纬向嵌织镀银长丝机织物的电磁屏蔽效能分析

谢 勇，杜 磊，邹奉元

(浙江理工大学服装学院，杭州310018)

电磁辐射被视为继空气污染、水污染和噪声污染后的第4种污染源。人类长期暴露在电磁辐射环境中，身体会受到不同程度的伤害［1］。为减少和预防电磁辐射的危害，电磁屏蔽纺织品应运而生。目前，有许多方法可以改善织物的电磁屏蔽效能。例如在织物上涂覆导电涂层，但其涂层易脱落，服用性能存在缺陷;另外，还可以在织物中添加导电材料，多以柔性的导电纤维为主，从而使织物既拥有良好的服用性能，又不影响美观［2］。由于镀银纤维长丝表面含有一层致密的银而使得镀银纤维本身具有良好的导电性能，使其成为屏蔽服装的首选材料。本研究以镀银长丝为原料，分析嵌织比例、织物组织、镀银长丝的纤度、相同层数织物镀银长丝排列角度等要素对织物电磁屏蔽效能的影响。

1 实验部分

1.1 电磁屏蔽效能的测试仪器

NET ANALYZER FY800网络分析仪(温州方圆仪器有限公司)。

1.2 纱线材料

试样经纱均选取166.7 dtex(150 D)的涤纶长丝，编号1～15的织物(表1)纬纱选取166.7 dtex(150 D)的涤纶长丝与83.3 dtex(75 D)/24根的镀银单丝，编号16～30的织物纬纱选取166.7 dtex(150 D)的涤纶长丝与经并股而成的166.7 dtex(150 D)/48根的镀银长丝。

表1 织物规格Tab.1 Fabrics specifications

1.3 纬向嵌织镀银长丝机织物的设计与织造

实验从镀银长丝的嵌织比例、镀银长丝的纤度、织物的组织结构三个方面来设计、织物。当电磁波到达屏蔽体表面时，因空气与金属介质的阻抗不同，对电磁波产生的反射作用主要取决于两者介质的阻抗［3］。因此，为减少反射带来的电磁屏蔽效能的实验误差，设计了结构不同但单位面积下镀银纤维长丝浮点相同的三种组织结构，如图1所示。

图1 织物的组织结构Fig.1 Weave structure of fabrics

织物的经纬密为320×320根/10 cm，织物规格设计如表1所示。

1.4 电磁屏蔽效能的测试方法

根据同轴法与屏蔽室法的优缺点［4-5］，以及对数据准确性的要求，依据标准GJB6190—2008《电磁屏蔽材料屏蔽效能测量方法》，采用法兰同轴法测试织物的电磁屏蔽效能，采用扫频测量的方式测试所制备试样在30～1 500 MHz内的电磁屏蔽效能。

测试在温度为15～30℃、相对湿度小于80%的室内进行。测试所用的仪器设备包括网络分析仪、衰减器、同轴测量装置［6］。测试编号为1～15织物的屏蔽效能值(SE值，dB)，每块织物测试3次并取平均值，对所得的数据进行分析。再测试编号为16～30织物的屏蔽效能值(SE值，dB)，每块织物测试3次并取平均值，将所得数据与编号为1～15织物的屏蔽效能值对比。

2 结果与讨论

2.1 嵌织比例对织物屏蔽效能的影响分析

图2所示为三种组织结构的织物屏蔽效能随着镀银纤维嵌织比例变化的测试结果。

由图2可见，平纹与斜纹织物的屏蔽效能在800 MHz内随着织物内镀银长丝嵌织比例的变大而增强，而缎纹织物的屏蔽效能在500 MHz内随着镀银长丝前值比例的变大而增强。这是因为镀银长丝嵌织比例的增大会使得织物表面的金属浮点增加，当电磁波到达织物表面时，其反射率也会增加。图2中每一种组织结构的织物只对某个极小频率段的电磁波具有很好的屏蔽效能，当频率继续变大时，屏蔽效能并不随着嵌织镀银长丝比例的增大而增强。原因是镀银长丝单向排列，主要是依靠银的高磁导率、低磁阻的特性对较低频率的磁场有很好的屏蔽效能;交变电磁场频率较高时，会增加其磁阻，降低屏蔽效果［7］。

图2 相同组织结构不同镀银长丝嵌织比例的屏蔽效能Fig.2 The shielding effectiveness of fabrics with the same weave structure and different embedded woven proportions of silver plated filament

2.2 组织结构对织物屏蔽效能的影响分析

图3为相同嵌织比例镀银长丝织物随着组织结构变化的电磁屏蔽效能测试结果。

由图3可见，织物的电磁屏蔽效能与镀银长丝嵌织比例有关，不同嵌织比例的三种组织结构织物在不同频率下屏蔽效能有差异。但总体来说，当频率小于800 MHz时，缎纹组织的屏蔽效能相对于其他两种组织较好。这是由于织物的导电性能对其屏蔽效能的影响，而且织物的导电性能与织物的组织结构有一定的关系［8-9］。缎纹组织中镀银长丝的浮长长，且与涤纶丝的交织次数少，织物的表面比电阻要小于斜纹和平纹织物。另外，随着镀银长丝嵌织比例的变大，各组织织物屏蔽效能的最佳点向频率低的点转移，使频率在小于800 MHz时所表现出来的屏蔽效能增大，而频率大于800 MHz其屏蔽效能则减小。这是因为镀银长丝嵌织比例的增大会使得织物表面的金属浮点增加，当电磁波到达织物表面时，其反射率也会增加，而且嵌织镀银长丝的增加会导致织物的电阻减小，使得织物在低频率范围内表现出更好的屏蔽效能，随着电磁波频率的变高，其屏蔽效能受趋肤效应［10］的影响而降低。

图3 不同组织结构下相同含量导电纤维的电磁屏蔽效能Fig.3 Electromagnetic shielding effectiveness of fabrics with different weave structures and the same content of conductive fiber

2.3 镀银长丝纤度对织物屏蔽效能的影响分析

图4是不同纤度的镀银长丝在对应的织物组织结构下的屏蔽效能。

图4 相同组织结构下不同的镀银长丝的纤度与屏蔽效能的对应关系Fig.4 Corresponding relation diagram of different finenesses of silver-plated filaments with the same weave structure and the shielding effectiveness

由图4可见，83.3 dtex的镀银单丝和并股而成的166.7 dtex的镀银长丝对比样的屏蔽效能有较大的差异。这是因为经过并股的镀银长丝织物的紧密程度要大于单丝织物的紧密程度，即与经纱纤度相当的166.7 dtex的镀银长丝织物相对于83.3 dtex的镀银单丝织物的紧密程度高，而且镀银纤维纤度越大所制织的织物其表面电阻要小，这样就使织物在交互电磁场的作用下容易产生反向电磁感应现象，从而达到吸收电磁波的目的。

2.4 织物及其排列角度对屏蔽效能的影响

实验选取了镀银长丝嵌织比例为25%的平纹织物作为研究对象，分别在0°和90°下探讨两块相同参数的试样，在不同排列角度下对屏蔽效能的影响。图5反应的是两块试样在30～1 500 MHz的频率下不同排列角度与屏蔽效能的关系，由图5可以看出，当两块织物的镀银长丝成90°垂直情况下的屏蔽效能要远远大于镀银长丝成0°平行下织物的屏蔽效能。这是因为垂直交叉的两块镀银长丝织物可以屏蔽掉互相垂直的电场与磁场［11］。

图5 双层平纹织物中镀银长丝排列方式与其屏蔽效能的关系Fig.5 Relationship between arrangement of silver-plated filament in double-layer plain cloth and its shielding effectiveness

3 结论

1)随着镀银长丝嵌织比例的增大，在30～800 MHz频率段内，织物的屏蔽效能逐渐增强。

2)织物的屏蔽效能还与织物中的镀银长丝的纤度有关系，纱线的纤度越大，织物的屏蔽效能越好。

3)双层织物中镀银长丝的配置方式对屏蔽效能有很大的影响，镀银长丝相互垂直形成的网格使织物的屏蔽效能要大于镀银长丝平行排列的织物。

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