碳纖維對電磁屏蔽服裝開口處屏蔽效能的影響

王珍玉　金艷蘋

摘要：為研究碳纖維對服裝開口處電磁屏蔽效能的影響，文章分別以不同寬度碳纖維網格和不同配比碳纖維粉末涂層液兩種方式對電磁屏蔽服裝的袖口、領口進行處理，采用3m電磁屏蔽暗室法測試其處理后的電磁屏蔽效能，運用相關軟件對測試結果進行分析。結果表明：袖口處縫制碳纖維網格后電磁屏蔽效能顯著提高，且加入5 cm寬時電磁屏蔽效能最好，最高為32 dB;涂層不同配比涂層液后，袖口處電磁屏蔽效能在不同頻率段內均有提高和減弱，且兩種涂層液的變化情況相似。領口處縫制2 cm和3 cm寬碳纖維網格后，電磁屏蔽效能在不同頻率段內增強效果呈相反趨勢：經不同配比涂層液涂層后，電磁屏蔽效能同樣都有明顯提高，且涂層未混合碳納米管的碳纖維粉末涂層液后電磁屏蔽效能最好，最高為22.7 dB。

關鍵詞：電磁屏蔽服裝;服裝開口;碳纖維;電磁屏蔽效能;涂層液

中圖分類號：TS941. 15

文獻標志碼：A

文章編號：1001-7003（ 2019） 12-0022-06

引用頁碼：121104

隨著科技的發展，電子設備的不斷普及，人們無論在工作還是生活中或多或少都受到電磁波的影響。經研究與統計，人若長時間處于電磁波作用下，會產生各種各樣的生理或心理疾病[1]。為起到防護作用，穿著具有電磁屏蔽功能的服裝是較為方便且可行的選擇[2]。電磁屏蔽服裝可有效減少電磁波對人體產生的危害，但其領口、袖口等開口部位不可避免會將電磁波傳遞到服裝內部，從而減弱其電磁屏蔽效能[3-4]，所以開口部位成為影響電磁屏蔽服裝電磁屏蔽效能的重點研究對象之一。研究表明，在眾多電磁屏蔽材料中，不銹鋼織物屏蔽效能持久，且多次洗滌后屏蔽效能不減，是目前市場上應用最廣泛的高效屏蔽織物[5-6]。另外，吸波材料不但自身具有一定的電磁屏蔽效能，在處理之后，還能優化在服裝方面的應用性能。碳纖維作為一種吸波材料，具有密度小、強度高、導電性好、化學穩定性好等優點[7]，成為目前國內外電磁屏蔽織物研究經常選用的基材之一[8]。李克兢等[9]研究發現，將屏蔽材料作為內襯或內膽縫制在服裝中或直接在服裝外層進行防電磁輻射的涂層處理是電磁屏蔽服裝開發和設計的主要方式，屏蔽室法是評價服裝電磁屏蔽效能最適用的方法[10]。本文為研究碳纖維在開口部位對電磁屏蔽服裝電磁屏蔽效能的影響，將碳纖維網格布以不同寬度作為內襯縫制在電磁屏蔽服裝的袖口、領口處，并將碳纖維粉末以不同比例配置成涂層液涂層在袖口、領口處，在電磁屏蔽暗室中進行開口處電磁屏蔽效能的測試，研究兩種處理方式對屏蔽效能的影響。

1 實驗

1.1 材料

實驗材料主要有3 K 240 g碳纖維網格布（江蘇宜興騰碳纖維材料科技有限公司），300目的碳纖維粉末（南京緯達復合材料有限公司），納米碳管分散液（常州市寅光電化技術有限公司），硅烷偶聯劑KH-550（南京創世化T助劑有限公司），水性芳香族聚氨酯樹脂（濟寧宏明化學試劑有限公司）等，其中3 K 240 g碳纖維網格布的規格如表l所示。以具有吸波性能的碳纖維粉末、納米碳管分散液作為吸波劑，以水、硅烷偶聯劑、水性芳香族聚氨酯為基體按不同比例配置涂層液1和涂層液2，配比情況見表2。

由于3 K 240 g碳纖維網格極易脫散，故在裁剪時需在裁剪路線上涂一層水性芳香族聚氨酯樹脂以保證其不會脫散[11]。研究表明，碳纖維網格在經過樹脂處理之后，其電阻值及屏蔽效能的變化可以忽略不計[12]。

碳納米管是一種高性能電磁吸收材料，是電磁屏蔽應用研究中優秀的復合導電材料。將碳纖維與碳納米管以1：1比例復合作為導電劑時，電磁屏蔽效能優于碳纖維和碳納米管作為單一導電劑時的情況[13]，因此本文將碳纖維粉末單獨或與碳納米管分散液以1：1的比例進行混合，配置兩種涂層液。1.2實驗服裝設計與制作1.2.1股裝試樣規格及結構設計

由于男裝結構較女裝簡單，能夠減少干擾因素，所以選擇185/100A的男裝尺寸進行結構圖的繪制。其規格尺寸見表3，結構圖見圖1、圖2。

1.2.2服裝試樣的制作與處理

選用不銹鋼面料制作實驗所用服裝。服裝袖口折邊一般設置為2—4 cm，可根據情況略加調整。但袖口及領口是服裝與人體接觸的邊緣，且碳纖維網格較硬，縫制的內襯或涂層的涂層液過寬，均會使人體感到不適。因此，本次實驗袖口處理寬度最大設計為5 cm，領口處理最大寬度為3 cm。根據方案設計分別制作12個衣袖，編號為A1-A12;5件上衣，編號為B1～ B5。袖口及上衣領口的處理方式如表4所示。

1.3電磁屏蔽效能測試

電磁屏蔽效能測試采用3m電磁屏蔽暗室法進行，主要包括3m暗室、人體模型、AV36290矢量網絡分析儀、DRA00818放大器、發射與接收天線、測試軟件等。測試過程為：將人體模型放置在整理好的電磁屏蔽暗室中，移動發射天線至合適的距離，使其對準模型：將袖子、衣身依次穿在人體模型上，用矢量網絡分析儀進行測試。測試袖口處電磁屏蔽效能時須將袖隆用繩子扎緊，使袖口呈現唯一暴露在電磁波中的開口結構：測試領口處電磁屏蔽效能時需將袖口及下擺用繩子扎緊，使領口呈現唯一暴露在電磁波中的開口結構。

2結果與分析

2.1 袖口電磁屏蔽性能分析

2.1.1 碳纖維網格對袖口電磁屏蔽效能的影響

碳纖維網格寬度為1 cm和2 cm時袖口處的電磁屏蔽效能如圖3、圖4所示。

由圖3、圖4可以看出，在袖口處加入1—2 cm寬度的碳纖維網格后，頻率在1000～3 000 MHz時袖口處電磁屏蔽效能均有不同程度的變化，且在大多數頻率范圍內電磁屏蔽效能有所減小。這是由于碳纖維網格作為內襯縫制在袖口時，形成的針孔造成了電磁波的泄露，從而使服裝的屏蔽效能有所減弱。

碳纖維網格寬度為3、4、5 cm時袖口處的電磁屏蔽效能如圖5 圖7所示。

由圖5-圖7可知，袖口處分別添加碳纖維網格寬度為3～5 cm后，頻率在1000～2 600 MHz時，袖口處電磁屏蔽效能總體呈減弱趨勢;但在2 600～3 000 MHz時，電磁屏蔽效能均有不同程度增加，寬度為5 cm時增加效果最顯著，且頻率為2 800 MHz時屏蔽效能達到最高31 dB，增加15 dB。這是由于碳纖維在不同頻率段內均具有較好的電磁屏蔽效能，在高頻率段內最高可達到67 dB。隨著袖口處添加寬度的增加，電磁波的透過率逐漸減少，從而使該處電磁屏蔽效能增強。

2.1.2涂層液對袖口電磁屏蔽效能的影響

兩種不同比例涂層液涂層后袖口處電磁屏蔽效能如圖8所示。

由圖8可以看出，袖口處進行碳纖維粉末涂層液（A11）、碳纖維和碳納米管混合涂層液（A12）涂層后，袖口處電磁屏蔽效能變化程度相似。頻率在1400～1 800 MHz時，其電磁屏蔽效能均有所減弱：但頻率在2 800～3 000 MHz時電磁屏蔽效能卻都有明顯提高，最高達到26 dB，提高10 dB。這是由于碳纖維粉末具有一定的電磁吸收效能，在高頻率段內可使電磁屏蔽效能增強。

綜上分析，在1000～3 000 MHz頻率段內，袖口處縫制5 cm寬碳纖維網格后，其電磁屏蔽效能較好，最高達到32 dB。這是由于袖口處5 cm寬碳纖維網格對電磁波透過率減少造成的屏蔽效能優于碳纖維粉末對電磁波吸收所產生的屏蔽效能。

2.2領口電磁屏蔽性能分析

圖9為碳纖維網格寬度分別為0、2、3 cm時領口處的電磁屏蔽效能測試結果，圖10為涂層寬度為3 cm時領口的電磁屏蔽效能測試結果。

由圖9可知，頻率在1000～2 000 MHZ時，3 cm的碳纖維網格可明顯提高其電磁屏蔽效能，最高達到16 dB。頻率在2 000～3 000 MHz時，2 cm寬的電磁屏蔽效能總體有所提高，其中在2 600～3 000 MHz頻率段內，增強效果最明顯，提高6 dB。說明頻率對碳纖維網格在領口處的電磁屏蔽效能產生一定的影響。

由圖10可以看出，分別將碳纖維粉末、碳纖維粉末與碳納米管分散液混合配置成的涂層液涂層在領口后，頻率在1000～3 000 MHz時，電磁屏蔽效能均有明顯提高。且涂層碳纖維粉末涂層液后增強效果更好，最高達到22.7 dB。頻率為3 000 MHz時，屏蔽效能提高最顯著，提高8 dB。

綜上分析.1000～3 000 MHz頻率段內，在領口進行碳纖維粉末涂層液涂層后，其電磁屏蔽效能較好，可達到22.7 dB。分析認為是由于碳纖維粉末涂層液一方面減小了領口處的孔洞率，一方面又對電磁波進行一定的吸收損耗，從而使其屏蔽效能提高。

3結論

通過將碳纖維以不同寬度作為內襯及碳纖維粉末、碳纖維粉末和碳納米管混合涂層液涂層的方式應用在電磁屏蔽服裝的袖口、領口處，進行電磁屏蔽效能測試，探究碳纖維在不同開口部位對電磁屏蔽服裝屏蔽效能的影響，得到以下結論。

1）對電磁屏蔽服裝的袖口和領口經碳纖維進行不同處理后，其開口處電磁屏蔽效能在不同頻率段內有不同的變化情況。

2）袖口處縫制1～2 cm寬碳纖維網格后，頻率在1 000～3 000MHz時屏蔽效能整體減弱：縫制3—5 cm寬后，頻率在2 600～3 000 MHz時，電磁屏蔽效能均有不同程度的增強，且在縫制5 cm寬度碳纖維網格時，增強效果最顯著，為32 dB。進行兩種配比涂層液涂層后電磁屏蔽效能變化情況相似，在低頻段內有所減弱，在2 712～3 000 MHz時明顯提高，最高達到26 dB。因此，袖口可通過增加碳纖維寬度來增強其電磁屏蔽效能。

3）領口處縫制3cm寬碳纖維網格后，頻率在1000—2 000 MHz時電磁屏蔽效能較好，最高達到16 dB：縫制2 cm寬碳纖維網格后，頻率在2 000～3 000 MHz時屏蔽效能較好，最高達到12.5 dB。進行兩種配比涂層液涂層后，在測試頻率范圍內其電磁屏蔽效能均顯著提高，且經未混合碳納米管的碳纖維粉末涂層液涂層后提高效果較明顯，最高達到22.7 dB。因此，領口可通過涂層碳纖維粉末涂層液來達到其最佳電磁屏蔽效能。

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收稿日期：2019-03 -14;修回日期：2019-10-29

基金項目：浙江省服裝工程技術研究中心（浙江理工大學）開放基金項目（ 2019FZKF10）

作者簡介：王珍玉（ 1994 ），女，碩士研究生，研究方向為功能紡織服裝材料。

通信作者：金艷蘋，副教授，goldyp77@163.com。