导电绣线刺绣产品工艺与电磁屏蔽效能研究

于媛媛 马晶晶 刘淑萍 李 亮 刘让同

（中原工学院，河南郑州， 451191）

随着信息时代的到来，电气/电子设备也越来越易受到电磁波的干扰［1］。先进的电子设备在给人们提供便利的同时，也对人类产生一定的负面影响，继空气、水和噪声污染之后，电磁辐射已被视为第四种污染源［2］。为此各种电磁屏蔽产品不断开发并投入使用［3⁃4］。经文献查阅［5⁃6］，可以利用金属纤维的导电性，在织物表面形成导电网络来屏蔽电磁波。目前电磁屏蔽服装方面的研究以服装上孔洞对屏蔽效能的影响居多，李帅等人在屏蔽织物上开缝和剪孔，通过规则方式模拟服装孔洞，研究缝隙长度和孔洞直径变化对电磁屏蔽效能的影响［7］；伏广伟等人基于“开窗法”研究了防辐射服装的款式与暴露面积对其屏蔽性能的影响［8］。电磁屏蔽产品可以很大，也可以很小，有时候只需要其功能，但更多的还要求美观［9］，用导电纱线进行刺绣是一种比较合理的实现方式，将电磁屏蔽功能与刺绣设计结合起来的研究目前还较少。根据电磁屏蔽织物屏蔽机理，入射的电磁波可以被反射、吸收和多次反射阻挡，这是屏蔽材料衰减电磁波能量的重要耗散方式［10⁃12］。而在织物上进行刺绣，必然会改变织物的结构，对织物性能产生重要影响。本研究通过不同导电绣线探讨刺绣工艺参数对电磁屏蔽面料屏蔽性能的影响，旨在提高面料装饰性和美观性的同时，尽可能减少其屏蔽性能的下降或者使白坯面料的电磁屏蔽效能达到目标要求。

1 试验

1.1 仪器和材料

仪器设备：富怡绣花CAD 制版软件、电脑绣花机、DR⁃S02A 型法兰同轴屏蔽性能测试仪。

材料：绣花基布选择白坯布、吸收型金属镀层屏蔽织物（铜镍）和反射型金属丝混纺织物（不锈钢）3 种，具体见表1；绣线选择银丝Y（聚酯纤维包银）和普通绣线P（聚酯纤维）2 种。

表1 织物基本规格

1.2 方案

将电磁屏蔽面料与刺绣工艺相结合，研究相同刺绣面积、不同数量的刺绣孔洞和不同绣花线对织物屏蔽性能的影响。

根据刺绣设计中常用图案形状和屏蔽性能测试仪对试样的要求，将刺绣图案设置为直径100 mm 的圆形。刺绣针法采用榻榻米针，图案边缘尖端类型为凿口型，针迹长度统一为3 mm，通过调整针迹间距实现图案刺绣总针数变化。刺绣图案针迹形态和图案边缘尖端类型见图1。

图1 凿口型针迹形态组合形式

为了准确探索刺绣技术对电磁屏蔽织物屏蔽效能的影响，设计8 组不同针距工艺进行刺绣，具体见表2。织物经过刺绣，形成具有上、中、下3 层结构的刺绣复合织物。上层和下层由绣线针迹按照一定组合规律排列而成，中间层为原始织物，这种结构会对屏蔽效果产生影响。

表2 刺绣工艺参数

采用DR⁃S02A 型法兰同轴屏蔽性能测试仪，依据GJB 6190—2008《电磁屏蔽材料屏蔽效能测量方法》测试织物的屏蔽效能，频率范围为

0 GHz～3 GHz。

2 结果与分析

2.1 银丝刺绣复合织物

2.1.1JD 型电磁屏蔽织物

银丝刺绣JD 型织物屏蔽效能见图2，其相较原始织物的电磁屏蔽效能增量见图3。从图2 可以看出，JD 型织物原始屏蔽效能比较稳定，大部分频率接近60 dB，但在频率1 800 MHz～2 500 MHz 范围内出现波峰，其中在2 100 MHz达到最大屏蔽效能值78 dB，说明该类织物在该波段的屏蔽具有敏感性。

JD 型电磁屏蔽织物经过银丝刺绣后，其屏蔽效能与原始织物相比出现明显改变，图3 即展示了银丝刺绣后织物屏蔽效能的增量。从图2、图3可以看出，刺绣总针数在一定范围内刺绣复合织物的屏蔽效能有所提升，但是随着刺绣总针数的增加，织物的屏蔽效能基本呈现下降趋势。当刺绣总针数在3 431 针～6 786 针时，复合织物屏蔽效能值在60 dB～70 dB，在频率50 MHz～2 700 MHz范围内，复合织物的屏蔽效能较原始织物有所增加，特别是在556.553 62 MHz 之前（除了总针数在26 867 针时部分低于原始织物外）都有正增量，说明导电绣线的加入增加了原始织物的电磁屏蔽能力；当刺绣总针数在9 012 针～17 956 针时，织物的屏蔽效能在50 dB 以上，相较原始织物屏蔽效能没有明显下降；当刺绣总针数达26 867 针时，复合织物的屏蔽效能相较原始织物有所下降，在频率50 MHz～1 600 MHz 范围内，其屏蔽效能在50 dB～60 dB，而在频率1 600 MHz ～3 000 MHz范围内，刺绣后织物屏蔽效能在40 dB～50 dB。而且在频率较高时，刺绣复合织物的屏蔽效能普遍较原始织物低，说明在高频时，增加的导电绣线对电磁波的吸收不足以抵消因总针数的增加而造成的电磁波泄漏，导致屏蔽效能下降。

图2 银丝刺绣JD 型织物屏蔽效能

图3 银丝刺绣JD 型织物屏蔽效能增量

2.1.2JS 型电磁屏蔽织物

图4、图5 分别给出了银丝刺绣JS 型织物电磁屏蔽效能及其相较原始织物的增量。从中可以看出，JS 型织物的电磁屏蔽效能相较JD 型织物变化较大，不同的频率范围内，呈波浪式变化，其屏蔽效能主要分布在35 dB～45 dB 之间。

图4 银丝刺绣JS 型织物屏蔽效能

图5 银丝刺绣JS 型织物屏蔽效能增量

从图4 可以看出，银丝刺绣JS 型织物基本呈现出刺绣总针数越多，电磁屏蔽效能越低的趋势，与原始织物相比普遍低于其波峰值，说明刺绣总针数增加造成的电磁波泄漏对织物屏蔽效能影响较大。从图5 的增量图也可以看出，在大部分波段增量都表现出负值。当然JS 型织物经刺绣后，其屏蔽效能曲线均较原始织物变得平缓，屏蔽效能在不同频率的均匀性得到提高。当刺绣总针 数 为3 431 针～17 956 针 时，在50 MHz～1 400 MHz 频率范围内复合织物的屏蔽效能在30 dB～40 dB 之间，而在1 400 MHz～3 000 MHz频率范围内的屏蔽效能为40 dB～45 dB；当刺绣总针数为26 867 针时，织物的屏蔽效能相较原始织物有少量下降，刺绣复合织物屏蔽效能在30 dB～40 dB。

2.1.3坯布

白坯布是没有屏蔽功能的，图6 给出了不同总针数银丝刺绣白坯复合织物电磁屏蔽效能。从图6 可以看出，刺绣后白坯布具备一定电磁屏蔽效果，说明导电绣线的加入确实提高了白坯布的电磁屏蔽能力，刺绣总针数越多，复合织物的电磁屏蔽效能越高，具有明显的频率敏感性，低频时屏蔽效能较大，高频时屏蔽效能较小。

图6 银丝绣线刺绣白坯布的屏蔽效能

2.2 普通绣线刺绣复合织物

2.2.1JD 型电磁屏蔽织物

图7、图8 分别给出了普通绣线刺绣JD 型织物电磁屏蔽效能及其相较原始织物的增量。

图7 普通刺绣JD 型织物屏蔽效能

图8 普通刺绣JD 型织物的屏蔽效能增量

从图7、图8 可知，随着刺绣总针数增加，复合织物的电磁屏蔽效能逐步减小，增量值大多处于0 dB 线以下，说明总针数的增加使织物中泄漏电磁波的孔洞增加，形成屏蔽效能的下降，当然普通绣线刺绣后JD 型电磁屏蔽织物的屏蔽性能相比原始织物更加稳定。当总针数在3 431 针～5 457 针 间 变 化 时，JD 型 织 物 在50 MHz～700 MHz 频率范围内的屏蔽效能较原始织物有所提升，增加量约10 dB，在700 MHz～3 000 MHz频率范围内，刺绣对屏蔽效能影响基本随总针数增加而增加；刺绣总针数从6 786 针开始，织物的屏蔽效能出现下降，其中总针数在26 867 针时，复合织物的屏蔽效能下降最多，在频率50 MHz～1 700 MHz 范围内，刺绣织物屏蔽效能在40 dB～50 dB，在频率1 700 MHz～3 000 MHz 范围内，刺绣后织物屏蔽效能在30 dB～40 dB。

2.2.2JS 型电磁屏蔽织物

图9、图10 分别给出了普通绣线刺绣JS 型织物电磁屏蔽效能及其相较原始织物的增量。从图9、图10 可知，随着刺绣总针数增加，复合织物的电磁屏蔽效能逐步减小，JS 型织物的屏蔽效能均较原始织物变得平缓，其规律与普通绣线刺绣JD 型织物一致。当刺绣总针数为3 431 针～4 556 针时，织物屏蔽效能集中在40 dB；当总针数为5 475 针～17 956 针时，织物的屏蔽效能逐渐下降，在30 dB～40 dB 之间，但相较原始织物屏蔽效能下降幅度不大；当总针数为26 867 针时，屏蔽效能下降最多，复合织物屏蔽效能在20 dB～30 dB。

图9 普通刺绣JS 型织物屏蔽效能

图10 普通刺绣JS 型织物的屏蔽效能增量

由此可见，对电磁屏蔽织物进行刺绣设计时，在一定少量低频范围内会增加织物的屏蔽效能；当刺绣针数达到一定的数量后，在大部分频率范围内会降低织物的屏蔽效能，且JD 吸收型屏蔽织物比JS 反射型织物的屏蔽效能下降得快且多。

2.3 绣线类型

通过白坯银丝刺绣设计（图6）可以看出，银丝刺绣赋予白坯一定的屏蔽效能，不同刺绣总针数在不同的频率范围内，白坯屏蔽效能也不同。当刺绣总针数为13 483 针～17 956 针时，白坯在各频率上的屏蔽效能较好，最大值在30 dB～40 dB，最小值也有20 dB～30 dB；其次是刺绣总针数为26 867 针的刺绣设计，最后是刺绣总针数为3 431 针～9 012 针。说明导电绣线为本无电磁屏蔽功能的织物提供了功能性，这为电磁屏蔽的定制设计提供一种方法。

对比图2、图7 可以看出，JD 型织物经银丝绣线刺绣后，其屏蔽效能在各个频率段内都优于普通绣线刺绣织物。 刺绣总针数在3 431 针～6 786 针时，JD 型织物的屏蔽效能相比原始织物的屏蔽效能没有降低，且刺绣总针数越少，刺绣后织物的屏蔽效能比原始织物屏蔽效能增量越大，频率越低屏蔽效能增势越大，最大增量为10 dB。

对比图4、图9 可以看出，刺绣总针数达到一定数量后，相同刺绣参数下，银丝刺绣后织物的屏蔽效能在某部分频率段内优于普通绣线刺绣，在某些频率段内不如普通绣线刺绣。刺绣总针数为3 431针～6 786针时，在50 MHz～1 200 MHz频率范围内，JS 型织物屏蔽效能相比普通绣线刺绣后织物的屏蔽性能要低，相差最大值为10 dB。其他刺绣设计下，刺绣总针数越多，在更宽的频率上银丝绣线屏蔽效能优于普通绣线的屏蔽效能。

由此可见，银丝刺绣相比普通绣线刺绣，对于提高或者稳定织物的屏蔽效能有明显的促进作用。随着刺绣总针数的增加，JS 型织物在高频率上银丝绣线的积极作用更加突出，JD 型织物在低频率上银丝绣线的积极作用更加突出。

3 结论

用导电绣线刺绣可以有效调控电磁屏蔽产品局部的电磁屏蔽功能。对电磁屏蔽基布进行刺绣设计时，在一定少量范围的总针数低频范围内会增加屏蔽效能；当刺绣总针数达到一定数量后在大部分频率范围内会降低织物的屏蔽效能。对于电磁屏蔽织物，随着刺绣总针数的增加，导电绣线刺绣复合织物的屏蔽效能在各个频率段内基本都优于普通绣线刺绣，对于提高或者稳定织物的屏蔽效能有明显的促进作用。导电刺绣赋予白坯一定的屏蔽效能，不同刺绣总针数在不同的频率范围内会提供不同的屏蔽效能，这为电磁屏蔽的局部定制设计提供了一种方法。