線縫對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,劉 哲

(中原工學院 服裝學院，鄭州 450007)

研究與技術

線縫對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,劉 哲

(中原工學院 服裝學院，鄭州 450007)

為研究線縫對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、多離子導電布、金屬網等材料，根據縫紉線種類、縫合方向、縫型種類及不同材料包邊處理四個變量設計制作不同的實驗樣品。利用小窗法屏蔽效能測試系統進行屏蔽效能測試。結果顯示：鍍銀縫紉線的屏蔽效能相比于普通縫紉線更穩定，使用鍍銀縫紉線屏蔽效果要優于普通縫紉線；沿緯線方向縫合的屏蔽效能低于沿經線方向縫合，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；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，現代電子工業高速發展，人類在生產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，會對電磁波吸收、反射和透射，產生熱效應和非熱效應，危及身心健康[1]。因此，為防止電磁波對人體的傷害，電磁屏蔽服裝的研究與開發越來越受到世界各國消費者的關注。當前國內外的研究主要集中在對電磁屏蔽織物屏蔽效能的提高上，利用新型纖維混紡、先進的制作技術或通過多種不同屏蔽織物的組合研發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，其中一個重要原因就是電磁波可以通過服裝上任意一處線縫形成的微小縫隙和孔洞向內傳遞到全身，從而使其屏蔽效能大大下降，甚至喪失其防護效果[4-6]。因此，研究線縫對服裝面料屏蔽效能的影響可以指導電磁屏蔽服裝的設計及生產，具有重要的學術意義及應用價值。

目前有關線縫對電磁屏蔽服裝屏蔽效能影響的研究還較少，僅有一些學者對縫隙和孔洞方面進行了相關研究。王業飛等[7]提出屏蔽的平面模型，將電磁屏蔽材料應用到屏蔽室建設中會出現塊與塊之間的搭接，搭接處測試縫隙長度對屏蔽室屏蔽效能產生的影響。劉韜等[8]，徐亮[9]，段玉平等[10]利用時域有限差分法，通過計算機建模研究孔縫的形狀大小對電磁屏蔽效能的影響，分析了不同長度、尺寸的縫隙與金屬箱體屏蔽效能的關系，進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]研究發現服裝中縫隙和孔洞對服裝電磁屏蔽效能有較大的影響。李帥等[13]采用標準場強法，對織物表面開有不同長度的縫隙和不同直徑的圓口時對屏蔽效能的影響進行了重點測試和分析，縫隙和圓孔都對織物的屏蔽效能有重要影響。汪秀琛等[14]建立數學模型，利用“開窗法”研究模擬服裝中常見的縫隙，選擇縫隙長度為實驗變量對服裝屏蔽效能進行研究。這些文獻都為本文的研究提供了理論知識和實驗思路的指導和參考。同時也可以看出，目前大部分研究主要側重于縫隙及孔洞等對電磁屏蔽面料和服裝屏蔽效能的影響，關于縫紉線、縫合方向、縫型等線縫的相關要素對電磁屏蔽面料屏蔽效能影響的探索還較少提及。

本文選擇合適的實驗材料，根據縫紉線的種類、縫合方向、縫型的種類及不同材料包邊處理四個變量，設計制作不同結構的電磁屏蔽面料實驗樣品。利用小窗法屏蔽效能測試系統對實驗樣品進行屏蔽效能測試。通過分析實驗結果得出，線縫與電磁屏蔽面料屏蔽效能的關聯和規律，為電磁屏蔽服裝的設計與制作提供理論依據。

1 實驗方案

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驗面料及包邊處理材料：1#不銹鋼防輻射織物；2#多離子導電布；3#金屬網，其掃描圖及微觀圖見圖1(放大200倍)，規格見表1。

圖1 實驗織物Fig.1 Experimental fabrics

表1 織物規格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 屏蔽效能測試方法

采用DR-SO4小窗法屏蔽效能測試箱(北京鼎容實創科技有限公司)，AV3629D微波矢量網絡分析儀(中國電子科技集團公司第四十一研究所)對所有實驗試樣進行測試，根據實驗設備及研究目的確定實驗樣布大小為40 cm×40 cm，測試距離為1.5 m。測試頻率范圍為1 GHz～18 GHz，極化方向為水平極化和垂直極化。測試三次，求平均值作為最終結果。表1所示實驗面料在1 GHz～18 GHz波段范圍的屏蔽效能測試結果見圖3。

從圖3可以看出，三種實驗織物在極化方向上的穩定性由強到弱依次為不銹鋼防輻射織物、多離子導電布、金屬網。在整體實驗波段內，不銹鋼防輻射織物的屏蔽效能最低在40 dB左右，多離子導電布屏蔽效能均在45 dB以上，金屬網的屏蔽效能在30～60 dB浮動。

1.3 實驗樣品制作方案

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方面考慮制作實驗樣品。統一采用不銹鋼織物作為待縫制面料，多離子導電布及金屬網作為后處理材料。縫制長度與面料長度一致，縫制位置為面料的中間部位。縫制用機針統一固定為14號，針距為12針/3 cm。

圖3 單層實驗樣布的屏蔽效能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緯紗向密度不同，因此縫合方向也會影響織物的屏蔽效能。在服裝的制作過程中，縫合方向會根據服裝的設計、結構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縫合方向進行研究，簡化實驗內容主要以織物的經向為沿經線方向，緯向為沿緯線方向，縫制縫合方向為沿經線方向和沿緯線方向的實驗樣品。縫制時除縫合方向改變外，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，縫型統一為最普遍且簡單的平縫結構，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驗樣品：平縫；包縫；來去縫，如圖4所示。

圖4 縫型的類型Fig.4 Seam types

縫制時除縫型類型改變外，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，多離子導電布及金屬網分別對不銹鋼織物進行包邊處理，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 結果與分析

2.1 縫紉線類型不同時的屏蔽效能

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試結果見圖6。從圖6可知，當實驗樣品使用普通縫紉線時，其屏蔽效能在垂直極化方向上浮動范圍較大，整體不夠穩定，最低點在30 dB左右。當使用鍍銀縫紉線時，水平與垂直極化方向的屏蔽效能較普通縫紉線穩定，且最低值在35 dB左右。即鍍銀縫紉線的屏蔽效果要優于普通縫紉線。

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，當縫合方向不同時的屏蔽效能見圖7。從圖7可以明顯看出，兩個縫合方向的屏蔽效能在垂直極化方向高于水平極化方向，可達到35 dB以上。且通過對兩個縫合方向屏蔽效能的對比可知，沿經線方向縫合試樣的屏蔽效能在兩個極化方向上均高于沿緯線方向試樣5 dB左右。即試樣沿經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 縫型種類不同時的屏蔽效能

在其他因素不變的情況下，縫型種類不同時的屏蔽效能見圖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范圍較大可達30～40 dB，但是在1 GHz～6 GHz頻率下，屏蔽效能較高可達40 dB。水平極化方向則相對穩定。據縫型的結構及電磁波的入射方向可知，水平極化時電磁波與縫型結構平行即與縫型處縫隙平行，當頻率增大時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生大的變化，整體較為穩定。而垂直極化時電磁波與縫型結構垂直，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，使得縫型處阻擋隨之變弱，由此試樣屏蔽效能持續下降整體浮動范圍較大。包縫和來去縫的屏蔽效能較為穩定且稍優于平縫，但考慮到來去縫有兩條縫線，為了盡量減少縫跡和簡化縫制工藝，采用包縫進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定，浮動范圍在30 dB左右，但在1 GHz～8 GHz內屏蔽效能可達40 dB。水平極化方向的屏蔽效能則相對穩定，與縫型種類不同時的討論一致。不銹鋼織物包邊與多離子導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金屬網包邊處理較穩定，且均在35 dB以上。因此，在縫型的包邊處理中可優先選擇多離子導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 論

本文根據線縫的使用材料、縫型類型及不同包邊處理方式等制作實驗樣品，對其進行屏蔽效能測試及分析，進而研究線縫對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較大達到30 dB，鍍銀縫紉線時水平與垂直相對穩定些，且最低值在35 dB左右。因此，縫制電磁屏蔽服裝時使用鍍銀縫紉線的屏蔽效果要優于普通縫紉線。

2)沿緯線方向縫合時的屏蔽效能要低于沿經線方向縫合時的屏蔽效能。當面料經紗與整體服裝豎直方向水平時，在生產電磁屏蔽服裝時要盡量減少沿緯線方向縫合的設計。

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

4)三種包邊處理方式，在垂直極化上不穩定浮動范圍較大，但在1 GHz～8 GHz內屏蔽效能可達40 dB。不銹鋼織物包邊與多離子導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金屬網包邊處理較穩定且均在35 dB以上。因此，在縫型的包邊處理中可優先選擇多離子導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

國家自然科學基金面上項目(61671489，61471404)；河南省高等學校重點科研項目(15A540002)

TS101.3+2

:A

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

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