鍍銀長絲防電磁輻射機織物的設計與研發

張麗娟

（唐山學院，河北唐山 064000）

電磁波作為第四大污染源，是看不見、摸不著而又無處不在、無時不有的“隱形殺手”。國內外大量研究表明，長期受電磁波輻射會引起內分泌、生殖、腦神經和免疫等系統的生理病變。為保護人體不受或少受電磁輻射的危害，賦予紡織品防電磁輻射功能是必要的。鑒于一定條件下，單向嵌入和織入防電磁輻射功能紗線的織物的防輻射性能較低，為了更好地生產出滿足日常生活環境所需的防輻射性能織物，本研究在不同輻射強度環境及不同紗線結構條件下，通過建立鍍銀長絲雙向織物模型，對織物屏蔽效能進行檢測，為設計開發出不同需求的防電磁輻射功能鍍銀長絲織物奠定基礎，為批量生產提供可靠的技術和理論支撐。

1 防電磁輻射織物屏蔽機理及屏蔽效果

1.1 屏蔽機理

防電磁織物能有效限制電磁能量從織物的一側空間向另一側空間傳遞。電磁波傳到防電磁輻射織物表面時的衰減機理有3 種[1]。

（1）屏蔽體表面的反射衰減。該種反射只要求交界面不連續，不要求屏蔽材料必須達到一定的厚度。

（2）沒有被反射的電磁波在進入防電磁輻射織物的內部時被吸收衰減。頻率越高 ，波長越短，吸收越多。

（3）在防電磁輻射織物的內部被多次反射衰減。在屏蔽體內尚未被衰減掉的剩余能量，在傳到材料的另一表面時，形成再次反射，重新返回屏蔽體內，這樣的反射可能會多次發生。

總之，電磁波被電磁屏蔽體的衰減主要源于電磁波的反射和吸收。

根據以上理論，防電磁輻射織物的總屏蔽效能可按式（1）計算[2]:

其中，SE—電磁屏蔽效果；R—表面單次反射衰減；A—吸收衰減；B—內部多次反射衰減。

電磁波在材料中傳輸的過程如圖1。

圖1 電磁波在材料中的傳播示意圖

總屏蔽效能SE 的值越大，代表材料的屏蔽效能越好。高頻時，屏蔽效能主要取決于電磁波在材料內部傳播時的吸收損耗；低頻時，屏蔽效能主要取決于反射，材料的導電性越好，反射就越強，屏蔽效能就越好。

此外，屏蔽效能還能用對數表示的電壓、電流、功率等電量大小之比，單位是dB（分貝）[3-4]。屏蔽效能的計算式見式（2）：

式中， P1—有屏蔽材料時的接收功率， P2—無屏蔽材料時的接收功率。若接收器的讀數是電壓，屏蔽效能SE 還可用式（3）表示：

式中， V1—有屏蔽材料時的電壓值， V2—無屏蔽材料時的電壓值。

1.2 屏蔽效果評價及影響因素

在30～1 000 MHz 頻率范圍內，針對大多數電子產品的屏蔽材料，屏蔽效能要達到35 dB 以上才會有充分的屏蔽效果。屏蔽效能受頻率的影響較大,30～60 dB 的屏蔽效能就可以供實用[5]，防電磁輻射織物的屏蔽效能評價見表1。

表1 屏蔽效能評價表

影響防電磁輻射織物屏蔽效能的因素主要有輻射源的種類和距離、纖維種類及紗線形態結構、織物的組織結構與緊度、防輻射功能纖維含量、電磁屏蔽整理、空隙等[6-8]。

2 鍍銀長絲機織物設計

2.1 鍍銀長絲材料選用

本研究采用了高性能功能纖維—錦綸基鍍銀纖維。該纖維因具備防電磁波輻射、抗菌、抗靜電、調節體溫、除臭等功能，受到人們的青睞，具體規格如表2。

表2 鍍銀長絲規格

2.2 機織物模型建立

本研究分別將鍍銀長絲及賽絡菲爾紗雙向垂直交叉交點相接纏繞在自制的紗線架上，建立了機織物模型。通過改變排列間距，為研發滿足不同需求的經緯向嵌織電磁屏蔽機織物提供借鑒，雙向垂直交叉交點相接排列模型如圖2。

圖2 雙向垂直交叉交點相接模型

其中，J—機織物的經向；W—機織物的緯向。實驗時，通過改變鍍銀長絲及賽絡菲爾紗的排列密度，建立的機織物模型規格如表3。

表3 機織物結構模型規格

3 屏蔽效能測試與分析

3.1 實驗方法

本研究根據QJ 2809—96 和SJ 20524—1995 兩種測試法，應用了自主設計研發的具有國家發明專利的紡織材料防電磁輻射性能測試儀。測試回路如圖3。

圖3 儀器測試回路

該測試儀擺脫了防電磁輻射功能紡織品開發的盲目性和滯后性，建立了研發的“預測—設計—優化—實現”快速反應機制。

3.2 屏蔽效能測試結果分析

實驗測試了16 種輻射頻率下機織物模型的屏蔽效能，測試結果如圖4。

圖4 屏蔽效能測試結果

功能紗線網格對角線長度在一定范圍內對屏蔽效能的影響可以忽略不計，即當網格對角線長度小于0.01λ 時，網格對角線長度對屏蔽效能幾乎沒有影響。但如果網格孔洞密度高達一定程度時，相鄰孔洞間發生耦合作用，使得屏蔽效能減小，屏蔽效果變差[9]。三種機織物模型網格對角線長度與輻射源0.01λ 的關系如表4。

（1）由表4 可知，對角線長度為L1=1.21 mm 時，所測試16 個頻率下網格對角線長度均對屏蔽效能沒有影響。對角線長度為L2=2.26 mm 時，所測試頻率為90～1 290 MHz 下，網格對角線長度對屏蔽效能沒有影響。對角線長度為L3=3.34 mm 時，所測試頻率為90～810 MHz下，網格對角線長度對屏蔽效能沒有影響。此時，主要是頻率、鍍銀纖維含量和網格的耦合作用對屏蔽效能的影響。

（2）從圖4 可以看出，在相同的輻射頻率下，當同種長絲或賽絡菲爾紗的網格對角線增大時，所對應的機織物模型的屏蔽效能逐漸減小。主要是因為隨著網格對角線的增大，鍍銀纖維的分布密度變小，屏蔽效能也就減小。

（3）相同頻率和網格對角線長度下，鍍銀長絲機織物模型的屏蔽效能大于賽絡菲爾紗機織物模型的屏蔽效能，主要是由于相同長度下賽絡菲爾紗中的鍍銀長絲長度比單根鍍銀長絲的長度長、電阻大、屏蔽效能低。此外，賽絡菲爾紗的紗線結構使得網格交點處的長絲有可能沒有相接，防電磁輻射材料的不連續也會導致屏蔽效能下降。

（4）一定頻率下，每種模型的屏蔽效能均隨電磁波頻率的增大而減小，主要原因是電磁波頻率越大，波長越小，在一定的孔隙下穿過屏蔽體的電磁波能量越多，導致屏蔽效能越小。

表4 網格對角線長度與0.01λ 關系

4 鍍銀纖維機織物研發指導

對不同頻率下6 種鍍銀纖維機織物模型屏蔽效能進行測試，可用于日常用防電磁輻射的規格如表5。

鑒于相同長度下織物中鍍銀長絲的長度比機織物模型中鍍銀長絲長度長、電阻大，導致屏蔽效能低，在織制機織物時建議適當增大鍍銀長絲的密度。

表5 鍍銀長絲機織物研發指導

此外，需進一步研究機織物組織對織物屏蔽效能的影響。