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(中原工學(xué)院服裝學(xué)院，鄭州 450007)

隨著高科技電子產(chǎn)品時(shí)代的到來，其伴生的電磁輻射也對人類身體健康產(chǎn)生損害，國內(nèi)外的大量研究者認(rèn)識(shí)到并開始研究電磁輻射對人體健康的影響。電磁輻射對人體的影響可以分為熱效應(yīng)、非熱效應(yīng)和累積效應(yīng)[1-3]。電磁屏蔽服能有效防止電磁波的傷害，其原理主要是基于電磁波穿過防電磁輻射服裝時(shí)會(huì)產(chǎn)生波反射、波吸收和電磁波在服裝內(nèi)的多次反射，導(dǎo)致電磁波的能量衰減[4]。導(dǎo)電海綿的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，高孔隙率，高比表面積，因此具有很多優(yōu)良的特性。導(dǎo)電海綿可以聚氨酯海綿(PUF)為載體，通過化學(xué)氧化聚合法、化學(xué)鍍鎳法、有磁濺射法、導(dǎo)電膠涂覆法、化學(xué)鍍法等方法制備[5-9]。相關(guān)研究表明導(dǎo)電海綿分別與石墨烯/聚甲基丙烯酸甲酯(GNS/PMMA)和聚苯胺等材料復(fù)合，能使其具有良好的電導(dǎo)率、透氣性及電磁屏蔽性能，可用于電磁干擾屏蔽[10-11]。但導(dǎo)電海綿運(yùn)用到電磁屏蔽服裝還未有相關(guān)報(bào)道。

由于法蘭同軸法測試過程中能量損失較??；可測試動(dòng)態(tài)范圍較寬，達(dá)80dB；接觸阻抗較小，可重復(fù)性較好等特點(diǎn)。因此，本文實(shí)驗(yàn)測試采用法蘭同軸法。導(dǎo)電海綿有一定的彈性好，但韌性較差，受到一定的外力容易撕裂。由于這種材料特性，不能直接用于電磁屏蔽服裝中，需要搭配其他屏蔽織物進(jìn)行運(yùn)用，并將這種結(jié)合的結(jié)構(gòu)命名為組合導(dǎo)電海綿。相關(guān)文獻(xiàn)研究表明多層電磁屏蔽服裝的屏蔽效能大于單層的屏蔽服裝[12-14]。將導(dǎo)電海綿添加到電磁屏蔽服裝中，探索加入導(dǎo)電海綿的多層電磁屏蔽服裝的屏蔽效能，確定導(dǎo)電海綿與織物的組合層數(shù)。縫型的存在導(dǎo)致縫隙的產(chǎn)生，縫隙的存在破壞了屏蔽體的導(dǎo)電連續(xù)性，因此成為電磁能量泄露的主要途徑[15]。汪秀琛等[16]模擬服裝常見的縫隙，進(jìn)行平縫處理，測試不同縫隙長度對服裝屏蔽效能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明服裝上的縫隙對服裝的屏蔽效能有顯著的影響。該研究的重點(diǎn)為縫隙，對于不同縫型的屏蔽效能未作探索。

本文采用法蘭同軸法，將導(dǎo)電海綿運(yùn)用到電磁屏蔽服中。首先確定與導(dǎo)電海綿的最佳組合織物，其次是選擇用于服裝制作的導(dǎo)電海綿與織物的組合層數(shù)，然后對適合導(dǎo)電海綿的服裝縫型設(shè)計(jì)方面進(jìn)行了探究。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

導(dǎo)電海綿(深圳市永德信科技有限公司)、鍍銀纖維織物(嘉興微波屏蔽材料廠)、鍍銅鎳菱形格織物(青島志遠(yuǎn)翔宇功能面料有限公司)、不銹鋼纖維織物(嘉興微波屏蔽材料廠)、鍍銅鎳平紋織物(東莞市中村絕緣材料科技有限公司)、導(dǎo)電無紡布(東莞市明谷一納米材料有限公司)及鍍銀導(dǎo)電縫紉線(青島亨通偉業(yè)特種織物有限公司)，其規(guī)格如表1、表2所示。導(dǎo)電海綿是以聚酯型聚氨酯軟質(zhì)海綿(PUF)為載體，通過化學(xué)鍍鎳法制備，一種具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的低密度、高孔隙率的導(dǎo)電材料，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

表1 導(dǎo)電海綿參數(shù)

表2 電磁屏蔽織物參數(shù)

圖1 導(dǎo)電海綿三維骨架結(jié)構(gòu)示意

1.2 測試方法

根據(jù)ASTM D4935—2010《測量平面材料電磁屏蔽效率的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，實(shí)驗(yàn)儀器采用DR-S01法蘭同軸法屏蔽效能測試箱(北京鼎容電子技術(shù)有限公司)。法蘭同軸法是利用同軸線中傳播的橫電磁波(TEM)模擬空氣中遠(yuǎn)區(qū)平面波對材料試樣進(jìn)行屏蔽效能測試，其測試裝置如圖2所示[17]。

圖2 法蘭同軸法屏蔽效能測試裝置原理

屏蔽效能定義為：在同一激勵(lì)電平下，無屏蔽材料時(shí)接收的場強(qiáng)或功率與有屏蔽材料時(shí)接收到的場強(qiáng)或頻率之比，并以對數(shù)表示[18]，即

式中：SE為屏蔽效能，以dB為單位；E0、P0為無屏蔽材料時(shí)空間某點(diǎn)的電場強(qiáng)度和接收功率，以V/m，W為單位；E1、P1只為加屏蔽材料后該點(diǎn)的電場強(qiáng)度和接收功率，以V/m，W為單位。

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 組合導(dǎo)電海綿的設(shè)計(jì)

鍍銅鎳平紋織物表面平滑、輕薄及屏蔽效能較好。同時(shí)，表面可粘附亞克力導(dǎo)電膠，與導(dǎo)電海綿有良好的固定作用。導(dǎo)電無紡布輕薄，具有一定的屏蔽作用。因此，選用鍍銅鎳平紋織物和導(dǎo)電無紡布做導(dǎo)電海綿的組合織物。

1.3.2 層數(shù)的設(shè)計(jì)

對鍍銀纖維織物、鍍銅鎳菱形格織物、不銹鋼纖維混紡織物這3種織物層數(shù)分別設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，織物層數(shù)從1層到4層遞增。

1.3.3 縫型的設(shè)計(jì)

a)根據(jù)線跡類型和縫型標(biāo)號(hào)的國際標(biāo)準(zhǔn)[19-20]，選擇適合加入導(dǎo)電海綿的縫型如表3所示。導(dǎo)電海綿作為光滾邊的包芯，可充分包裹開口縫隙。同時(shí)，縫型上只需一條縫跡。在光滾邊的基礎(chǔ)上作進(jìn)一步的縫型設(shè)計(jì)，加入壓條設(shè)計(jì)。導(dǎo)電海綿也作為壓條的包芯，將其中間對準(zhǔn)縫的正面進(jìn)行縫制。對這兩種縫型進(jìn)行屏蔽效能實(shí)驗(yàn)對比分析，確定適合導(dǎo)電海綿的服裝縫型。

表3 所選擇縫型

b)縫型織物的選擇。相關(guān)研究表明縫型對服裝的懸垂性有影響[21-22]，縫型織物應(yīng)選用較薄織物。不銹鋼織物較厚，不適合做縫型織物。鍍銀纖維織物用于縫型內(nèi)層接觸人體，當(dāng)人體運(yùn)動(dòng)排汗時(shí)易氧化；鍍銅鎳平紋織物縫制過程中，送布牙易對織物造成破損；導(dǎo)電無紡布韌性差，用于縫型織物中，縫型受人體運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的影響易產(chǎn)生劈縫，降低電磁屏蔽服裝的屏蔽效能。鍍銅鎳菱形格織物輕薄，韌性好、不易發(fā)生褶皺。因此，縫型的織物選擇鍍銅鎳菱形格織物。

1.3.4 實(shí)驗(yàn)材料的裁剪

準(zhǔn)備試驗(yàn)樣布，材料分別為：導(dǎo)電海綿、鍍銀纖維織物、鍍銅鎳菱形格織物、不銹鋼纖維混紡織物、鍍銅鎳平紋織物和導(dǎo)電無紡布。將其尺寸裁剪為40 cm×40 cm。裁剪縫型中所用的材料：2片40 cm×21 cm的鍍銅鎳菱形格織物、4 cm寬的鍍銅鎳菱形格滾邊條、4 cm寬的鍍銅鎳菱形格織物壓條、2 cm寬的組合導(dǎo)電海綿滾邊包芯、2 cm的組合導(dǎo)電海綿壓條包芯。

1.3.5 加工工藝

試樣縫合采用鎖式線跡301，線密度為8針/2 cm，縫紉線采用鍍銀導(dǎo)電縫紉線。

a)導(dǎo)電海綿分別與鍍銅鎳平紋織物、導(dǎo)電無紡布組合，在0.5 cm縫份處縫制固定。適合與導(dǎo)電海綿組合結(jié)構(gòu)命名為組合導(dǎo)電海綿。

b)首先縫制光滾邊(圖3)和光滾邊+壓條兩種縫型。然后，對這兩種縫型添加組合導(dǎo)電海綿，將其作為縫型中的包芯。并將加入組合導(dǎo)電海綿試樣命名為光滾邊(組合導(dǎo)電海綿)，光滾邊+正面壓條(組合導(dǎo)電海綿)(圖4)。

圖3 光滾邊縫型

圖4 添加導(dǎo)電海綿的光滾邊+正面壓條結(jié)構(gòu)

1.3.6 試樣類別

a)確定組合導(dǎo)電海綿的試樣：導(dǎo)電海綿、導(dǎo)電無紡布、鍍銅鎳平紋織物、導(dǎo)電無紡布+導(dǎo)電海綿、鍍銅鎳平紋織物+導(dǎo)電海綿。

b)關(guān)于織物層數(shù)的試樣：鍍銀纖維織物單層、鍍銀纖維織物雙層、鍍銀纖維織物單層+組合導(dǎo)電海綿(3層)、鍍銀纖維織物單層+組合導(dǎo)電海綿+鍍銀纖維織物單層(4層)；鍍銅鎳菱形格織物單層、鍍銅鎳菱形格織物雙層、鍍銅鎳菱形格織物單層+組合導(dǎo)電海綿(3層)、鍍銅鎳菱形格織物單層+組合導(dǎo)電海綿+鍍銅鎳菱形格織物單層(4層)；不銹鋼纖維混紡織物單層、不銹鋼纖維混紡織物雙層、不銹鋼纖維混紡織物單層+組合導(dǎo)電海綿(3層)、不銹鋼纖維混紡織物單層+組合導(dǎo)電海綿+不銹鋼纖維混紡織物單層(4層)。

c)縫型試樣：光滾邊、光滾邊+壓條、光滾邊(組合導(dǎo)電海綿)、光滾邊+正面壓條(組合導(dǎo)電海綿)。

2 結(jié)果與討論

2.1 組合導(dǎo)電海綿的確定

導(dǎo)電海綿透氣好，但韌性較差，導(dǎo)電海綿服裝運(yùn)動(dòng)時(shí)易撕裂，降低服裝的屏蔽效能。在電磁屏蔽服裝的運(yùn)用中，導(dǎo)電海綿需要與適合的面料進(jìn)行組合縫制。將鍍銅鎳平紋織物和導(dǎo)電無紡與導(dǎo)電海綿組合固定，在0.5 cm縫份處縫制固定?？椢锲帘涡軠y試分5組分析對比，分別為；導(dǎo)電海綿、導(dǎo)電無紡布、鍍銅鎳平紋織物、鍍銅鎳平紋織物+導(dǎo)電海綿、導(dǎo)電無紡布+導(dǎo)電海綿，測試結(jié)果如圖5所示。

圖5 與導(dǎo)電海綿組合織物的屏蔽效能

由圖5可見，在1～3 GHz范圍內(nèi)，導(dǎo)電海綿的屏蔽效能最低，約為40 dB,，整體呈上升趨勢。鍍銅鎳平紋織物的屏蔽效能高于導(dǎo)電無紡布、導(dǎo)電海綿的屏蔽效能。導(dǎo)電無紡布+導(dǎo)電海綿和鍍銅鎳平紋織物+導(dǎo)電海綿屏蔽效能最高，約75 dB，且鍍銅鎳平紋織物+導(dǎo)電海綿屏蔽效能略高于導(dǎo)電無紡布+導(dǎo)電海綿?？紤]導(dǎo)電海綿有一定的彈性，而鍍銅鎳平紋織物和導(dǎo)電無紡布彈性較差。與導(dǎo)電海綿組合的織物應(yīng)選擇耐撕裂性能較好的。因此，采用沖擊性擺錘法來測試鍍銅鎳平紋織物和導(dǎo)電無紡布的撕裂強(qiáng)力(表4)。從表4測試結(jié)果來看，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電無紡布經(jīng)向和緯向的韌性較差。鍍銅鎳平紋織物比導(dǎo)電無紡布有更好的耐撕裂性能，更適合與導(dǎo)電海綿組合。因此，將導(dǎo)電海綿用于電磁屏蔽服裝上，所選擇的組合導(dǎo)電海綿為鍍銅鎳平紋織物與導(dǎo)電海綿組合。

表4 織物撕裂強(qiáng)力

注：以上試驗(yàn)結(jié)果均為平均值，每種試樣次數(shù)為5次。

2.2 用于服裝制作的導(dǎo)電海綿與織物的組合層數(shù)確定

對于電磁屏蔽服裝的層數(shù)來說，多層的電磁屏蔽服比單層的屏蔽效能高。鍍銀纖維織物、鍍銅鎳菱形格織物、不銹鋼纖維混紡織物這3種織物柔軟挺括、牢度高、透氣性好，面料性能比較適合作為電磁屏蔽服的外層織物。對這3種織物組合的層數(shù)分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6、圖7、圖8所示。

由圖6、圖7、圖8顯示結(jié)果可以對這3種織物組合層數(shù)的屏蔽效能從大到小進(jìn)行比較。鍍銀纖維織物屏蔽效能從大到小排列為：鍍銀纖維織物單層+組合導(dǎo)電海綿+鍍銀纖維織物單層、鍍銀纖維織物單層+組合導(dǎo)電海綿、鍍銀纖維織物雙層、鍍銀纖維織物單層；鍍銅鎳菱形格織物屏蔽效能從大到小排列為：鍍銅鎳菱形格織物單層+組合導(dǎo)電海綿+鍍銅鎳菱形格織物單層、鍍銅鎳菱形格織物單層+組合導(dǎo)電海綿、鍍銅鎳菱形格織物雙層、鍍銅鎳菱形格織物單層；不銹鋼纖維混紡織物屏蔽效能從大到小排列為：不銹鋼纖維混紡織物單層+組合導(dǎo)電海綿+不銹鋼纖維混紡織物單層、不銹鋼纖維混紡織物單層+組合導(dǎo)電海綿、不銹鋼纖維混紡織物雙層、不銹鋼纖維混紡織物單層?？椢飳訑?shù)越多屏蔽效能越高，但4層比3層的屏蔽效能沒有明顯增多。因此，綜合考慮屏蔽效能和成本，其層數(shù)可選擇3層：鍍銀菱形格織物/鍍銅鎳菱形格織物/不銹鋼纖維混紡織物單層+組合導(dǎo)電海綿，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖9所示。

圖6 鍍銀纖維織物多層組合的屏蔽效能

圖7 鍍銅鎳菱形格織物與導(dǎo)電海綿組合的屏蔽效能

圖8 不銹鋼纖維混紡織物與導(dǎo)電海綿組合的屏蔽效能

圖9 服裝3層織物結(jié)構(gòu)示意

2.3 適合導(dǎo)電海綿的服裝縫型選擇

電磁屏蔽服裝的縫縫是泄露電磁波的主要原因之一，縫型的設(shè)計(jì)有利于減少電磁波的泄露，提高縫縫處的屏蔽效能?？p型試樣為光滾邊、光滾邊+正面壓條、光滾邊(組合導(dǎo)電海綿)、光滾邊+正面壓條(組合導(dǎo)電海綿)，分別對這4種縫型試樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試。不同縫型屏蔽效能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖10所示。

圖10 不同縫型的屏蔽效能

從圖10可以看出，在1～3 GHz整個(gè)范圍內(nèi)，光滾邊、光滾邊+正面壓條、光滾邊(組合導(dǎo)電海綿)的屏蔽效能總體相等，約55 dB。光滾邊+正面壓條(組合導(dǎo)電海綿)的屏蔽效能總體最高。頻率約在1～2 GHz和2.5～3 GHz范圍內(nèi)，光滾邊+正面壓條(組合導(dǎo)電海綿)的屏蔽效能比光滾邊、光滾邊+正面壓條、光滾邊(組合導(dǎo)電海綿)的屏蔽效能高且最高相差約10 dB；但約在2～2.5 GHz，光滾邊+正面壓條(組合導(dǎo)電海綿)的屏蔽效能與光滾邊、光滾邊+正面壓條、光滾邊(組合導(dǎo)電海綿)的屏蔽效能大致相等。因此，導(dǎo)電海綿應(yīng)用于電磁屏蔽服裝的縫型選擇為光滾邊+正面貼邊(組合導(dǎo)電海綿)。

3 結(jié) 論

從組合導(dǎo)電海綿的確定、用于服裝制作的導(dǎo)電海綿與織物的組合層數(shù)確定、適合導(dǎo)電海綿的服裝縫型選擇這3個(gè)方面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分析研究發(fā)現(xiàn)：

a)鍍銅鎳平紋織物與導(dǎo)電海綿組合的屏蔽效能能最高。在縫制電磁屏蔽服裝時(shí)，選擇鍍銅鎳平紋織物與導(dǎo)電海綿組合縫制固定，制成組合導(dǎo)電海綿。

b)織物層數(shù)越多，屏蔽效能越大，但層數(shù)大于3，屏蔽效能沒有明顯變化。導(dǎo)電海綿和織物組合應(yīng)用于電磁屏蔽服裝的層數(shù)可選擇3層：鍍銀菱形格織物/鍍銅鎳菱形格織物/不銹鋼纖維混紡織物單層+組合導(dǎo)電海綿。

c)導(dǎo)電海綿應(yīng)用于電磁屏蔽服裝的縫型選擇為光滾邊+正面貼邊(組合導(dǎo)電海綿)。

論文為導(dǎo)電海綿屏蔽效能的基礎(chǔ)性的研究，進(jìn)一步加工提供基礎(chǔ)理論的研究。后續(xù)可通過不同的加工工藝設(shè)計(jì)添加吸波劑，使導(dǎo)電海綿具有吸波性能，較好的運(yùn)用于電磁屏蔽服裝。

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