不同電磁輻射屏蔽面料的最佳縫制工藝參數(shù)

孫嘉琪，于曉坤,2，胡吉永

(1.東華大學(xué) 服裝與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院, 上海 200051； 2.東華大學(xué) 現(xiàn)代服裝設(shè)計(jì)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200051； 3.東華大學(xué) 紡織學(xué)院，上海 201620)

隨著社會(huì)發(fā)展和科技進(jìn)步，電磁輻射污染及其危害逐漸引起社會(huì)各界的關(guān)注[1-2]。由于電磁輻射污染會(huì)對人體健康造成一定的負(fù)面影響[3]，民用電磁輻射屏蔽服的應(yīng)用也日益廣泛，其面料主要以金屬纖維混紡面料和鍍金屬纖維面料為主[4-5]，其屏蔽機(jī)制主要包括吸收、反射及多次反射3種形式[6]。結(jié)合面料特性以及成衣制作方式，縫紉過程中產(chǎn)生的孔洞及縫隙會(huì)對屏蔽服的屏蔽效能產(chǎn)生影響[7-8]。

目前已有的針對電磁輻射防護(hù)服縫制工藝參數(shù)的相關(guān)研究多為考察對屏蔽效能產(chǎn)生影響的縫制工藝參數(shù)并闡述二者間的相關(guān)性，缺少針對不同面料的縫制工藝設(shè)計(jì)及試驗(yàn)對比。本文針對3種市場上常見的電磁輻射屏蔽面料，選取5個(gè)縫制工藝參數(shù)設(shè)計(jì)針對性的正交試驗(yàn)，測試3種面料在不同縫制工藝下的屏蔽效能，對比不同面料屏蔽效能受縫制工藝參數(shù)的影響程度，分別總結(jié)出每種面料的最佳縫制工藝參數(shù)，以期對民用電磁輻射防護(hù)服裝的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)有指導(dǎo)作用。

1 試 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)面料

選取目前民用防輻射服生產(chǎn)中使用較多的3種電磁輻射屏蔽面料作為研究對象，分別為不銹鋼纖維混紡面料(1#)、鍍銀纖維混紡面料(2#)以及含銀防輻射針織面料(3#)。3#面料線圈橫密為79列/(5 cm),線圈縱密為89行/(5 cm)。試驗(yàn)面料基本參數(shù)見表1。

表1 試驗(yàn)面料基本參數(shù)

1.2 縫制工藝參數(shù)設(shè)置

顯著影響電磁輻射屏蔽面料屏蔽效果的因素主要有輻射源頻率及距離、面料中導(dǎo)電纖維含量、面料拼縫時(shí)產(chǎn)生的孔洞面積和拼縫處縫隙的長寬尺寸[9-10]等。在將面料縫制成服裝的過程中，由于機(jī)針穿刺面料，不可避免地使面料間產(chǎn)生了孔隙，通常會(huì)使電磁輻射屏蔽面料的屏蔽效能受到損失[8]。由于縫制過程中產(chǎn)生的孔隙與縫線種類、縫型、機(jī)針號(hào)數(shù)、針距等縫制工藝參數(shù)有密切關(guān)系，結(jié)合前人探究成果[10-11]并通過預(yù)試驗(yàn)對縫制工藝參數(shù)進(jìn)行篩選，針對不同面料分別選取縫紉線種類A、縫紉方向B、機(jī)針號(hào)數(shù)C、縫型D和針距E這5個(gè)縫制工藝參數(shù)中的前4個(gè)作為正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的試驗(yàn)因子，每種變化的試驗(yàn)因子擬定3個(gè)水平，其余縫制參數(shù)控制變量，采用4因素3水平正交表進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)?？p制工藝參數(shù)設(shè)置見表2。

表2 縫制工藝參數(shù)設(shè)置

1.3 屏蔽效能測試頻率確定

生活中人們受到手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備、冰箱、微波爐以及WLAN設(shè)備電磁輻射的頻率范圍主要集中在890～2 500 MHz之間[9,12]，考慮測試設(shè)備穩(wěn)定性及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，本文選擇在輻射源頻率500～3 000 MHz范圍內(nèi)對試驗(yàn)面料進(jìn)行的屏蔽效能測試，并從1 000 MHz起以200 MHz為差值選取10個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，即記錄輻射源頻率為1 000、1 200、1 400、1 600、1 800、2 000、2 200、2 400、2 600、2 800 MHz時(shí)測得的試驗(yàn)面料屏蔽效能。

1.4 試驗(yàn)方法

根據(jù)GB/T 30142—2013《平面型電磁屏蔽材料屏蔽效能測量方法》中對試樣尺寸的要求，將3種試驗(yàn)面料根據(jù)縫制試驗(yàn)工藝參數(shù)設(shè)置需求裁剪為12 cm×7 cm的裁片，并將裁片沿長邊在距布邊1 cm處縫合。取樣時(shí)需在原面料上裁取完整圓形與同心圓環(huán)作為參考試樣，用于測試縫制前試驗(yàn)面料的基礎(chǔ)屏蔽效能，其中圓形部分直徑3.5 cm，圓環(huán)內(nèi)徑8.5 cm，外徑11.8 cm；同時(shí)在縫制后的正方形試樣正中裁取直徑11.8 cm的圓形負(fù)載試樣，用于測試在不同縫制工藝參數(shù)下縫制后的試驗(yàn)面料屏蔽效能。取樣時(shí)應(yīng)合理避開可能影響試驗(yàn)結(jié)果的疵點(diǎn)與明顯折痕。取樣后對負(fù)載試樣按順序編號(hào)，共得到27個(gè)縫制試樣。

測試前將參考試樣、縫制試樣在常溫標(biāo)準(zhǔn)大氣環(huán)境中放置48 h調(diào)濕，使用FY800織物防輻射性能測試儀(溫州方圓儀器有限公司)對試樣的屏蔽效能進(jìn)行測試。每個(gè)試樣重復(fù)測試5次，取其平均值作為該輻射頻率下試樣的屏蔽效能。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)面料基礎(chǔ)屏蔽效能見表3。由表可知3種電磁輻射屏蔽面料縫制前的屏蔽效能，數(shù)值越大說明其屏蔽效果越好。1#-a、2#-a、2#-a分別為面料1#、2#、3#的參考試樣，即縫制前的試樣?？p制試樣電磁輻射屏蔽效能見表4，試樣編號(hào)中的序號(hào)對應(yīng)正交試驗(yàn)中的試驗(yàn)號(hào)。

表3 試驗(yàn)面料基礎(chǔ)屏蔽效能 dB

表4 縫制試樣電磁輻射屏蔽效能 dB

2.2 縫制工藝參數(shù)對屏蔽效能穩(wěn)定性的影響

根據(jù)表4試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算每個(gè)試樣10個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)屏蔽效能的方差，得到各試樣屏蔽效能穩(wěn)定性。其中，方差數(shù)值越大，表示試樣在測試范圍內(nèi)屏蔽效能穩(wěn)定性越差。各試樣屏蔽效能的穩(wěn)定性見表5。

表5 各試樣屏蔽效能的穩(wěn)定性

由表5可知，3種電磁輻射屏蔽面料經(jīng)過縫制后，在測試范圍內(nèi)的屏蔽效能穩(wěn)定性均受縫制工藝參數(shù)影響而有所降低。其中，面料1#、2#的不同縫制試樣間屏蔽效能穩(wěn)定性差異明顯，說明面料1#、2#屏蔽效能穩(wěn)定性受縫制工藝參數(shù)影響較大，主要由于面料1#、2#組織結(jié)構(gòu)較緊密，縫制過程中產(chǎn)生的孔隙大小和形態(tài)與縫制工藝參數(shù)設(shè)置密切相關(guān)；而面料3#的不同縫制試樣間屏蔽效能方差差值在0.99以內(nèi)，因縫制工藝參數(shù)不同而產(chǎn)生的影響較小，這主要是由于面料3#經(jīng)、緯向密度較小，且導(dǎo)電纖維沿經(jīng)、緯向分布較均勻，而縫制后拼縫處產(chǎn)生不均勻縫隙使其屏蔽效能穩(wěn)定性降低，同時(shí)由于面料3#組織結(jié)構(gòu)較松散，本身孔隙較大，因此其不同縫制工藝參數(shù)對拼縫處孔隙大小和形態(tài)的影響差異不如面料1#、2#明顯。

2.3 縫制工藝參數(shù)與面料屏蔽效能關(guān)系

由表4可以看出，面料1#和2#縫制后電磁輻射屏蔽效能整體有所降低，主要是由于面料1#和2#經(jīng)、緯向密度較大，縫制產(chǎn)生的孔隙遠(yuǎn)大于面料組織結(jié)構(gòu)中的孔隙，導(dǎo)致穿過拼縫處的電磁輻射顯著增多；而面料3#由于自身針織結(jié)構(gòu)中孔隙較大，主要依靠導(dǎo)電纖維間對電磁輻射的多次反射達(dá)到屏蔽效果，因此拼縫處由于縫紉產(chǎn)生的孔隙對縫制試樣的屏蔽效能影響較小，同時(shí)縫制后拼縫處面料交錯(cuò)堆疊，使該部分導(dǎo)電纖維對電磁輻射的反射增多，令穿過拼縫處的電磁輻射減少，因此面料3#縫制試樣的屏蔽效能略有上升。

以面料1#為例進(jìn)一步討論縫制工藝參數(shù)與面料屏蔽效能的關(guān)系，對縫制試樣的屏蔽效能測試結(jié)果進(jìn)行方差分析，面料1#縫制試樣屏蔽效能方差分析結(jié)果見表6。

由表6可以看出，縫紉線種類、縫紉方向、機(jī)針號(hào)數(shù)、縫型4個(gè)縫制工藝參數(shù)對面料1#縫制后的屏蔽效能均有顯著影響，其中縫型對面料1#電磁輻射屏蔽效能影響最為顯著；其次是縫紉方向和機(jī)針號(hào)數(shù)；縫紉線種類因素對屏蔽效能的影響最小。因此在縫紉時(shí)，需對縫制工藝參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)置，使電磁輻射屏蔽面料縫制成防輻射服后具有較好的屏蔽效能。

為明確縫制工藝參數(shù)與屏蔽效能之間是否存在線性相關(guān)關(guān)系，對縫制工藝參數(shù)與面料1#縫制試樣屏蔽效能進(jìn)行相關(guān)分析。首先，對縫紉線種類、縫紉方向、機(jī)針號(hào)數(shù)和縫型4個(gè)縫制工藝參數(shù)與屏蔽效能進(jìn)行整體雙變量相關(guān)分析，并對分析結(jié)果進(jìn)行整理。面料1#縫制工藝參數(shù)與屏蔽效能相關(guān)分析結(jié)果見表7。其中“*”表示在顯著性水平0.05時(shí)，二者呈顯著相關(guān)，且數(shù)值越大二者相關(guān)性越密切。

由表7可以看出，縫型與屏蔽效能有顯著的負(fù)線性相關(guān)性，即面料1#平縫后的屏蔽效能優(yōu)于來去縫和內(nèi)包縫，主要由于面料1#組織結(jié)構(gòu)緊密，機(jī)針穿刺形成的孔隙大小和形態(tài)對面料屏蔽效能有主要影響，來去縫和內(nèi)包縫均有2條縫線，因縫制產(chǎn)生的孔隙較多，導(dǎo)致穿過拼縫的電磁輻射更多。而縫紉方向、縫紉線種類和機(jī)針號(hào)數(shù)與屏蔽效能的線性相關(guān)性都較弱。但此結(jié)果并未顯示控制其余變量后，單一縫制工藝參數(shù)與屏蔽效能的相關(guān)性，因此采用偏相關(guān)分析做進(jìn)一步討論。

以面料1#中縫紉線種類為例，對其與面料1#縫制試樣屏蔽效能的關(guān)系進(jìn)行顯著性水平0.05下的偏相關(guān)分析，縫紉線種類偏相關(guān)分析結(jié)果見表8。

表8 縫紉線種類偏相關(guān)分析結(jié)果

由表8可以看出，當(dāng)控制縫紉方向、機(jī)針號(hào)數(shù)和縫型時(shí)，縫紉線種類水平與屏蔽效能基本不存在線性相關(guān)關(guān)系。同樣分別對縫紉方向、機(jī)針號(hào)數(shù)與面料1#屏蔽效能進(jìn)行偏相關(guān)分析后可知，控制其他縫制工藝參數(shù)時(shí)，縫紉方向、機(jī)針號(hào)數(shù)與面料屏蔽效能也基本不存在線性相關(guān)關(guān)系。

由上述方差分析及相關(guān)分析可知，改變縫制工藝參數(shù)設(shè)置會(huì)使面料1#縫制后的屏蔽效能產(chǎn)生顯著變化，其中縫型采用平縫時(shí)，面料1#縫制后的屏蔽效能損失最小，屏蔽效果最好，而縫紉線種類、縫紉方向和機(jī)針號(hào)數(shù)對面料1#縫制后屏蔽效果的影響基本不具有線性規(guī)律。

同樣對面料2#和3#縫制試樣的縫制工藝參數(shù)設(shè)置與屏蔽效能進(jìn)行方差分析及相關(guān)分析可知，面料2#和3#縫制后的屏蔽效能也均會(huì)受到縫制工藝參數(shù)設(shè)置的影響：對于面料2#，縫紉線種類、縫紉方向、縫型、針距均對縫制試樣屏蔽效能有顯著影響，其中縫紉方向?qū)ζ帘涡艿挠绊懽顬轱@著，但二者無顯著線性相關(guān)關(guān)系；其次為縫紉線種類和縫型，其中縫紉線種類與屏蔽效能成正線性相關(guān)關(guān)系；針距與縫制試樣屏蔽效能則不存在線性相關(guān)性。對于面料3#，縫紉線種類、縫紉方向、機(jī)針號(hào)數(shù)和針距均對縫制試樣屏蔽效能有顯著影響，其中縫紉線種類對屏蔽效能影響最為顯著，且二者成正線性相關(guān)關(guān)系，縫紉方向、針距和機(jī)針號(hào)數(shù)與其屏蔽效能基本不存在線性相關(guān)關(guān)系。

2.4 最佳縫制工藝參數(shù)的確定

以面料1#為例，由于部分縫紉工藝參數(shù)與屏蔽效能之間不存在顯著的線性相關(guān)關(guān)系，無法根據(jù)相關(guān)分析結(jié)果直接確定最佳縫制工藝參數(shù)，因此需要結(jié)合表4中試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算縫制試樣在不同縫制工藝參數(shù)設(shè)置下屏蔽效能平均值之和及其平方，得到縫制工藝參數(shù)選擇表。面料1#縫制工藝參數(shù)選擇表見表9，其中ki表示縫制工藝參數(shù)取水平i時(shí)屏蔽效能平均值之和，數(shù)值越大，屏蔽效能越好。

表9 面料1#縫制工藝參數(shù)選擇表

根據(jù)2.3中相關(guān)分析討論結(jié)果，結(jié)合表2縫制工藝參數(shù)設(shè)置和表9中屏蔽效能計(jì)算結(jié)果，可以確定使用滌綸縫紉線、11號(hào)機(jī)針，沿與緯向夾角45°平縫時(shí)，面料1#縫制后的屏蔽效能最好，此時(shí)針距為13針/(3 cm)。

同理，可得面料2#和3#的最佳縫制工藝參數(shù)，其中針對具有相近ki的縫紉工藝參數(shù)，均以縫制后能保持服裝較好的服用性能為目的進(jìn)行參數(shù)水平選擇。如針對面料2#的縫紉線種類的選擇，盡管面料2#的屏蔽效能均與縫紉線種類成正相關(guān)關(guān)系，但計(jì)算屏蔽效能平均值之和后可知使用滌綸縫紉線與純棉縫紉線縫制后的面料屏蔽效能相近，考慮到縫紉線強(qiáng)度等物理性能對服裝耐用性等服用性能的影響，選擇彈力和強(qiáng)度較好的滌綸縫紉線。不同電磁輻射屏蔽面料最佳縫制工藝參數(shù)見表10。

表10 不同電磁輻射屏蔽面料最佳縫制工藝參數(shù)

3 結(jié) 論

本文通過測試3種電磁輻射屏蔽面料縫制試樣的電磁輻射屏蔽效能，分析縫制工藝參數(shù)對屏蔽效能穩(wěn)定性的影響，并將縫制工藝參數(shù)與電磁輻射屏蔽效能進(jìn)行方差分析及相關(guān)分析，根據(jù)試驗(yàn)和分析結(jié)果確定不同電磁輻射屏蔽面料的最佳縫制工藝參數(shù)，得出以下結(jié)論：

①不銹鋼纖維混紡面料、鍍銀纖維混紡面料以及含銀防輻射針織面料縫制后的屏蔽效能穩(wěn)定性均有所降低，且不銹鋼纖維混紡面料和鍍銀纖維混紡面料屏蔽效能穩(wěn)定性受縫制工藝參數(shù)影響比含銀防輻射針織面料更明顯，縫制時(shí)更需考慮縫制工藝參數(shù)的合理設(shè)置。

②縫制工藝參數(shù)設(shè)置對不同電磁輻射屏蔽面料縫制后的屏蔽效能均會(huì)產(chǎn)生顯著影響，其中不銹鋼纖維混紡面料屏蔽效能受縫型影響最為顯著，鍍銀纖維混紡面料屏蔽效能受縫紉方向影響最大，含銀防輻射針織面料的屏蔽效能受縫紉線種類影響最顯著。

③不同電磁輻射屏蔽面料最佳縫制工藝參數(shù)：不銹鋼纖維混紡面料，在針距設(shè)置為13針/(3 cm)時(shí)，采用滌綸縫紉線、11號(hào)機(jī)針和平縫縫型、沿與緯向夾角45°方向縫制；鍍銀纖維混紡面料在機(jī)針號(hào)數(shù)為14號(hào)時(shí)，采用滌綸縫紉線、內(nèi)包縫縫型和13針/(3 cm)針距沿緯向縫制；含銀防輻射針織面料在使用平縫縫型條件下，采用滌綸縫紉線、11號(hào)機(jī)針和13針/(3 cm)針距沿緯向縫制。