導(dǎo)電繡線(xiàn)刺繡產(chǎn)品工藝與電磁屏蔽效能研究

于媛媛 馬晶晶 劉淑萍 李 亮 劉讓同

（中原工學(xué)院，河南鄭州， 451191）

隨著信息時(shí)代的到來(lái)，電氣/電子設(shè)備也越來(lái)越易受到電磁波的干擾［1］。先進(jìn)的電子設(shè)備在給人們提供便利的同時(shí)，也對(duì)人類(lèi)產(chǎn)生一定的負(fù)面影響，繼空氣、水和噪聲污染之后，電磁輻射已被視為第四種污染源［2］。為此各種電磁屏蔽產(chǎn)品不斷開(kāi)發(fā)并投入使用［3?4］。經(jīng)文獻(xiàn)查閱［5?6］，可以利用金屬纖維的導(dǎo)電性，在織物表面形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)來(lái)屏蔽電磁波。目前電磁屏蔽服裝方面的研究以服裝上孔洞對(duì)屏蔽效能的影響居多，李帥等人在屏蔽織物上開(kāi)縫和剪孔，通過(guò)規(guī)則方式模擬服裝孔洞，研究縫隙長(zhǎng)度和孔洞直徑變化對(duì)電磁屏蔽效能的影響［7］；伏廣偉等人基于“開(kāi)窗法”研究了防輻射服裝的款式與暴露面積對(duì)其屏蔽性能的影響［8］。電磁屏蔽產(chǎn)品可以很大，也可以很小，有時(shí)候只需要其功能，但更多的還要求美觀［9］，用導(dǎo)電紗線(xiàn)進(jìn)行刺繡是一種比較合理的實(shí)現(xiàn)方式，將電磁屏蔽功能與刺繡設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)的研究目前還較少。根據(jù)電磁屏蔽織物屏蔽機(jī)理，入射的電磁波可以被反射、吸收和多次反射阻擋，這是屏蔽材料衰減電磁波能量的重要耗散方式［10?12］。而在織物上進(jìn)行刺繡，必然會(huì)改變織物的結(jié)構(gòu)，對(duì)織物性能產(chǎn)生重要影響。本研究通過(guò)不同導(dǎo)電繡線(xiàn)探討刺繡工藝參數(shù)對(duì)電磁屏蔽面料屏蔽性能的影響，旨在提高面料裝飾性和美觀性的同時(shí)，盡可能減少其屏蔽性能的下降或者使白坯面料的電磁屏蔽效能達(dá)到目標(biāo)要求。

1 試驗(yàn)

1.1 儀器和材料

儀器設(shè)備：富怡繡花CAD 制版軟件、電腦繡花機(jī)、DR?S02A 型法蘭同軸屏蔽性能測(cè)試儀。

材料：繡花基布選擇白坯布、吸收型金屬鍍層屏蔽織物（銅鎳）和反射型金屬絲混紡織物（不銹鋼）3 種，具體見(jiàn)表1；繡線(xiàn)選擇銀絲Y（聚酯纖維包銀）和普通繡線(xiàn)P（聚酯纖維）2 種。

表1 織物基本規(guī)格

1.2 方案

將電磁屏蔽面料與刺繡工藝相結(jié)合，研究相同刺繡面積、不同數(shù)量的刺繡孔洞和不同繡花線(xiàn)對(duì)織物屏蔽性能的影響。

根據(jù)刺繡設(shè)計(jì)中常用圖案形狀和屏蔽性能測(cè)試儀對(duì)試樣的要求，將刺繡圖案設(shè)置為直徑100 mm 的圓形。刺繡針?lè)ú捎瞄介矫揍?，圖案邊緣尖端類(lèi)型為鑿口型，針跡長(zhǎng)度統(tǒng)一為3 mm，通過(guò)調(diào)整針跡間距實(shí)現(xiàn)圖案刺繡總針數(shù)變化。刺繡圖案針跡形態(tài)和圖案邊緣尖端類(lèi)型見(jiàn)圖1。

圖1 鑿口型針跡形態(tài)組合形式

為了準(zhǔn)確探索刺繡技術(shù)對(duì)電磁屏蔽織物屏蔽效能的影響，設(shè)計(jì)8 組不同針距工藝進(jìn)行刺繡，具體見(jiàn)表2。織物經(jīng)過(guò)刺繡，形成具有上、中、下3 層結(jié)構(gòu)的刺繡復(fù)合織物。上層和下層由繡線(xiàn)針跡按照一定組合規(guī)律排列而成，中間層為原始織物，這種結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)屏蔽效果產(chǎn)生影響。

表2 刺繡工藝參數(shù)

采用DR?S02A 型法蘭同軸屏蔽性能測(cè)試儀，依據(jù)GJB 6190—2008《電磁屏蔽材料屏蔽效能測(cè)量方法》測(cè)試織物的屏蔽效能，頻率范圍為

0 GHz～3 GHz。

2 結(jié)果與分析

2.1 銀絲刺繡復(fù)合織物

2.1.1JD 型電磁屏蔽織物

銀絲刺繡JD 型織物屏蔽效能見(jiàn)圖2，其相較原始織物的電磁屏蔽效能增量見(jiàn)圖3。從圖2 可以看出，JD 型織物原始屏蔽效能比較穩(wěn)定，大部分頻率接近60 dB，但在頻率1 800 MHz～2 500 MHz 范圍內(nèi)出現(xiàn)波峰，其中在2 100 MHz達(dá)到最大屏蔽效能值78 dB，說(shuō)明該類(lèi)織物在該波段的屏蔽具有敏感性。

JD 型電磁屏蔽織物經(jīng)過(guò)銀絲刺繡后，其屏蔽效能與原始織物相比出現(xiàn)明顯改變，圖3 即展示了銀絲刺繡后織物屏蔽效能的增量。從圖2、圖3可以看出，刺繡總針數(shù)在一定范圍內(nèi)刺繡復(fù)合織物的屏蔽效能有所提升，但是隨著刺繡總針數(shù)的增加，織物的屏蔽效能基本呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。當(dāng)刺繡總針數(shù)在3 431 針～6 786 針時(shí)，復(fù)合織物屏蔽效能值在60 dB～70 dB，在頻率50 MHz～2 700 MHz范圍內(nèi)，復(fù)合織物的屏蔽效能較原始織物有所增加，特別是在556.553 62 MHz 之前（除了總針數(shù)在26 867 針時(shí)部分低于原始織物外）都有正增量，說(shuō)明導(dǎo)電繡線(xiàn)的加入增加了原始織物的電磁屏蔽能力；當(dāng)刺繡總針數(shù)在9 012 針～17 956 針時(shí)，織物的屏蔽效能在50 dB 以上，相較原始織物屏蔽效能沒(méi)有明顯下降；當(dāng)刺繡總針數(shù)達(dá)26 867 針時(shí)，復(fù)合織物的屏蔽效能相較原始織物有所下降，在頻率50 MHz～1 600 MHz 范圍內(nèi)，其屏蔽效能在50 dB～60 dB，而在頻率1 600 MHz ～3 000 MHz范圍內(nèi)，刺繡后織物屏蔽效能在40 dB～50 dB。而且在頻率較高時(shí)，刺繡復(fù)合織物的屏蔽效能普遍較原始織物低，說(shuō)明在高頻時(shí)，增加的導(dǎo)電繡線(xiàn)對(duì)電磁波的吸收不足以抵消因總針數(shù)的增加而造成的電磁波泄漏，導(dǎo)致屏蔽效能下降。

圖2 銀絲刺繡JD 型織物屏蔽效能

圖3 銀絲刺繡JD 型織物屏蔽效能增量

2.1.2JS 型電磁屏蔽織物

圖4、圖5 分別給出了銀絲刺繡JS 型織物電磁屏蔽效能及其相較原始織物的增量。從中可以看出，JS 型織物的電磁屏蔽效能相較JD 型織物變化較大，不同的頻率范圍內(nèi)，呈波浪式變化，其屏蔽效能主要分布在35 dB～45 dB 之間。

圖4 銀絲刺繡JS 型織物屏蔽效能

圖5 銀絲刺繡JS 型織物屏蔽效能增量

從圖4 可以看出，銀絲刺繡JS 型織物基本呈現(xiàn)出刺繡總針數(shù)越多，電磁屏蔽效能越低的趨勢(shì)，與原始織物相比普遍低于其波峰值，說(shuō)明刺繡總針數(shù)增加造成的電磁波泄漏對(duì)織物屏蔽效能影響較大。從圖5 的增量圖也可以看出，在大部分波段增量都表現(xiàn)出負(fù)值。當(dāng)然JS 型織物經(jīng)刺繡后，其屏蔽效能曲線(xiàn)均較原始織物變得平緩，屏蔽效能在不同頻率的均勻性得到提高。當(dāng)刺繡總針 數(shù) 為3 431 針～17 956 針 時(shí)，在50 MHz～1 400 MHz 頻率范圍內(nèi)復(fù)合織物的屏蔽效能在30 dB～40 dB 之間，而在1 400 MHz～3 000 MHz頻率范圍內(nèi)的屏蔽效能為40 dB～45 dB；當(dāng)刺繡總針數(shù)為26 867 針時(shí)，織物的屏蔽效能相較原始織物有少量下降，刺繡復(fù)合織物屏蔽效能在30 dB～40 dB。

2.1.3坯布

白坯布是沒(méi)有屏蔽功能的，圖6 給出了不同總針數(shù)銀絲刺繡白坯復(fù)合織物電磁屏蔽效能。從圖6 可以看出，刺繡后白坯布具備一定電磁屏蔽效果，說(shuō)明導(dǎo)電繡線(xiàn)的加入確實(shí)提高了白坯布的電磁屏蔽能力，刺繡總針數(shù)越多，復(fù)合織物的電磁屏蔽效能越高，具有明顯的頻率敏感性，低頻時(shí)屏蔽效能較大，高頻時(shí)屏蔽效能較小。

圖6 銀絲繡線(xiàn)刺繡白坯布的屏蔽效能

2.2 普通繡線(xiàn)刺繡復(fù)合織物

2.2.1JD 型電磁屏蔽織物

圖7、圖8 分別給出了普通繡線(xiàn)刺繡JD 型織物電磁屏蔽效能及其相較原始織物的增量。

圖7 普通刺繡JD 型織物屏蔽效能

圖8 普通刺繡JD 型織物的屏蔽效能增量

從圖7、圖8 可知，隨著刺繡總針數(shù)增加，復(fù)合織物的電磁屏蔽效能逐步減小，增量值大多處于0 dB 線(xiàn)以下，說(shuō)明總針數(shù)的增加使織物中泄漏電磁波的孔洞增加，形成屏蔽效能的下降，當(dāng)然普通繡線(xiàn)刺繡后JD 型電磁屏蔽織物的屏蔽性能相比原始織物更加穩(wěn)定。當(dāng)總針數(shù)在3 431 針～5 457 針 間 變 化 時(shí)，JD 型 織 物 在50 MHz～700 MHz 頻率范圍內(nèi)的屏蔽效能較原始織物有所提升，增加量約10 dB，在700 MHz～3 000 MHz頻率范圍內(nèi)，刺繡對(duì)屏蔽效能影響基本隨總針數(shù)增加而增加；刺繡總針數(shù)從6 786 針開(kāi)始，織物的屏蔽效能出現(xiàn)下降，其中總針數(shù)在26 867 針時(shí)，復(fù)合織物的屏蔽效能下降最多，在頻率50 MHz～1 700 MHz 范圍內(nèi)，刺繡織物屏蔽效能在40 dB～50 dB，在頻率1 700 MHz～3 000 MHz 范圍內(nèi)，刺繡后織物屏蔽效能在30 dB～40 dB。

2.2.2JS 型電磁屏蔽織物

圖9、圖10 分別給出了普通繡線(xiàn)刺繡JS 型織物電磁屏蔽效能及其相較原始織物的增量。從圖9、圖10 可知，隨著刺繡總針數(shù)增加，復(fù)合織物的電磁屏蔽效能逐步減小，JS 型織物的屏蔽效能均較原始織物變得平緩，其規(guī)律與普通繡線(xiàn)刺繡JD 型織物一致。當(dāng)刺繡總針數(shù)為3 431 針～4 556 針時(shí)，織物屏蔽效能集中在40 dB；當(dāng)總針數(shù)為5 475 針～17 956 針時(shí)，織物的屏蔽效能逐漸下降，在30 dB～40 dB 之間，但相較原始織物屏蔽效能下降幅度不大；當(dāng)總針數(shù)為26 867 針時(shí)，屏蔽效能下降最多，復(fù)合織物屏蔽效能在20 dB～30 dB。

圖9 普通刺繡JS 型織物屏蔽效能

圖10 普通刺繡JS 型織物的屏蔽效能增量

由此可見(jiàn)，對(duì)電磁屏蔽織物進(jìn)行刺繡設(shè)計(jì)時(shí)，在一定少量低頻范圍內(nèi)會(huì)增加織物的屏蔽效能；當(dāng)刺繡針數(shù)達(dá)到一定的數(shù)量后，在大部分頻率范圍內(nèi)會(huì)降低織物的屏蔽效能，且JD 吸收型屏蔽織物比JS 反射型織物的屏蔽效能下降得快且多。

2.3 繡線(xiàn)類(lèi)型

通過(guò)白坯銀絲刺繡設(shè)計(jì)（圖6）可以看出，銀絲刺繡賦予白坯一定的屏蔽效能，不同刺繡總針數(shù)在不同的頻率范圍內(nèi)，白坯屏蔽效能也不同。當(dāng)刺繡總針數(shù)為13 483 針～17 956 針時(shí)，白坯在各頻率上的屏蔽效能較好，最大值在30 dB～40 dB，最小值也有20 dB～30 dB；其次是刺繡總針數(shù)為26 867 針的刺繡設(shè)計(jì)，最后是刺繡總針數(shù)為3 431 針～9 012 針。說(shuō)明導(dǎo)電繡線(xiàn)為本無(wú)電磁屏蔽功能的織物提供了功能性，這為電磁屏蔽的定制設(shè)計(jì)提供一種方法。

對(duì)比圖2、圖7 可以看出，JD 型織物經(jīng)銀絲繡線(xiàn)刺繡后，其屏蔽效能在各個(gè)頻率段內(nèi)都優(yōu)于普通繡線(xiàn)刺繡織物。 刺繡總針數(shù)在3 431 針～6 786 針時(shí)，JD 型織物的屏蔽效能相比原始織物的屏蔽效能沒(méi)有降低，且刺繡總針數(shù)越少，刺繡后織物的屏蔽效能比原始織物屏蔽效能增量越大，頻率越低屏蔽效能增勢(shì)越大，最大增量為10 dB。

對(duì)比圖4、圖9 可以看出，刺繡總針數(shù)達(dá)到一定數(shù)量后，相同刺繡參數(shù)下，銀絲刺繡后織物的屏蔽效能在某部分頻率段內(nèi)優(yōu)于普通繡線(xiàn)刺繡，在某些頻率段內(nèi)不如普通繡線(xiàn)刺繡。刺繡總針數(shù)為3 431針～6 786針時(shí)，在50 MHz～1 200 MHz頻率范圍內(nèi)，JS 型織物屏蔽效能相比普通繡線(xiàn)刺繡后織物的屏蔽性能要低，相差最大值為10 dB。其他刺繡設(shè)計(jì)下，刺繡總針數(shù)越多，在更寬的頻率上銀絲繡線(xiàn)屏蔽效能優(yōu)于普通繡線(xiàn)的屏蔽效能。

由此可見(jiàn)，銀絲刺繡相比普通繡線(xiàn)刺繡，對(duì)于提高或者穩(wěn)定織物的屏蔽效能有明顯的促進(jìn)作用。隨著刺繡總針數(shù)的增加，JS 型織物在高頻率上銀絲繡線(xiàn)的積極作用更加突出，JD 型織物在低頻率上銀絲繡線(xiàn)的積極作用更加突出。

3 結(jié)論

用導(dǎo)電繡線(xiàn)刺繡可以有效調(diào)控電磁屏蔽產(chǎn)品局部的電磁屏蔽功能。對(duì)電磁屏蔽基布進(jìn)行刺繡設(shè)計(jì)時(shí)，在一定少量范圍的總針數(shù)低頻范圍內(nèi)會(huì)增加屏蔽效能；當(dāng)刺繡總針數(shù)達(dá)到一定數(shù)量后在大部分頻率范圍內(nèi)會(huì)降低織物的屏蔽效能。對(duì)于電磁屏蔽織物，隨著刺繡總針數(shù)的增加，導(dǎo)電繡線(xiàn)刺繡復(fù)合織物的屏蔽效能在各個(gè)頻率段內(nèi)基本都優(yōu)于普通繡線(xiàn)刺繡，對(duì)于提高或者穩(wěn)定織物的屏蔽效能有明顯的促進(jìn)作用。導(dǎo)電刺繡賦予白坯一定的屏蔽效能，不同刺繡總針數(shù)在不同的頻率范圍內(nèi)會(huì)提供不同的屏蔽效能，這為電磁屏蔽的局部定制設(shè)計(jì)提供了一種方法。