雙層防電磁輻射織物的屏蔽效能

鄭倩雪，劉 哲，張永恒，陳海英

(中原工學(xué)院 服裝學(xué)院，河南 鄭州 451191)

雙層防電磁輻射織物的屏蔽效能

鄭倩雪，劉 哲，張永恒，陳海英

(中原工學(xué)院 服裝學(xué)院，河南 鄭州 451191)

為研究開發(fā)高性能電磁屏蔽材料，介紹了雙層屏蔽織物屏蔽電磁波的原理，初步探索雙層屏蔽織物屏蔽效能的影響因素，并采用法蘭同軸法測試3組雙層防電磁輻射織物的屏蔽效能。結(jié)果表明：屏蔽織物中金屬纖維體積含量增加，雙層織物的屏蔽效能增大；織物中間間距增大，雙層織物的屏蔽效能增大；2層織物的經(jīng)緯向一致時，雙層織物的屏蔽效能要高于其經(jīng)緯向不一致時的屏蔽效能。

雙層電磁屏蔽織物；屏蔽效能；防護(hù)服；金屬纖維

隨著電子設(shè)備小型化、高度集成化的發(fā)展，人類所處的電磁環(huán)境越來越復(fù)雜。如何有效地防止電磁輻射對人體的傷害，已成為目前研究和開發(fā)防電磁輻射產(chǎn)品的重點(diǎn)[1]。為了研究開發(fā)具有更高屏蔽效果的防護(hù)服，一方面是開發(fā)高性能的電磁屏蔽材料，另一方面是減少電磁屏蔽服裝電磁泄漏[2]。近年來，有關(guān)雙層以及多層電磁屏蔽材料的研究及開發(fā)成為電磁領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[3]。有研究表明，雙層電磁屏蔽材料的屏蔽效果較優(yōu)于單層材料的屏蔽效果[4]，而前面的大多研究只是初步提出了雙層織物屏蔽效能較好，有關(guān)雙層織物屏蔽效能的影響因素還未深入研究。

本文從雙層電磁屏蔽織物屏蔽電磁波的原理出發(fā)，分析雙層織物屏蔽效能的影響因素[5-6]，制作了3組雙層織物進(jìn)行屏蔽效能測試，從織物金屬纖維含量、雙層織物中間間距和雙層織物的經(jīng)緯紗向?qū)R方式3個方面研究雙層織物屏蔽效能的變化規(guī)律。

1 雙層織物屏蔽理論分析

在電磁屏蔽織物屏蔽效能的研究中發(fā)現(xiàn)，織物厚度對織物屏蔽效能具有顯著性影響[7-8]，在一定范圍內(nèi)，織物厚度增加，屏蔽效能增大，但是增加織物層數(shù)并非單純地增加織物厚度。圖1示出電磁波在雙層織物中的傳輸過程[9]。由圖可知，電磁波在2層織物中都發(fā)生了波的反射、吸收以及織物內(nèi)的多次反射過程。相對于具有相同厚度的單層織物來說，電磁波的衰減過程有所變化。根據(jù)雙層織物屏蔽電磁波原理，本文初步探索了雙層織物的金屬纖維含量、織物中間間距、織物經(jīng)緯紗向?qū)R方式對雙層織物屏蔽效能的影響。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 測試方法

采用法蘭同軸法DR-SO2平面材料屏蔽效能測試裝置進(jìn)行雙層織物屏蔽效能測試。法蘭同軸法是一種利用同軸線中傳播的橫電磁波(TEM)模擬空

氣中遠(yuǎn)區(qū)平面波對材料試樣進(jìn)行屏蔽效能測試的方法，把平板型被測試樣置于兩錐形同軸線的對接處即可測量試樣對平面波場的屏蔽效能，測試儀核心裝置按照ASTM D4935—2010《測量平面材料電磁屏蔽效率的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》設(shè)計(jì)，其測試系統(tǒng)如圖2所示。

該方法是目前較為流行的一種材料屏蔽效能測試方法，是美國國家標(biāo)準(zhǔn)局(NBS)推薦的一種測量方法[10]，具有測試范圍寬，試樣面積小，重復(fù)性好，成本低等優(yōu)點(diǎn)[11]，廣泛應(yīng)用于屏蔽織物、金屬薄板等平板型電磁屏蔽材料屏蔽效能測試，適用標(biāo)準(zhǔn)有GJB 6190—2008《電磁屏蔽材料屏蔽效能測量方法》和SJ 20524—1995《材料屏蔽效能的測量方法》。

2.2 實(shí)驗(yàn)材料

選擇不同金屬纖維類型、不同金屬纖維含量的屏蔽織物，以便實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對比分析。試樣具體規(guī)格參數(shù)如表1所示，實(shí)驗(yàn)組合設(shè)計(jì)如表2所示。

表1 實(shí)驗(yàn)材料規(guī)格參數(shù)Tab.1 Experimental material specifications

3 結(jié)果與分析

3.1 金屬纖維含量不同

圖3示出3#+3#、3#+4#、4#+3#、4#+4#雙層織物組合。將2層屏蔽織物試樣對齊疊放，采用法蘭同軸法測試其屏蔽效能，測試結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，在頻率為300 MHz時，4種雙層織物的屏蔽效能均達(dá)到谷值，隨著頻率繼續(xù)增大到750 MHz時，其屏蔽效能值均出現(xiàn)峰值。從整體來看，在不同的金屬纖維含量下，各雙層織物組合均有最優(yōu)的頻率以取得最優(yōu)屏蔽效果。隨著組合中金屬纖維含量的增大，雙層織物屏蔽效能增大，金屬纖維含量較大的織物在下層會取得更好的屏蔽效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，雙層織物的最大屏蔽效能不僅與各層織物的金屬纖維含量有關(guān)，也與頻率有關(guān)，因此在制作雙層服裝時,不僅要考慮各層織物的金屬纖維含量，還應(yīng)考慮服裝使用的電磁環(huán)境，進(jìn)而使得防護(hù)服具有較好的屏蔽效果。

表2 織物屏蔽效能測試實(shí)驗(yàn)類別Tab.2 Types of fabric shielding effectiveness test

3.2 中間間距不同

雙層屏蔽織物中間間距采用無屏蔽影響的多層白坯布織物進(jìn)行控制，其間距控制方式如圖5所示，各層織物對齊疊放。圖6所示為雙層織物在中間間距分別為0.3、0.6、0.9、1.2、1.5、1.8、3.0 mm時的屏蔽效能曲線。

由圖6可知，隨著中間間距的增大，雙層織物組合的屏蔽效能整體上呈增大趨勢，該測試結(jié)果說明，若要提高織物的屏蔽效能值不能單純的增加織物的厚度，存在中間間隙的雙層織物的屏蔽效能反而更高。

3.3 經(jīng)緯紗向?qū)R方式不同

圖7示出1#+1#雙層織物在有無間距下經(jīng)緯紗向不對齊的方式，2層織物的經(jīng)紗向呈45°。其中雙層織物中間間距的控制方法同圖5所示。

1#+1#雙層織物組合在無間距，間距為1.5、3.0 mm情況下，雙層織物經(jīng)緯紗向?qū)R與否時雙層織物屏蔽效能曲線如圖8所示。

由圖8可得，雙層織物的經(jīng)緯紗向一致與否對雙層織物屏蔽效能有顯著性影響?？椢锝?jīng)緯紗向一致時，雙層織物屏蔽效能較高，且在2種情況下，2層織物中間間距的增加會很大程度地增加雙層織物的屏蔽效能。

4 結(jié) 語

在相同金屬纖維類型，不同金屬纖維含量的雙層織物中屏蔽效能測試中得到，雙層織物屏蔽效能隨著雙層織物中金屬纖維含量的增加而增加。

在同種織物類型的雙層織物的屏蔽效能測試中發(fā)現(xiàn)，隨著雙層織物中間間距的增大，雙層織物的屏蔽效能增大，2層織物的經(jīng)緯方向一致時雙層織物的屏蔽效能高于經(jīng)緯方向不一致時雙層織物的屏蔽效能。

在開發(fā)制作雙層織物的電磁屏蔽服裝時，應(yīng)充分考慮一些影響因素，如雙層織物組合的金屬纖維含量總和、雙層織物的中間間距大小、雙層織物的經(jīng)緯向?qū)R方式，以便達(dá)到最優(yōu)屏蔽效果。本文只初步探索了影響雙層屏蔽織物屏蔽效能的部分因素，而有關(guān)其他影響因素以及影響因素對屏蔽電磁波的影響機(jī)制的研究還有待深入。

FZXB

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Shielding effectiveness of double electromagnetic shielding fabric

ZHENG Qianxue，LIU Zhe，ZHANG Yongheng，CHEN Haiying

(SchoolofFashion，ZhongyuanUniversityofTechnology,Zhengzhou,Henan451191,China)

This paper mainly researched the shielding electromagnetic of double layers electromagnetic shielding fabric,introduced the principle of electromagnetic shielding of double layers electromagnetic shielding fabric,preliminarily explored the influence factors of shielding effectiveness of double layers shielding fabric,and used flange coaxial method to test the shielding effectiveness of three groups of double shielding fabric combination.According to the results,increasing the volume content of metal fiber of the fabric and the pitch between the fabric can increase the shielding effectiveness of the double layers shielding fabric.The shielding effectiveness of the double layers shielding fabric is higher when the structure of the fabric surface is unanimous.

double shielding fabric; shielding effectiveness; protective clothing; metal fiber

10.13475/j.fzxb.20141101005

2014-10-13

2015-08-05

國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(61471404)

鄭倩雪(1989—)，女，碩士生。研究方向?yàn)閿?shù)字化與功能性服裝的開發(fā)。劉哲，通信作者，E-mail：xyliuzhe@163.com。

TS 941.73

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