線縫對(duì)電磁屏蔽服裝面料屏蔽效能的影響

蘇 瑩,汪秀琛,李亞萍,潘 振,路向陽(yáng),劉 哲

(中原工學(xué)院 服裝學(xué)院，鄭州 450007)

研究與技術(shù)

線縫對(duì)電磁屏蔽服裝面料屏蔽效能的影響

蘇 瑩,汪秀琛,李亞萍,潘 振,路向陽(yáng),劉 哲

(中原工學(xué)院 服裝學(xué)院，鄭州 450007)

為研究線縫對(duì)電磁屏蔽服裝面料屏蔽效能的影響，選擇不銹鋼防輻射織物、多離子導(dǎo)電布、金屬網(wǎng)等材料，根據(jù)縫紉線種類、縫合方向、縫型種類及不同材料包邊處理四個(gè)變量設(shè)計(jì)制作不同的實(shí)驗(yàn)樣品。利用小窗法屏蔽效能測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行屏蔽效能測(cè)試。結(jié)果顯示：鍍銀縫紉線的屏蔽效能相比于普通縫紉線更穩(wěn)定，使用鍍銀縫紉線屏蔽效果要優(yōu)于普通縫紉線；沿緯線方向縫合的屏蔽效能低于沿經(jīng)線方向縫合，要盡量減少其在沿緯線方向的使用；三種縫型的屏蔽效能整體較為接近，包縫的性能最優(yōu)；在縫型的包邊處理中選擇不銹鋼織物包邊更為合適。

電磁屏蔽；服裝面料；屏蔽效能；線縫；縫型

近年來(lái)，現(xiàn)代電子工業(yè)高速發(fā)展，人類在生產(chǎn)生活中不斷接觸到各種各樣的電磁波。大量研究表明，人體受到電磁波輻射后，會(huì)對(duì)電磁波吸收、反射和透射，產(chǎn)生熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)，危及身心健康[1]。因此，為防止電磁波對(duì)人體的傷害，電磁屏蔽服裝的研究與開發(fā)越來(lái)越受到世界各國(guó)消費(fèi)者的關(guān)注。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的研究主要集中在對(duì)電磁屏蔽織物屏蔽效能的提高上，利用新型纖維混紡、先進(jìn)的制作技術(shù)或通過(guò)多種不同屏蔽織物的組合研發(fā)出高屏蔽效能的電磁屏蔽織物[2-3]。但是，使用高屏蔽效能面料制成的電磁屏蔽服裝卻并不具有相同的屏蔽效能，其中一個(gè)重要原因就是電磁波可以通過(guò)服裝上任意一處線縫形成的微小縫隙和孔洞向內(nèi)傳遞到全身，從而使其屏蔽效能大大下降，甚至喪失其防護(hù)效果[4-6]。因此，研究線縫對(duì)服裝面料屏蔽效能的影響可以指導(dǎo)電磁屏蔽服裝的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)，具有重要的學(xué)術(shù)意義及應(yīng)用價(jià)值。

目前有關(guān)線縫對(duì)電磁屏蔽服裝屏蔽效能影響的研究還較少，僅有一些學(xué)者對(duì)縫隙和孔洞方面進(jìn)行了相關(guān)研究。王業(yè)飛等[7]提出屏蔽的平面模型，將電磁屏蔽材料應(yīng)用到屏蔽室建設(shè)中會(huì)出現(xiàn)塊與塊之間的搭接，搭接處測(cè)試縫隙長(zhǎng)度對(duì)屏蔽室屏蔽效能產(chǎn)生的影響。劉韜等[8]，徐亮[9]，段玉平等[10]利用時(shí)域有限差分法，通過(guò)計(jì)算機(jī)建模研究孔縫的形狀大小對(duì)電磁屏蔽效能的影響，分析了不同長(zhǎng)度、尺寸的縫隙與金屬箱體屏蔽效能的關(guān)系，進(jìn)而提出了縫隙尺寸的限制要求及處理方式。汪秀琛等[11]，楊雅嵐等[12]研究發(fā)現(xiàn)服裝中縫隙和孔洞對(duì)服裝電磁屏蔽效能有較大的影響。李帥等[13]采用標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)強(qiáng)法，對(duì)織物表面開有不同長(zhǎng)度的縫隙和不同直徑的圓口時(shí)對(duì)屏蔽效能的影響進(jìn)行了重點(diǎn)測(cè)試和分析，縫隙和圓孔都對(duì)織物的屏蔽效能有重要影響。汪秀琛等[14]建立數(shù)學(xué)模型，利用“開窗法”研究模擬服裝中常見的縫隙，選擇縫隙長(zhǎng)度為實(shí)驗(yàn)變量對(duì)服裝屏蔽效能進(jìn)行研究。這些文獻(xiàn)都為本文的研究提供了理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)思路的指導(dǎo)和參考。同時(shí)也可以看出，目前大部分研究主要側(cè)重于縫隙及孔洞等對(duì)電磁屏蔽面料和服裝屏蔽效能的影響，關(guān)于縫紉線、縫合方向、縫型等線縫的相關(guān)要素對(duì)電磁屏蔽面料屏蔽效能影響的探索還較少提及。

本文選擇合適的實(shí)驗(yàn)材料，根據(jù)縫紉線的種類、縫合方向、縫型的種類及不同材料包邊處理四個(gè)變量，設(shè)計(jì)制作不同結(jié)構(gòu)的電磁屏蔽面料實(shí)驗(yàn)樣品。利用小窗法屏蔽效能測(cè)試系統(tǒng)對(duì)實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行屏蔽效能測(cè)試。通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出，線縫與電磁屏蔽面料屏蔽效能的關(guān)聯(lián)和規(guī)律，為電磁屏蔽服裝的設(shè)計(jì)與制作提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)方案

1.1 材 料

本文選擇三種目前比較常用且屏蔽效能較好的電磁屏蔽材料作為實(shí)驗(yàn)面料及包邊處理材料：1#不銹鋼防輻射織物；2#多離子導(dǎo)電布；3#金屬網(wǎng)，其掃描圖及微觀圖見圖1(放大200倍)，規(guī)格見表1。

圖1 實(shí)驗(yàn)織物Fig.1 Experimental fabrics

表1 織物規(guī)格Tab.1 Fabric specification

縫紉線選擇普通縫紉線及鍍銀縫紉線，見圖2。

圖2 縫紉線的種類Fig.2 Type of sewing threads

1.2 屏蔽效能測(cè)試方法

采用DR-SO4小窗法屏蔽效能測(cè)試箱(北京鼎容實(shí)創(chuàng)科技有限公司)，AV3629D微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所)對(duì)所有實(shí)驗(yàn)試樣進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備及研究目的確定實(shí)驗(yàn)樣布大小為40 cm×40 cm，測(cè)試距離為1.5 m。測(cè)試頻率范圍為1 GHz～18 GHz，極化方向?yàn)樗綐O化和垂直極化。測(cè)試三次，求平均值作為最終結(jié)果。表1所示實(shí)驗(yàn)面料在1 GHz～18 GHz波段范圍的屏蔽效能測(cè)試結(jié)果見圖3。

從圖3可以看出，三種實(shí)驗(yàn)織物在極化方向上的穩(wěn)定性由強(qiáng)到弱依次為不銹鋼防輻射織物、多離子導(dǎo)電布、金屬網(wǎng)。在整體實(shí)驗(yàn)波段內(nèi)，不銹鋼防輻射織物的屏蔽效能最低在40 dB左右，多離子導(dǎo)電布屏蔽效能均在45 dB以上，金屬網(wǎng)的屏蔽效能在30～60 dB浮動(dòng)。

1.3 實(shí)驗(yàn)樣品制作方案

本文著重從縫紉線種類、縫合方向、縫型種類、不同材料的包邊處理四個(gè)方面考慮制作實(shí)驗(yàn)樣品。統(tǒng)一采用不銹鋼織物作為待縫制面料，多離子導(dǎo)電布及金屬網(wǎng)作為后處理材料。縫制長(zhǎng)度與面料長(zhǎng)度一致，縫制位置為面料的中間部位?？p制用機(jī)針統(tǒng)一固定為14號(hào)，針距為12針/3 cm。

圖3 單層實(shí)驗(yàn)樣布的屏蔽效能Fig.3 Shielding effectiveness of single layer test samples

1.3.1 縫合方向

不銹鋼防輻射面料的經(jīng)緯紗向密度不同，因此縫合方向也會(huì)影響織物的屏蔽效能。在服裝的制作過(guò)程中，縫合方向會(huì)根據(jù)服裝的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)和造型等需求而變化，并不固定。本文主要從面料的層面上對(duì)縫合方向進(jìn)行研究，簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要以織物的經(jīng)向?yàn)檠亟?jīng)線方向，緯向?yàn)檠鼐暰€方向，縫制縫合方向?yàn)檠亟?jīng)線方向和沿緯線方向的實(shí)驗(yàn)樣品?？p制時(shí)除縫合方向改變外，其余因素均保持不變，縫紉線采用如圖2所示的普通縫紉線，縫型統(tǒng)一為最普遍且簡(jiǎn)單的平縫結(jié)構(gòu)，見圖4(a)。

1.3.2 縫型的種類

選擇常用的三種縫型種類制作實(shí)驗(yàn)樣品：平縫；包縫；來(lái)去縫，如圖4所示。

圖4 縫型的類型Fig.4 Seam types

縫制時(shí)除縫型類型改變外，其余因素均保持不變，縫型方向均與織物經(jīng)向平行。

1.3.3 不同材料的包邊處理

使用不銹鋼織物，多離子導(dǎo)電布及金屬網(wǎng)分別對(duì)不銹鋼織物進(jìn)行包邊處理，縫制組合工藝見圖5。

圖5 縫型的包邊處理Fig.5 Edge covering treatment of seam types

縫制時(shí)除包邊處理的材料組合方式改變外，其余因素均保持不變。

2 結(jié)果與分析

2.1 縫紉線類型不同時(shí)的屏蔽效能

選取平縫作為縫制試樣并保證其他因素不變，兩種縫紉線的屏蔽效能測(cè)試結(jié)果見圖6。從圖6可知，當(dāng)實(shí)驗(yàn)樣品使用普通縫紉線時(shí)，其屏蔽效能在垂直極化方向上浮動(dòng)范圍較大，整體不夠穩(wěn)定，最低點(diǎn)在30 dB左右。當(dāng)使用鍍銀縫紉線時(shí)，水平與垂直極化方向的屏蔽效能較普通縫紉線穩(wěn)定，且最低值在35 dB左右。即鍍銀縫紉線的屏蔽效果要優(yōu)于普通縫紉線。

圖6 不同縫紉線種類的屏蔽效能
Fig.6 Shielding effectiveness of sewing threads of different types

2.2 縫合方向不同時(shí)的屏蔽效能

選取平縫作為縫制試樣并保證其他因素不變，當(dāng)縫合方向不同時(shí)的屏蔽效能見圖7。從圖7可以明顯看出，兩個(gè)縫合方向的屏蔽效能在垂直極化方向高于水平極化方向，可達(dá)到35 dB以上。且通過(guò)對(duì)兩個(gè)縫合方向屏蔽效能的對(duì)比可知，沿經(jīng)線方向縫合試樣的屏蔽效能在兩個(gè)極化方向上均高于沿緯線方向試樣5 dB左右。即試樣沿經(jīng)線方向縫合的屏蔽效能要好于沿緯線方向縫合的屏蔽效能，主要是由于試樣的平均經(jīng)密要大于平均緯密。

圖7 不同縫合方向的屏蔽效能
Fig.7 Shielding effectiveness of fabrics stitched in different directions

2.3 縫型種類不同時(shí)的屏蔽效能

在其他因素不變的情況下，縫型種類不同時(shí)的屏蔽效能見圖8。從圖8可見，三種縫型的屏蔽效能整體較為接近。三種縫型垂直極化方向的屏蔽效能浮動(dòng)范圍較大可達(dá)30～40 dB，但是在1 GHz～6 GHz頻率下，屏蔽效能較高可達(dá)40 dB。水平極化方向則相對(duì)穩(wěn)定。據(jù)縫型的結(jié)構(gòu)及電磁波的入射方向可知，水平極化時(shí)電磁波與縫型結(jié)構(gòu)平行即與縫型處縫隙平行，當(dāng)頻率增大時(shí)電磁波的穿透面變化不大，因此屏蔽效能并不隨著頻率的增大而發(fā)生大的變化，整體較為穩(wěn)定。而垂直極化時(shí)電磁波與縫型結(jié)構(gòu)垂直，電磁波的穿透受到較多的阻擋使得試樣屏蔽效能較好，但是隨著電磁波頻率的增大穿透能力的增強(qiáng)，使得縫型處阻擋隨之變?nèi)酰纱嗽嚇悠帘涡艹掷m(xù)下降整體浮動(dòng)范圍較大。包縫和來(lái)去縫的屏蔽效能較為穩(wěn)定且稍優(yōu)于平縫，但考慮到來(lái)去縫有兩條縫線，為了盡量減少縫跡和簡(jiǎn)化縫制工藝，采用包縫進(jìn)行三線一針鎖邊效果較為合適。

圖8 不同縫型種類的屏蔽效能
Fig.8 Shielding effectiveness of different seam types

2.4 不同材料包邊處理時(shí)的屏蔽效能

在其他因素不變的情況下，包邊處理的屏蔽效能見圖9。從圖9可見，三種包邊處理方式在垂直極化上均不穩(wěn)定，浮動(dòng)范圍在30 dB左右，但在1 GHz～8 GHz內(nèi)屏蔽效能可達(dá)40 dB。水平極化方向的屏蔽效能則相對(duì)穩(wěn)定，與縫型種類不同時(shí)的討論一致。不銹鋼織物包邊與多離子導(dǎo)電布材料包邊后處理方式，在水平、垂直極化方向屏蔽效能相對(duì)金屬網(wǎng)包邊處理較穩(wěn)定，且均在35 dB以上。因此，在縫型的包邊處理中可優(yōu)先選擇多離子導(dǎo)電布材料包邊和不銹鋼織物包邊。

圖9 不同材料包邊處理的屏蔽效能
Fig.9 Shielding effectiveness of fabrics subject to edge covering treatment with different materials

3 結(jié) 論

本文根據(jù)線縫的使用材料、縫型類型及不同包邊處理方式等制作實(shí)驗(yàn)樣品，對(duì)其進(jìn)行屏蔽效能測(cè)試及分析，進(jìn)而研究線縫對(duì)電磁屏蔽面料屏蔽效能的影響，可得出：

1)普通縫紉線的屏蔽效能在垂直極化方向上下浮動(dòng)較大達(dá)到30 dB，鍍銀縫紉線時(shí)水平與垂直相對(duì)穩(wěn)定些，且最低值在35 dB左右。因此，縫制電磁屏蔽服裝時(shí)使用鍍銀縫紉線的屏蔽效果要優(yōu)于普通縫紉線。

2)沿緯線方向縫合時(shí)的屏蔽效能要低于沿經(jīng)線方向縫合時(shí)的屏蔽效能。當(dāng)面料經(jīng)紗與整體服裝豎直方向水平時(shí)，在生產(chǎn)電磁屏蔽服裝時(shí)要盡量減少沿緯線方向縫合的設(shè)計(jì)。

3)三種縫型垂直極化方向的屏蔽效能浮動(dòng)范圍較大可達(dá)30～40 dB，但在1 GHz～6 GHz頻率下，屏蔽效能可達(dá)40 dB。水平極化則相對(duì)穩(wěn)定。包縫和來(lái)去縫的整體屏蔽效能較為穩(wěn)定且優(yōu)于平縫，但考慮到來(lái)去縫有兩條縫線，為了盡量減少縫跡和簡(jiǎn)化縫制工藝，采用包縫進(jìn)行三線一針鎖邊效果較為合適。

4)三種包邊處理方式，在垂直極化上不穩(wěn)定浮動(dòng)范圍較大，但在1 GHz～8 GHz內(nèi)屏蔽效能可達(dá)40 dB。不銹鋼織物包邊與多離子導(dǎo)電布材料包邊后處理方式在水平、垂直極化方向的屏蔽效能相對(duì)金屬網(wǎng)包邊處理較穩(wěn)定且均在35 dB以上。因此，在縫型的包邊處理中可優(yōu)先選擇多離子導(dǎo)電布材料包邊和不銹鋼織物包邊。

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Influenceofseamonshieldingeffectivenessofelectromagneticshieldingclothingmaterial

SU Ying,WANG Xiuchen,LI Yaping,PAN Zhen,LU Xiang yang,LIU Zhe

(School of Fashion,Zhongyuan University of Technology,Zhengzhou 450007,China)

To study the influence of seam on shielding effectiveness of electromagnetic shielding clothing material,different experimental samples were designed and made with stainless steel radiation resistant fabric,polyion conductive fabric,and metal net according to four variables,i.e. type of sewing thread,stitching direction,seam type and edge covering with different materials. Measurement of shielding effectiveness was conducted with small window method shielding effectiveness testing system. The result shows that the shielding effectiveness of silver-coated sewing thread is more stable than and superior to that of ordinary sewing thread; the shielding effectiveness of fabric stitched crosswise is inferior to that of fabric stitched engthwise,so it is better to avoid stitching crosswise as far as possible; the shielding effectiveness of the three seam types is roughly approximate,but that of overseam is best; stainless steel fabric is most ideal for edge covering.

electromagnetic shielding; clothing fabric; shielding effectiveness; seam; seam type

10.3969/j.issn.1001-7003.2017.08.007

2016-12-08;

:2017-06-13

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(61671489，61471404)；河南省高等學(xué)校重點(diǎn)科研項(xiàng)目(15A540002)

TS101.3+2

:A

:1001-7003(2017)08-0038-06 < class="emphasis_bold">引用頁(yè)碼

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