電磁屏蔽服裝的性能影響因素分析

當(dāng)今社會經(jīng)濟發(fā)展，科技進(jìn)步，物質(zhì)生活水平隨之提高，琳瑯滿目的家用電器、電子產(chǎn)品進(jìn)入人們的生活，并迅速成為不可或缺的一部分。然而，“電磁輻射”不經(jīng)意間成為人類健康的新威脅。國內(nèi)外大量的調(diào)查和研究報告表明[1-3]，人體受到電磁波輻射后，會對電磁波產(chǎn)生吸收、反射和透射一系列反應(yīng)，繼而產(chǎn)生熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)，另外電磁輻射對人體的眼睛、心血管系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)等有著不同程度的傷害。因此，電磁屏蔽服裝應(yīng)運而生，并在近幾年得到迅速發(fā)展。如何設(shè)計出最適合人體穿著的最佳電磁屏蔽服裝則是當(dāng)前研究主要方向。

本文針對市場上的幾種電磁屏蔽服裝，對不同的組織結(jié)構(gòu)、款式、面料的樣衣和樣衣面料進(jìn)行屏蔽效能測試，研究分析各相關(guān)因素對電磁屏蔽服裝屏蔽性能的影響，并找出一定的規(guī)律，以期為設(shè)計、穿著和保養(yǎng)電磁屏蔽服裝，并提高其屏蔽效能提供借鑒。

1 試驗樣品

針對目前較常見的電磁屏蔽服裝，本試驗研究選擇以下6種試驗樣衣進(jìn)行測試分析，具體信息如表1。

表1 試驗樣衣具體信息

2 試驗過程

2.1 試驗條件

本次試驗?zāi)M人們實際工作生活中的兩種電磁輻射場景：日常工作環(huán)境和日常生活環(huán)境，以下分別簡稱為工作環(huán)境和生活環(huán)境。

（1）工作環(huán)境測試：筆記本電腦2臺，手機2臺；人們在日常的工作環(huán)境中，會受到電腦、打印機及手機等輻射，測試分為站姿與坐姿。

A）坐姿：未穿著試驗樣衣時，電場強度測試：距離電腦屏幕0.3m處，5處位置測試，時間間隔3分鐘；穿著試驗樣衣時，電場強度測試：距離電腦屏幕0.3m處，測量部位胸部2處，腹部3處，每處測量3次；每件樣衣測試時，保證胸部測試點和腹部測試點5點的位置相同。

B）站姿：與坐姿時測試步驟相同，不同之處在于距離電腦屏幕0.5m。

（2）生活環(huán)境測試：筆記本電腦1臺，電視1臺，微波爐1臺，手機1臺；與工作環(huán)境測試部位一樣，不同之處在于測試環(huán)境不同，測試坐姿時，距離電視機屏幕1.5m。

2.2 測試儀器

本次試驗選用的測試儀器是TES-92電磁場測試器，可以監(jiān)測50MHz至3.5GHz范圍的高頻輻射。該儀器的靈敏度較高，同時儀器中有3種感應(yīng)器，它們位于前端圓球內(nèi)。感應(yīng)器在測量電磁場時，移動電場感應(yīng)器，可以接收來自3個方向的電壓。電場感應(yīng)器具有等向性，所以在操作時并不需要將天線移動到3個平面，僅僅需要點向目標(biāo)物就可以實現(xiàn)3個方向測量。儀器圖如圖1所示。

圖1 試驗測試儀器圖

2.3 輻射源因素

2.3.1 輻射源類型

電磁屏蔽服裝的屏蔽效能與人所處的環(huán)境有一定的關(guān)系，鑒于此，本文分析了工作環(huán)境坐姿與生活環(huán)境坐姿樣衣2的屏蔽效果。測試結(jié)果如圖2所示。

圖2 樣衣2工作環(huán)境與生活環(huán)境坐姿屏蔽效能對比

由圖2可以看出，樣衣2在工作環(huán)境坐姿的屏蔽效能大于在生活環(huán)境坐姿的屏蔽效能。因為工作環(huán)境與生活環(huán)境兩處的輻射源類型不同，所以，我們可以分析得知，當(dāng)服裝處于不同的輻射源環(huán)境中時，服裝的屏蔽效果也會有不同。

2.3.2 與輻射源距離

輻射源分為近場和遠(yuǎn)場，一般人們生活中基本屬于輻射源的遠(yuǎn)場范圍內(nèi)，本研究在遠(yuǎn)場環(huán)境下，研究人體和輻射源之間的距離對電磁屏蔽服裝屏蔽效能的影響。取樣衣2分別在條件1與條件2下進(jìn)行測試。

（1） 條件1：在工作環(huán)境站姿條件下進(jìn)行測試；

（2） 條件2：在工作環(huán)境站姿條件下，距離電腦屏幕的距離增加1m（即距離電腦屏幕1.5m）進(jìn)行測試。

得出兩組對比數(shù)據(jù)，分別為條件1（工作環(huán)境站姿的數(shù)據(jù)組）與條件2（工作環(huán)境站姿離輻射源距離增加1m的數(shù)據(jù)組），用來研究分析人體與輻射源之間的距離對服裝屏蔽效能的影響。其結(jié)果如圖3所示。

圖3 樣衣2在條件1與條件2的屏蔽效能對比

由圖3可以看出，在輻射源的遠(yuǎn)場區(qū)域內(nèi)，其服裝的整體電磁屏蔽效能隨著距離的增加而有所增大，這是因為在遠(yuǎn)場區(qū)內(nèi)，輻射源的輻射強度衰減得很快，泄漏進(jìn)服裝的內(nèi)電磁波減少，因此服裝的屏蔽效能上升。

2.4 面料因素

由前人研究可知，面料中金屬纖維含量增多，屏蔽效能隨之變好[4]。試驗樣衣1、樣衣2、樣衣3分別是采用25%、30%、50%不銹鋼纖維制成的長款電磁屏蔽裙裝，試驗在工作環(huán)境站姿條件下測試樣衣1、樣衣2、樣衣3的屏蔽效能，對工作環(huán)境站姿測試結(jié)果進(jìn)行分析，如圖4所示。

圖4 樣衣1、2、3 工作環(huán)境站姿服裝整體屏蔽效果對比

由圖4可以看出，樣衣1、樣衣2、樣衣3的不銹鋼纖維的含量不同，但制成服裝后，款式均為長款裙裝，服裝整體屏蔽效果、胸部及腹部屏蔽效果樣衣3>樣衣2>樣衣1。在工作環(huán)境站立姿勢時，服裝的款式相同，隨著金屬纖維含量的增加，服裝整體屏蔽效果及胸部、腹部各部位屏蔽效果呈上升趨勢，且胸部的屏蔽效果均大于腹部的屏蔽效果。說明當(dāng)面料制成相同的服裝款式后屏蔽效能仍隨著金屬纖維含量增加而增加。

2.5 服裝結(jié)構(gòu)因素

2.5.1 服裝長短

服裝的長短對服裝的整體屏蔽效能是有一定影響的，長款遮蓋面積大，對電磁輻射的屏蔽作用好。樣衣2與樣衣4不銹鋼纖維含量均為30%，樣衣2為長款裙裝，而樣衣4為背帶款的服裝，兩者的款式相近，而樣衣2的衣長為76.9cm，樣衣4的衣長為71.6cm，樣衣4的衣長比樣衣2短，因此用樣衣2、樣衣4來研究服裝的長短對服裝屏蔽效能的影響情況。選取的測試條件是工作環(huán)境站姿。樣衣2和樣衣4的測試結(jié)果如圖5所示。

圖5 工作環(huán)境站姿樣衣2和樣衣4屏蔽效果對比

由圖5可知，樣衣2的胸部屏蔽效果大于樣衣4，兩者的腹部屏蔽效果相近，整體屏蔽效果是樣衣2>樣衣4，說明服裝的長短會對服裝的整體屏蔽效能有一定的影響。為進(jìn)一步研究，對樣衣2、樣衣4工作環(huán)境中坐姿時測試結(jié)果進(jìn)行分析，結(jié)果如圖6所示。

從圖6可知，樣衣2的胸部與腹部、服裝整體屏蔽效果平均值均大于樣衣4，因此在工作環(huán)境中，無論是站姿還是坐姿，樣衣2的屏蔽效果都比樣衣4好。因此可推斷，服裝長度長，其能屏蔽更多的電磁波。所以可以在設(shè)計服裝時，通過適當(dāng)增加服裝的長度來獲取更好的屏蔽效能。

圖6 工作環(huán)境坐姿樣衣2和樣衣4屏蔽效果對比

2.5.2 袖籠深度

袖籠處的開口大小對于服裝而言，袖籠深，導(dǎo)致服裝孔洞開口增大，電磁輻射會更容易泄漏進(jìn)去。本文取樣衣4與樣衣4.1進(jìn)行比較分析，研究袖籠大小對服裝整體屏蔽效能的影響。樣衣4.1為樣衣4的背帶向下系一個扣，增大了服裝的袖籠。圖7為樣衣4和樣衣4.1服裝在工作環(huán)境坐姿的屏蔽效果對比圖。

圖7 工作環(huán)境坐姿樣衣4與樣衣4.1整體屏蔽效能對比

由圖7可以看得出，樣衣4的整體屏蔽值大于樣衣4.1，樣衣4的袖籠是小于樣衣4.1的。初步驗證袖籠大小對服裝整體屏蔽效果的影響。

樣衣4與樣衣4.1在生活環(huán)境坐姿時，服裝的屏蔽效果對比如圖8所示。

圖8 生活環(huán)境坐姿樣衣4與樣衣4.1屏蔽效能對比

由圖7、圖8分析可知，兩種環(huán)境下，樣衣4的屏蔽效果均大于樣衣4.1，說明袖籠的深度大小對服裝屏蔽效能有一定影響。其中，試驗測得服裝在胸部的屏蔽效果有差異，樣衣4胸部的屏蔽效能值與樣衣4.1胸部的屏蔽效能值有大有小，因此，雖然樣衣4.1的背帶扣下調(diào)了，增大了袖籠處開口，但其胸部屏蔽效果并沒有受到太大影響；從腹部的測試結(jié)果可知，服裝袖籠大小的改變，最容易受影響的是腹部的屏蔽效果。因此在服裝設(shè)計中，在保證屏蔽效果的同時，可適當(dāng)增加袖籠處大小，以使人體在手臂運動時有較好的舒適性。

2.5.3 下擺開口大小

服裝下擺有利于空氣上下對流，調(diào)節(jié)服裝內(nèi)微氣候，改善人體服裝上的舒適性，但是作為電磁屏蔽服裝，其下擺開量變大，將導(dǎo)致電磁輻射通過下擺處進(jìn)入服裝內(nèi)部，對人體造成影響，降低服裝整體的屏蔽效能。本文將對樣衣5與樣衣5.1進(jìn)行對比性分析研究，樣衣5.1是將樣衣5的下擺收緊，其研究結(jié)果如圖9所示。

圖9 工作環(huán)境站姿樣衣5與樣衣5.1屏蔽效能對比

由圖9分析可以得出，樣衣5的屏蔽效能較樣衣5.1小，說明下擺開量減小有利于提高服裝的屏蔽效果。但如果服裝下擺開口過小，會影響生活的方便性和運動的舒適性。因此，在設(shè)計服裝的時候，服裝下擺開口量的設(shè)計要在行動方便性、運動舒適性與屏蔽效能三者之間達(dá)到一個平衡。

2.6 人體姿態(tài)

日常工作生活中，人是處于運動的狀態(tài)，但是若在運動狀態(tài)時測量，變量因素太多，儀器測量本身需要在較穩(wěn)定的環(huán)境下進(jìn)行，在此本研究測試了在工作環(huán)境中，站姿與坐姿時的屏蔽效果，來分析人的不同姿勢對服裝屏蔽效能的影響。以樣衣1來進(jìn)行分析研究。樣衣1在工作環(huán)境下站姿與坐姿屏蔽效果對比如圖10所示。

圖10 樣衣1工作環(huán)境下站姿與坐姿屏蔽效果對比

由圖10可知，站姿的時候服裝的整體屏蔽效果沒有坐姿時好，其原因是坐著的時候其下擺開口量減少，泄漏進(jìn)服裝內(nèi)部的電磁波減少，所以屏蔽效果更好。因此人體的相關(guān)運動姿態(tài)對服裝的屏蔽效果也是有一定影響的。

2.7 收口式服裝屏蔽效果分析研究

本研究選取的收口式服裝樣衣6，含有20%的不銹鋼纖維，平紋織造，屬于上下均附有彈力帶，上下收口的筒狀的電磁屏蔽服裝。接下來研究分析樣衣6與其他普通樣衣之間的差異，以及樣衣6的人體工學(xué)分析。

2.7.1 樣衣間對比分析

試驗將樣衣6與樣衣1、樣衣5進(jìn)行對比分析，在各不同測試環(huán)境下三者的屏蔽效能對比如圖11、圖12、圖13所示。

圖11 樣衣1、樣衣5、樣衣6工作環(huán)境站姿屏蔽效果對比

圖12 樣衣1、樣衣5、樣衣6工作環(huán)境坐姿屏蔽效果對比

圖13 樣衣1、樣衣5、樣衣6生活環(huán)境坐姿屏蔽效果對比

由圖11、圖12、圖13可知，在工作環(huán)境站姿、工作環(huán)境坐姿、生活環(huán)境坐姿3種不同的環(huán)境下，樣衣1與樣衣6相比，樣衣6的屏蔽效能都高于樣衣1。樣衣6的不銹鋼纖維含量比樣衣1低，且樣衣1面料為斜紋織物，樣衣6面料為平紋織物，但樣衣6的屏蔽效果卻比樣衣1好，說明服裝的收口式設(shè)計提高了電磁屏蔽服裝的屏蔽效能。

2.7.2 樣衣6研究分析

收口式服裝存在上下收口，服裝開口和縫隙越小，屏蔽效果一般都越好，因此接下來分析正常穿著與上收口收緊狀態(tài)時服裝電磁屏蔽效能的對比，即樣衣6與樣衣6.1的對比。樣衣6.1表示將樣衣6的上抽帶拉緊，樣衣6和樣衣6.1在工作環(huán)境站姿、工作環(huán)境坐姿、生活環(huán)境坐姿3種不同的測試環(huán)境下，其屏蔽效果對比如圖14、圖15、圖16所示。

圖14 樣衣6和樣衣6.1工作環(huán)境站姿屏蔽效果對比

圖15 樣衣6和樣衣6.1工作環(huán)境坐姿屏蔽效果對比

圖16 樣衣6和樣衣6.1生活環(huán)境坐姿屏蔽效果對比

由圖14、圖15、圖16可知，就服裝整體而言，樣衣6.1將上部收口之后其屏蔽效果比樣衣6好，也說明了減少服裝中的開口縫隙可以提高服裝的屏蔽效果。但是減少縫隙的同時會增加人體的服裝壓力，從人體工學(xué)角度來看，服裝壓會給人體帶來不舒適的感覺，因此適當(dāng)?shù)厥諗n服裝上口，增加服裝屏蔽效能的同時，也要讓著裝者感到舒適的狀態(tài)。

3 結(jié)論

本文研究各因素對電磁屏蔽服裝的影響，得出輻射源的類型、面料、人體姿態(tài)、服裝結(jié)構(gòu)均對電磁屏蔽服裝的屏蔽效能有影響，特別是服裝的結(jié)構(gòu)對服裝的屏蔽效能有較大影響，并且專門針對收口式服裝進(jìn)行了分析，得出上下收口式的設(shè)計提高了服裝的整體屏蔽效能。但從人體工學(xué)角度出發(fā)考慮，收口緊會產(chǎn)生的服裝壓，對人體舒適性有一定影響，因此，應(yīng)當(dāng)在保證人體舒適性的前提下，對電磁屏蔽服裝進(jìn)行適當(dāng)?shù)氖湛冢蕴岣唠姶牌帘畏b的電磁屏蔽效能。