不同電磁輻射屏蔽面料的最佳縫制工藝參數

孫嘉琪，于曉坤,2，胡吉永

(1.東華大學 服裝與藝術設計學院, 上海 200051； 2.東華大學 現代服裝設計與技術教育部重點實驗室，上海 200051； 3.東華大學 紡織學院，上海 201620)

隨著社會發展和科技進步，電磁輻射污染及其危害逐漸引起社會各界的關注[1-2]。由于電磁輻射污染會對人體健康造成一定的負面影響[3]，民用電磁輻射屏蔽服的應用也日益廣泛，其面料主要以金屬纖維混紡面料和鍍金屬纖維面料為主[4-5]，其屏蔽機制主要包括吸收、反射及多次反射3種形式[6]。結合面料特性以及成衣制作方式，縫紉過程中產生的孔洞及縫隙會對屏蔽服的屏蔽效能產生影響[7-8]。

目前已有的針對電磁輻射防護服縫制工藝參數的相關研究多為考察對屏蔽效能產生影響的縫制工藝參數并闡述二者間的相關性，缺少針對不同面料的縫制工藝設計及試驗對比。本文針對3種市場上常見的電磁輻射屏蔽面料，選取5個縫制工藝參數設計針對性的正交試驗，測試3種面料在不同縫制工藝下的屏蔽效能，對比不同面料屏蔽效能受縫制工藝參數的影響程度，分別總結出每種面料的最佳縫制工藝參數，以期對民用電磁輻射防護服裝的生產工藝設計有指導作用。

1 試 驗

1.1 試驗面料

選取目前民用防輻射服生產中使用較多的3種電磁輻射屏蔽面料作為研究對象，分別為不銹鋼纖維混紡面料(1#)、鍍銀纖維混紡面料(2#)以及含銀防輻射針織面料(3#)。3#面料線圈橫密為79列/(5 cm),線圈縱密為89行/(5 cm)。試驗面料基本參數見表1。

表1 試驗面料基本參數

1.2 縫制工藝參數設置

顯著影響電磁輻射屏蔽面料屏蔽效果的因素主要有輻射源頻率及距離、面料中導電纖維含量、面料拼縫時產生的孔洞面積和拼縫處縫隙的長寬尺寸[9-10]等。在將面料縫制成服裝的過程中，由于機針穿刺面料，不可避免地使面料間產生了孔隙，通常會使電磁輻射屏蔽面料的屏蔽效能受到損失[8]。由于縫制過程中產生的孔隙與縫線種類、縫型、機針號數、針距等縫制工藝參數有密切關系，結合前人探究成果[10-11]并通過預試驗對縫制工藝參數進行篩選，針對不同面料分別選取縫紉線種類A、縫紉方向B、機針號數C、縫型D和針距E這5個縫制工藝參數中的前4個作為正交試驗設計的試驗因子，每種變化的試驗因子擬定3個水平，其余縫制參數控制變量，采用4因素3水平正交表進行試驗設計。縫制工藝參數設置見表2。

表2 縫制工藝參數設置

1.3 屏蔽效能測試頻率確定

生活中人們受到手機等移動設備、冰箱、微波爐以及WLAN設備電磁輻射的頻率范圍主要集中在890～2 500 MHz之間[9,12]，考慮測試設備穩定性及數據的準確性，本文選擇在輻射源頻率500～3 000 MHz范圍內對試驗面料進行的屏蔽效能測試，并從1 000 MHz起以200 MHz為差值選取10個數據點，即記錄輻射源頻率為1 000、1 200、1 400、1 600、1 800、2 000、2 200、2 400、2 600、2 800 MHz時測得的試驗面料屏蔽效能。

1.4 試驗方法

根據GB/T 30142—2013《平面型電磁屏蔽材料屏蔽效能測量方法》中對試樣尺寸的要求，將3種試驗面料根據縫制試驗工藝參數設置需求裁剪為12 cm×7 cm的裁片，并將裁片沿長邊在距布邊1 cm處縫合。取樣時需在原面料上裁取完整圓形與同心圓環作為參考試樣，用于測試縫制前試驗面料的基礎屏蔽效能，其中圓形部分直徑3.5 cm，圓環內徑8.5 cm，外徑11.8 cm；同時在縫制后的正方形試樣正中裁取直徑11.8 cm的圓形負載試樣，用于測試在不同縫制工藝參數下縫制后的試驗面料屏蔽效能。取樣時應合理避開可能影響試驗結果的疵點與明顯折痕。取樣后對負載試樣按順序編號，共得到27個縫制試樣。

測試前將參考試樣、縫制試樣在常溫標準大氣環境中放置48 h調濕，使用FY800織物防輻射性能測試儀(溫州方圓儀器有限公司)對試樣的屏蔽效能進行測試。每個試樣重復測試5次，取其平均值作為該輻射頻率下試樣的屏蔽效能。

2 試驗結果與討論

2.1 試驗結果

試驗面料基礎屏蔽效能見表3。由表可知3種電磁輻射屏蔽面料縫制前的屏蔽效能，數值越大說明其屏蔽效果越好。1#-a、2#-a、2#-a分別為面料1#、2#、3#的參考試樣，即縫制前的試樣。縫制試樣電磁輻射屏蔽效能見表4，試樣編號中的序號對應正交試驗中的試驗號。

表3 試驗面料基礎屏蔽效能 dB

表4 縫制試樣電磁輻射屏蔽效能 dB

2.2 縫制工藝參數對屏蔽效能穩定性的影響

根據表4試驗結果計算每個試樣10個數據點屏蔽效能的方差，得到各試樣屏蔽效能穩定性。其中，方差數值越大，表示試樣在測試范圍內屏蔽效能穩定性越差。各試樣屏蔽效能的穩定性見表5。

表5 各試樣屏蔽效能的穩定性

由表5可知，3種電磁輻射屏蔽面料經過縫制后，在測試范圍內的屏蔽效能穩定性均受縫制工藝參數影響而有所降低。其中，面料1#、2#的不同縫制試樣間屏蔽效能穩定性差異明顯，說明面料1#、2#屏蔽效能穩定性受縫制工藝參數影響較大，主要由于面料1#、2#組織結構較緊密，縫制過程中產生的孔隙大小和形態與縫制工藝參數設置密切相關；而面料3#的不同縫制試樣間屏蔽效能方差差值在0.99以內，因縫制工藝參數不同而產生的影響較小，這主要是由于面料3#經、緯向密度較小，且導電纖維沿經、緯向分布較均勻，而縫制后拼縫處產生不均勻縫隙使其屏蔽效能穩定性降低，同時由于面料3#組織結構較松散，本身孔隙較大，因此其不同縫制工藝參數對拼縫處孔隙大小和形態的影響差異不如面料1#、2#明顯。

2.3 縫制工藝參數與面料屏蔽效能關系

由表4可以看出，面料1#和2#縫制后電磁輻射屏蔽效能整體有所降低，主要是由于面料1#和2#經、緯向密度較大，縫制產生的孔隙遠大于面料組織結構中的孔隙，導致穿過拼縫處的電磁輻射顯著增多；而面料3#由于自身針織結構中孔隙較大，主要依靠導電纖維間對電磁輻射的多次反射達到屏蔽效果，因此拼縫處由于縫紉產生的孔隙對縫制試樣的屏蔽效能影響較小，同時縫制后拼縫處面料交錯堆疊，使該部分導電纖維對電磁輻射的反射增多，令穿過拼縫處的電磁輻射減少，因此面料3#縫制試樣的屏蔽效能略有上升。

以面料1#為例進一步討論縫制工藝參數與面料屏蔽效能的關系，對縫制試樣的屏蔽效能測試結果進行方差分析，面料1#縫制試樣屏蔽效能方差分析結果見表6。

由表6可以看出，縫紉線種類、縫紉方向、機針號數、縫型4個縫制工藝參數對面料1#縫制后的屏蔽效能均有顯著影響，其中縫型對面料1#電磁輻射屏蔽效能影響最為顯著；其次是縫紉方向和機針號數；縫紉線種類因素對屏蔽效能的影響最小。因此在縫紉時，需對縫制工藝參數進行合理設置，使電磁輻射屏蔽面料縫制成防輻射服后具有較好的屏蔽效能。

為明確縫制工藝參數與屏蔽效能之間是否存在線性相關關系，對縫制工藝參數與面料1#縫制試樣屏蔽效能進行相關分析。首先，對縫紉線種類、縫紉方向、機針號數和縫型4個縫制工藝參數與屏蔽效能進行整體雙變量相關分析，并對分析結果進行整理。面料1#縫制工藝參數與屏蔽效能相關分析結果見表7。其中“*”表示在顯著性水平0.05時，二者呈顯著相關，且數值越大二者相關性越密切。

由表7可以看出，縫型與屏蔽效能有顯著的負線性相關性，即面料1#平縫后的屏蔽效能優于來去縫和內包縫，主要由于面料1#組織結構緊密，機針穿刺形成的孔隙大小和形態對面料屏蔽效能有主要影響，來去縫和內包縫均有2條縫線，因縫制產生的孔隙較多，導致穿過拼縫的電磁輻射更多。而縫紉方向、縫紉線種類和機針號數與屏蔽效能的線性相關性都較弱。但此結果并未顯示控制其余變量后，單一縫制工藝參數與屏蔽效能的相關性，因此采用偏相關分析做進一步討論。

以面料1#中縫紉線種類為例，對其與面料1#縫制試樣屏蔽效能的關系進行顯著性水平0.05下的偏相關分析，縫紉線種類偏相關分析結果見表8。

表8 縫紉線種類偏相關分析結果

由表8可以看出，當控制縫紉方向、機針號數和縫型時，縫紉線種類水平與屏蔽效能基本不存在線性相關關系。同樣分別對縫紉方向、機針號數與面料1#屏蔽效能進行偏相關分析后可知，控制其他縫制工藝參數時，縫紉方向、機針號數與面料屏蔽效能也基本不存在線性相關關系。

由上述方差分析及相關分析可知，改變縫制工藝參數設置會使面料1#縫制后的屏蔽效能產生顯著變化，其中縫型采用平縫時，面料1#縫制后的屏蔽效能損失最小，屏蔽效果最好，而縫紉線種類、縫紉方向和機針號數對面料1#縫制后屏蔽效果的影響基本不具有線性規律。

同樣對面料2#和3#縫制試樣的縫制工藝參數設置與屏蔽效能進行方差分析及相關分析可知，面料2#和3#縫制后的屏蔽效能也均會受到縫制工藝參數設置的影響：對于面料2#，縫紉線種類、縫紉方向、縫型、針距均對縫制試樣屏蔽效能有顯著影響，其中縫紉方向對屏蔽效能的影響最為顯著，但二者無顯著線性相關關系；其次為縫紉線種類和縫型，其中縫紉線種類與屏蔽效能成正線性相關關系；針距與縫制試樣屏蔽效能則不存在線性相關性。對于面料3#，縫紉線種類、縫紉方向、機針號數和針距均對縫制試樣屏蔽效能有顯著影響，其中縫紉線種類對屏蔽效能影響最為顯著，且二者成正線性相關關系，縫紉方向、針距和機針號數與其屏蔽效能基本不存在線性相關關系。

2.4 最佳縫制工藝參數的確定

以面料1#為例，由于部分縫紉工藝參數與屏蔽效能之間不存在顯著的線性相關關系，無法根據相關分析結果直接確定最佳縫制工藝參數，因此需要結合表4中試驗結果計算縫制試樣在不同縫制工藝參數設置下屏蔽效能平均值之和及其平方，得到縫制工藝參數選擇表。面料1#縫制工藝參數選擇表見表9，其中ki表示縫制工藝參數取水平i時屏蔽效能平均值之和，數值越大，屏蔽效能越好。

表9 面料1#縫制工藝參數選擇表

根據2.3中相關分析討論結果，結合表2縫制工藝參數設置和表9中屏蔽效能計算結果，可以確定使用滌綸縫紉線、11號機針，沿與緯向夾角45°平縫時，面料1#縫制后的屏蔽效能最好，此時針距為13針/(3 cm)。

同理，可得面料2#和3#的最佳縫制工藝參數，其中針對具有相近ki的縫紉工藝參數，均以縫制后能保持服裝較好的服用性能為目的進行參數水平選擇。如針對面料2#的縫紉線種類的選擇，盡管面料2#的屏蔽效能均與縫紉線種類成正相關關系，但計算屏蔽效能平均值之和后可知使用滌綸縫紉線與純棉縫紉線縫制后的面料屏蔽效能相近，考慮到縫紉線強度等物理性能對服裝耐用性等服用性能的影響，選擇彈力和強度較好的滌綸縫紉線。不同電磁輻射屏蔽面料最佳縫制工藝參數見表10。

表10 不同電磁輻射屏蔽面料最佳縫制工藝參數

3 結 論

本文通過測試3種電磁輻射屏蔽面料縫制試樣的電磁輻射屏蔽效能，分析縫制工藝參數對屏蔽效能穩定性的影響，并將縫制工藝參數與電磁輻射屏蔽效能進行方差分析及相關分析，根據試驗和分析結果確定不同電磁輻射屏蔽面料的最佳縫制工藝參數，得出以下結論：

①不銹鋼纖維混紡面料、鍍銀纖維混紡面料以及含銀防輻射針織面料縫制后的屏蔽效能穩定性均有所降低，且不銹鋼纖維混紡面料和鍍銀纖維混紡面料屏蔽效能穩定性受縫制工藝參數影響比含銀防輻射針織面料更明顯，縫制時更需考慮縫制工藝參數的合理設置。

②縫制工藝參數設置對不同電磁輻射屏蔽面料縫制后的屏蔽效能均會產生顯著影響，其中不銹鋼纖維混紡面料屏蔽效能受縫型影響最為顯著，鍍銀纖維混紡面料屏蔽效能受縫紉方向影響最大，含銀防輻射針織面料的屏蔽效能受縫紉線種類影響最顯著。

③不同電磁輻射屏蔽面料最佳縫制工藝參數：不銹鋼纖維混紡面料，在針距設置為13針/(3 cm)時，采用滌綸縫紉線、11號機針和平縫縫型、沿與緯向夾角45°方向縫制；鍍銀纖維混紡面料在機針號數為14號時，采用滌綸縫紉線、內包縫縫型和13針/(3 cm)針距沿緯向縫制；含銀防輻射針織面料在使用平縫縫型條件下，采用滌綸縫紉線、11號機針和13針/(3 cm)針距沿緯向縫制。