装的整体屏蔽效能是有一定影响的，长款遮盖面积大，对电磁辐射的屏蔽作用好。样衣2与样衣4不锈钢纤维含量均为30%，样衣2为长款裙装，而样衣4为背带款的服装，两者的款式相近，而样衣2的衣长为76.9cm，样衣4的衣长为71.6cm，样衣4的衣长比样衣2短，因此用样衣2、样衣4来研究服装的长短对服装屏蔽效能的影响情况。选取的测试条件是工作环境站姿。样衣2和样衣4的测试结果如图5所示。

图5 工作环境站姿样衣2和样衣4屏蔽效果对比

由图5可知，样衣2的胸部屏蔽效果大于样衣4，两者的腹部屏蔽效果相近，整体屏蔽效果是样衣2>样衣4，说明服装的长短会对服装的整体屏蔽效能有一定的影响。为进一步研究，对样衣2、样衣4工作环境中坐姿时测试结果进行分析，结果如图6所示。

从图6可知，样衣2的胸部与腹部、服装整体屏蔽效果平均值均大于样衣4，因此在工作环境中，无论是站姿还是坐姿，样衣2的屏蔽效果都比样衣4好。因此可推断，服装长度长，其能屏蔽更多的电磁波。所以可以在设计服装时，通过适当增加服装的长度来获取更好的屏蔽效能。

图6 工作环境坐姿样衣2和样衣4屏蔽效果对比

2.5.2 袖笼深度

袖笼处的开口大小对于服装而言，袖笼深，导致服装孔洞开口增大，电磁辐射会更容易泄漏进去。本文取样衣4与样衣4.1进行比较分析，研究袖笼大小对服装整体屏蔽效能的影响。样衣4.1为样衣4的背带向下系一个扣，增大了服装的袖笼。图7为样衣4和样衣4.1服装在工作环境坐姿的屏蔽效果对比图。

图7 工作环境坐姿样衣4与样衣4.1整体屏蔽效能对比

由图7可以看得出，样衣4的整体屏蔽值大于样衣4.1，样衣4的袖笼是小于样衣4.1的。初步验证袖笼大小对服装整体屏蔽效果的影响。

样衣4与样衣4.1在生活环境坐姿时，服装的屏蔽效果对比如图8所示。

图8 生活环境坐姿样衣4与样衣4.1屏蔽效能对比

由图7、图8分析可知，两种环境下，样衣4的屏蔽效果均大于样衣4.1，说明袖笼的深度大小对服装屏蔽效能有一定影响。其中，试验测得服装在胸部的屏蔽效果有差异，样衣4胸部的屏蔽效能值与样衣4.1胸部的屏蔽效能值有大有小，因此，虽然样衣4.1的背带扣下调了，增大了袖笼处开口，但其胸部屏蔽效果并没有受到太大影响；从腹部的测试结果可知，服装袖笼大小的改变，最容易受影响的是腹部的屏蔽效果。因此在服装设计中，在保证屏蔽效果的同时，可适当增加袖笼处大小，以使人体在手臂运动时有较好的舒适性。

2.5.3 下摆开口大小

服装下摆有利于空气上下对流，调节服装内微气候，改善人体服装上的舒适性，但是作为电磁屏蔽服装，其下摆开量变大，将导致电磁辐射通过下摆处进入服装内部，对人体造成影响，降低服装整体的屏蔽效能。本文将对样衣5与样衣5.1进行对比性分析研究，样衣5.1是将样衣5的下摆收紧，其研究结果如图9所示。

图9 工作环境站姿样衣5与样衣5.1屏蔽效能对比

由图9分析可以得出，样衣5的屏蔽效能较样衣5.1小，说明下摆开量减小有利于提高服装的屏蔽效果。但如果服装下摆开口过小，会影响生活的方便性和运动的舒适性。因此，在设计服装的时候，服装下摆开口量的设计要在行动方便性、运动舒适性与屏蔽效能三者之间达到一个平衡。

2.6 人体姿态

日常工作生活中，人是处于运动的状态，但是若在运动状态时测量，变量因素太多，仪器测量本身需要在较稳定的环境下进行，在此本研究测试了在工作环境中，站姿与坐姿时的屏蔽效果，来分析人的不同姿势对服装屏蔽效能的影响。以样衣1来进行分析研究。样衣1在工作环境下站姿与坐姿屏蔽效果对比如图10所示。

图10 样衣1工作环境下站姿与坐姿屏蔽效果对比

由图10可知，站姿的时候服装的整体屏蔽效果没有坐姿时好，其原因是坐着的时候其下摆开口量减少，泄漏进服装内部的电磁波减少，所以屏蔽效果更好。因此人体的相关运动姿态对服装的屏蔽效果也是有一定影响的。

2.7 收口式服装屏蔽效果分析研究

本研究选取的收口式服装样衣6，含有20%的不锈钢纤维，平纹织造，属于上下均附有弹力带，上下收口的筒状的电磁屏蔽服装。接下来研究分析样衣6与其他普通样衣之间的差异，以及样衣6的人体工学分析。

2.7.1 样衣间对比分析

试验将样衣6与样衣1、样衣5进行对比分析，在各不同测试环境下三者的屏蔽效能对比如图11、图12、图13所示。

图11 样衣1、样衣5、样衣6工作环境站姿屏蔽效果对比

图12 样衣1、样衣5、样衣6工作环境坐姿屏蔽效果对比

图13 样衣1、样衣5、样衣6生活环境坐姿屏蔽效果对比

由图11、图12、图13可知，在工作环境站姿、工作环境坐姿、生活环境坐姿3种不同的环境下，样衣1与样衣6相比，样衣6的屏蔽效能都高于样衣1。样衣6的不锈钢纤维含量比样衣1低，且样衣1面料为斜纹织物，样衣6面料为平纹织物，但样衣6的屏蔽效果却比样衣1好，说明服装的收口式设计提高了电磁屏蔽服装的屏蔽效能。

2.7.2 样衣6研究分析

收口式服装存在上下收口，服装开口和缝隙越小，屏蔽效果一般都越好，因此接下来分析正常穿着与上收口收紧状态时服装电磁屏蔽效能的对比，即样衣6与样衣6.1的对比。样衣6.1表示将样衣6的上抽带拉紧，样衣6和样衣6.1在工作环境站姿、工作环境坐姿、生活环境坐姿3种不同的测试环境下，其屏蔽效果对比如图14、图15、图16所示。

图14 样衣6和样衣6.1工作环境站姿屏蔽效果对比

图15 样衣6和样衣6.1工作环境坐姿屏蔽效果对比

图16 样衣6和样衣6.1生活环境坐姿屏蔽效果对比

由图14、图15、图16可知，就服装整体而言，样衣6.1将上部收口之后其屏蔽效果比样衣6好，也说明了减少服装中的开口缝隙可以提高服装的屏蔽效果。但是减少缝隙的同时会增加人体的服装压力，从人体工学角度来看，服装压会给人体带来不舒适的感觉，因此适当地收拢服装上口，增加服装屏蔽效能的同时，也要让着装者感到舒适的状态。

3 结论

本文研究各因素对电磁屏蔽服装的影响，得出辐射源的类型、面料、人体姿态、服装结构均对电磁屏蔽服装的屏蔽效能有影响，特别是服装的结构对服装的屏蔽效能有较大影响，并且专门针对收口式服装进行了分析，得出上下收口式的设计提高了服装的整体屏蔽效能。但从人体工学角度出发考虑，收口紧会产生的服装压，对人体舒适性有一定影响，因此，应当在保证人体舒适性的前提下，对电磁屏蔽服装进行适当的收口，以提高电磁屏蔽服装的电磁屏蔽效能。