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        導(dǎo)電繡線刺繡產(chǎn)品工藝與電磁屏蔽效能研究

        2022-07-15 06:03:02于媛媛馬晶晶劉淑萍劉讓同
        棉紡織技術(shù) 2022年7期
        關(guān)鍵詞:繡線銀絲增量

        于媛媛 馬晶晶 劉淑萍 李 亮 劉讓同

        (中原工學(xué)院,河南鄭州, 451191)

        隨著信息時代的到來,電氣/電子設(shè)備也越來越易受到電磁波的干擾[1]。先進(jìn)的電子設(shè)備在給人們提供便利的同時,也對人類產(chǎn)生一定的負(fù)面影響,繼空氣、水和噪聲污染之后,電磁輻射已被視為第四種污染源[2]。為此各種電磁屏蔽產(chǎn)品不斷開發(fā)并投入使用[3?4]。經(jīng)文獻(xiàn)查閱[5?6],可以利用金屬纖維的導(dǎo)電性,在織物表面形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)來屏蔽電磁波。目前電磁屏蔽服裝方面的研究以服裝上孔洞對屏蔽效能的影響居多,李帥等人在屏蔽織物上開縫和剪孔,通過規(guī)則方式模擬服裝孔洞,研究縫隙長度和孔洞直徑變化對電磁屏蔽效能的影響[7];伏廣偉等人基于“開窗法”研究了防輻射服裝的款式與暴露面積對其屏蔽性能的影響[8]。電磁屏蔽產(chǎn)品可以很大,也可以很小,有時候只需要其功能,但更多的還要求美觀[9],用導(dǎo)電紗線進(jìn)行刺繡是一種比較合理的實現(xiàn)方式,將電磁屏蔽功能與刺繡設(shè)計結(jié)合起來的研究目前還較少。根據(jù)電磁屏蔽織物屏蔽機(jī)理,入射的電磁波可以被反射、吸收和多次反射阻擋,這是屏蔽材料衰減電磁波能量的重要耗散方式[10?12]。而在織物上進(jìn)行刺繡,必然會改變織物的結(jié)構(gòu),對織物性能產(chǎn)生重要影響。本研究通過不同導(dǎo)電繡線探討刺繡工藝參數(shù)對電磁屏蔽面料屏蔽性能的影響,旨在提高面料裝飾性和美觀性的同時,盡可能減少其屏蔽性能的下降或者使白坯面料的電磁屏蔽效能達(dá)到目標(biāo)要求。

        1 試驗

        1.1 儀器和材料

        儀器設(shè)備:富怡繡花CAD 制版軟件、電腦繡花機(jī)、DR?S02A 型法蘭同軸屏蔽性能測試儀。

        材料:繡花基布選擇白坯布、吸收型金屬鍍層屏蔽織物(銅鎳)和反射型金屬絲混紡織物(不銹鋼)3 種,具體見表1;繡線選擇銀絲Y(聚酯纖維包銀)和普通繡線P(聚酯纖維)2 種。

        表1 織物基本規(guī)格

        1.2 方案

        將電磁屏蔽面料與刺繡工藝相結(jié)合,研究相同刺繡面積、不同數(shù)量的刺繡孔洞和不同繡花線對織物屏蔽性能的影響。

        根據(jù)刺繡設(shè)計中常用圖案形狀和屏蔽性能測試儀對試樣的要求,將刺繡圖案設(shè)置為直徑100 mm 的圓形。刺繡針法采用榻榻米針,圖案邊緣尖端類型為鑿口型,針跡長度統(tǒng)一為3 mm,通過調(diào)整針跡間距實現(xiàn)圖案刺繡總針數(shù)變化。刺繡圖案針跡形態(tài)和圖案邊緣尖端類型見圖1。

        圖1 鑿口型針跡形態(tài)組合形式

        為了準(zhǔn)確探索刺繡技術(shù)對電磁屏蔽織物屏蔽效能的影響,設(shè)計8 組不同針距工藝進(jìn)行刺繡,具體見表2??椢锝?jīng)過刺繡,形成具有上、中、下3 層結(jié)構(gòu)的刺繡復(fù)合織物。上層和下層由繡線針跡按照一定組合規(guī)律排列而成,中間層為原始織物,這種結(jié)構(gòu)會對屏蔽效果產(chǎn)生影響。

        表2 刺繡工藝參數(shù)

        采用DR?S02A 型法蘭同軸屏蔽性能測試儀,依據(jù)GJB 6190—2008《電磁屏蔽材料屏蔽效能測量方法》測試織物的屏蔽效能,頻率范圍為

        0 GHz~3 GHz。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 銀絲刺繡復(fù)合織物

        2.1.1JD 型電磁屏蔽織物

        銀絲刺繡JD 型織物屏蔽效能見圖2,其相較原始織物的電磁屏蔽效能增量見圖3。從圖2 可以看出,JD 型織物原始屏蔽效能比較穩(wěn)定,大部分頻率接近60 dB,但在頻率1 800 MHz~2 500 MHz 范圍內(nèi)出現(xiàn)波峰,其中在2 100 MHz達(dá)到最大屏蔽效能值78 dB,說明該類織物在該波段的屏蔽具有敏感性。

        JD 型電磁屏蔽織物經(jīng)過銀絲刺繡后,其屏蔽效能與原始織物相比出現(xiàn)明顯改變,圖3 即展示了銀絲刺繡后織物屏蔽效能的增量。從圖2、圖3可以看出,刺繡總針數(shù)在一定范圍內(nèi)刺繡復(fù)合織物的屏蔽效能有所提升,但是隨著刺繡總針數(shù)的增加,織物的屏蔽效能基本呈現(xiàn)下降趨勢。當(dāng)刺繡總針數(shù)在3 431 針~6 786 針時,復(fù)合織物屏蔽效能值在60 dB~70 dB,在頻率50 MHz~2 700 MHz范圍內(nèi),復(fù)合織物的屏蔽效能較原始織物有所增加,特別是在556.553 62 MHz 之前(除了總針數(shù)在26 867 針時部分低于原始織物外)都有正增量,說明導(dǎo)電繡線的加入增加了原始織物的電磁屏蔽能力;當(dāng)刺繡總針數(shù)在9 012 針~17 956 針時,織物的屏蔽效能在50 dB 以上,相較原始織物屏蔽效能沒有明顯下降;當(dāng)刺繡總針數(shù)達(dá)26 867 針時,復(fù)合織物的屏蔽效能相較原始織物有所下降,在頻率50 MHz~1 600 MHz 范圍內(nèi),其屏蔽效能在50 dB~60 dB,而在頻率1 600 MHz ~3 000 MHz范圍內(nèi),刺繡后織物屏蔽效能在40 dB~50 dB。而且在頻率較高時,刺繡復(fù)合織物的屏蔽效能普遍較原始織物低,說明在高頻時,增加的導(dǎo)電繡線對電磁波的吸收不足以抵消因總針數(shù)的增加而造成的電磁波泄漏,導(dǎo)致屏蔽效能下降。

        圖2 銀絲刺繡JD 型織物屏蔽效能

        圖3 銀絲刺繡JD 型織物屏蔽效能增量

        2.1.2JS 型電磁屏蔽織物

        圖4、圖5 分別給出了銀絲刺繡JS 型織物電磁屏蔽效能及其相較原始織物的增量。從中可以看出,JS 型織物的電磁屏蔽效能相較JD 型織物變化較大,不同的頻率范圍內(nèi),呈波浪式變化,其屏蔽效能主要分布在35 dB~45 dB 之間。

        圖4 銀絲刺繡JS 型織物屏蔽效能

        圖5 銀絲刺繡JS 型織物屏蔽效能增量

        從圖4 可以看出,銀絲刺繡JS 型織物基本呈現(xiàn)出刺繡總針數(shù)越多,電磁屏蔽效能越低的趨勢,與原始織物相比普遍低于其波峰值,說明刺繡總針數(shù)增加造成的電磁波泄漏對織物屏蔽效能影響較大。從圖5 的增量圖也可以看出,在大部分波段增量都表現(xiàn)出負(fù)值。當(dāng)然JS 型織物經(jīng)刺繡后,其屏蔽效能曲線均較原始織物變得平緩,屏蔽效能在不同頻率的均勻性得到提高。當(dāng)刺繡總針 數(shù) 為3 431 針~17 956 針 時,在50 MHz~1 400 MHz 頻率范圍內(nèi)復(fù)合織物的屏蔽效能在30 dB~40 dB 之間,而在1 400 MHz~3 000 MHz頻率范圍內(nèi)的屏蔽效能為40 dB~45 dB;當(dāng)刺繡總針數(shù)為26 867 針時,織物的屏蔽效能相較原始織物有少量下降,刺繡復(fù)合織物屏蔽效能在30 dB~40 dB。

        2.1.3坯布

        白坯布是沒有屏蔽功能的,圖6 給出了不同總針數(shù)銀絲刺繡白坯復(fù)合織物電磁屏蔽效能。從圖6 可以看出,刺繡后白坯布具備一定電磁屏蔽效果,說明導(dǎo)電繡線的加入確實提高了白坯布的電磁屏蔽能力,刺繡總針數(shù)越多,復(fù)合織物的電磁屏蔽效能越高,具有明顯的頻率敏感性,低頻時屏蔽效能較大,高頻時屏蔽效能較小。

        圖6 銀絲繡線刺繡白坯布的屏蔽效能

        2.2 普通繡線刺繡復(fù)合織物

        2.2.1JD 型電磁屏蔽織物

        圖7、圖8 分別給出了普通繡線刺繡JD 型織物電磁屏蔽效能及其相較原始織物的增量。

        圖7 普通刺繡JD 型織物屏蔽效能

        圖8 普通刺繡JD 型織物的屏蔽效能增量

        從圖7、圖8 可知,隨著刺繡總針數(shù)增加,復(fù)合織物的電磁屏蔽效能逐步減小,增量值大多處于0 dB 線以下,說明總針數(shù)的增加使織物中泄漏電磁波的孔洞增加,形成屏蔽效能的下降,當(dāng)然普通繡線刺繡后JD 型電磁屏蔽織物的屏蔽性能相比原始織物更加穩(wěn)定。當(dāng)總針數(shù)在3 431 針~5 457 針 間 變 化 時,JD 型 織 物 在50 MHz~700 MHz 頻率范圍內(nèi)的屏蔽效能較原始織物有所提升,增加量約10 dB,在700 MHz~3 000 MHz頻率范圍內(nèi),刺繡對屏蔽效能影響基本隨總針數(shù)增加而增加;刺繡總針數(shù)從6 786 針開始,織物的屏蔽效能出現(xiàn)下降,其中總針數(shù)在26 867 針時,復(fù)合織物的屏蔽效能下降最多,在頻率50 MHz~1 700 MHz 范圍內(nèi),刺繡織物屏蔽效能在40 dB~50 dB,在頻率1 700 MHz~3 000 MHz 范圍內(nèi),刺繡后織物屏蔽效能在30 dB~40 dB。

        2.2.2JS 型電磁屏蔽織物

        圖9、圖10 分別給出了普通繡線刺繡JS 型織物電磁屏蔽效能及其相較原始織物的增量。從圖9、圖10 可知,隨著刺繡總針數(shù)增加,復(fù)合織物的電磁屏蔽效能逐步減小,JS 型織物的屏蔽效能均較原始織物變得平緩,其規(guī)律與普通繡線刺繡JD 型織物一致。當(dāng)刺繡總針數(shù)為3 431 針~4 556 針時,織物屏蔽效能集中在40 dB;當(dāng)總針數(shù)為5 475 針~17 956 針時,織物的屏蔽效能逐漸下降,在30 dB~40 dB 之間,但相較原始織物屏蔽效能下降幅度不大;當(dāng)總針數(shù)為26 867 針時,屏蔽效能下降最多,復(fù)合織物屏蔽效能在20 dB~30 dB。

        圖9 普通刺繡JS 型織物屏蔽效能

        圖10 普通刺繡JS 型織物的屏蔽效能增量

        由此可見,對電磁屏蔽織物進(jìn)行刺繡設(shè)計時,在一定少量低頻范圍內(nèi)會增加織物的屏蔽效能;當(dāng)刺繡針數(shù)達(dá)到一定的數(shù)量后,在大部分頻率范圍內(nèi)會降低織物的屏蔽效能,且JD 吸收型屏蔽織物比JS 反射型織物的屏蔽效能下降得快且多。

        2.3 繡線類型

        通過白坯銀絲刺繡設(shè)計(圖6)可以看出,銀絲刺繡賦予白坯一定的屏蔽效能,不同刺繡總針數(shù)在不同的頻率范圍內(nèi),白坯屏蔽效能也不同。當(dāng)刺繡總針數(shù)為13 483 針~17 956 針時,白坯在各頻率上的屏蔽效能較好,最大值在30 dB~40 dB,最小值也有20 dB~30 dB;其次是刺繡總針數(shù)為26 867 針的刺繡設(shè)計,最后是刺繡總針數(shù)為3 431 針~9 012 針。說明導(dǎo)電繡線為本無電磁屏蔽功能的織物提供了功能性,這為電磁屏蔽的定制設(shè)計提供一種方法。

        對比圖2、圖7 可以看出,JD 型織物經(jīng)銀絲繡線刺繡后,其屏蔽效能在各個頻率段內(nèi)都優(yōu)于普通繡線刺繡織物。 刺繡總針數(shù)在3 431 針~6 786 針時,JD 型織物的屏蔽效能相比原始織物的屏蔽效能沒有降低,且刺繡總針數(shù)越少,刺繡后織物的屏蔽效能比原始織物屏蔽效能增量越大,頻率越低屏蔽效能增勢越大,最大增量為10 dB。

        對比圖4、圖9 可以看出,刺繡總針數(shù)達(dá)到一定數(shù)量后,相同刺繡參數(shù)下,銀絲刺繡后織物的屏蔽效能在某部分頻率段內(nèi)優(yōu)于普通繡線刺繡,在某些頻率段內(nèi)不如普通繡線刺繡。刺繡總針數(shù)為3 431針~6 786針時,在50 MHz~1 200 MHz頻率范圍內(nèi),JS 型織物屏蔽效能相比普通繡線刺繡后織物的屏蔽性能要低,相差最大值為10 dB。其他刺繡設(shè)計下,刺繡總針數(shù)越多,在更寬的頻率上銀絲繡線屏蔽效能優(yōu)于普通繡線的屏蔽效能。

        由此可見,銀絲刺繡相比普通繡線刺繡,對于提高或者穩(wěn)定織物的屏蔽效能有明顯的促進(jìn)作用。隨著刺繡總針數(shù)的增加,JS 型織物在高頻率上銀絲繡線的積極作用更加突出,JD 型織物在低頻率上銀絲繡線的積極作用更加突出。

        3 結(jié)論

        用導(dǎo)電繡線刺繡可以有效調(diào)控電磁屏蔽產(chǎn)品局部的電磁屏蔽功能。對電磁屏蔽基布進(jìn)行刺繡設(shè)計時,在一定少量范圍的總針數(shù)低頻范圍內(nèi)會增加屏蔽效能;當(dāng)刺繡總針數(shù)達(dá)到一定數(shù)量后在大部分頻率范圍內(nèi)會降低織物的屏蔽效能。對于電磁屏蔽織物,隨著刺繡總針數(shù)的增加,導(dǎo)電繡線刺繡復(fù)合織物的屏蔽效能在各個頻率段內(nèi)基本都優(yōu)于普通繡線刺繡,對于提高或者穩(wěn)定織物的屏蔽效能有明顯的促進(jìn)作用。導(dǎo)電刺繡賦予白坯一定的屏蔽效能,不同刺繡總針數(shù)在不同的頻率范圍內(nèi)會提供不同的屏蔽效能,這為電磁屏蔽的局部定制設(shè)計提供了一種方法。

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