劉亞瓊,李 楠,李 雯,王利君,c

(浙江理工大學, a.浙江省服裝工程技術研究中心；b.服裝學院；c.絲綢文化傳承與產(chǎn)品設計數(shù)字化技術文化和旅游部重點實驗室，杭州 310018)

現(xiàn)如今電磁輻射幾乎已經(jīng)遍布人們生活的各個角落，對人體健康造成不良影響。研究表明防電磁輻射服用產(chǎn)品可對人體進行有效防護[1-2]?，F(xiàn)有諸多學者[3-6]從織物角度出發(fā)，通過改變織物相關參數(shù)或者通過涂覆導電層的方法探究織物的最佳屏蔽效能。人體是三維曲面結構，考慮到人體活動自由度及服用舒適性，服裝難免會出現(xiàn)開口以及孔縫，從而破壞面料的整體性，極易造成電磁波泄露，故電磁屏蔽織物的研究結論不能直接運用到電磁屏蔽服裝中。在學者對服裝的電磁屏蔽效能相關研究中，如王春燕[7]設計不同大小的孔洞，探究其對服裝屏蔽效能影響，結果表明當孔洞面積不斷增大，服裝屏蔽效能呈顯著下降趨勢，且當孔洞面積超過一定范圍，服裝會失去有效防護作用。Chen等[8]設計不同款式衣領，探究領型對屏蔽效能的影響規(guī)律，為電磁防護服裝設計提供一定參考作用；劉哲等[9]在控制領圍尺寸的基礎上設計不同領型，研究發(fā)現(xiàn)結構設計較復雜的領型屏蔽效能更好，如翻領和立領的服裝屏蔽效能高于圓領的；田宏等[10]研究了袖口對服裝袖部區(qū)域屏蔽效能的影響，發(fā)現(xiàn)圍度較小、褶皺較多、松緊式袖口的袖子屏蔽效果相對較佳；伏廣偉等[11]對男式西裝門襟開口面積與屏蔽效能的關系進行探究，得出西裝暴露面積越大，屏蔽效果越差，且隨著電磁波頻率增大，不同開口面積造成的屏蔽效能差值有逐漸變大的趨勢。這些學者均從單一的服裝部位入手，研究其結構設計與服裝屏蔽效能之間的關系，缺乏對服裝多部位結構的研究及結構設計與服裝屏蔽效能定量關系的分析。

因此，本文從服裝整體結構設計角度出發(fā)，選取常見的防輻射織物(不銹鋼纖維混紡織物)和不同結構設計因素制作女裝樣衣，探究多因素結構設計對服裝電磁屏蔽效能的影響，建立服裝電磁屏蔽效能的預測模型并驗證其有效性。

1 實 驗

1.1 面料選取

選取市場上常見的不銹鋼纖維混紡織物，其具有電磁屏蔽效能高，耐磨耐洗，性價比高的特點[12-13]，織物規(guī)格見表1。

表1 織物規(guī)格Tab.1 Fabric specifications

1.2 服裝結構設計方案

由于孔洞面積和縫隙尺寸對服裝屏蔽效能具有顯著影響，實驗樣衣應滿足減少開口數(shù)量及減少暴露面積的款式要求，綜合考慮后選取日本文化式女裝原型為基礎款式，并根據(jù)實驗要求進行樣衣結構設計，原型款式如圖1所示。

圖1 原型款式Fig.1 The prototype style

衣領、下擺圍、衣長、袖長作為服裝必不可少的結構設計因素，在滿足服用性能的同時也應注意對服裝整體電磁屏蔽效能的影響。因此本文選取這4個服裝結構設計因素，采用正交表L9(34)設計4因素3水平實驗方案，其中衣領選擇常見的無領、立領和翻領結構(衣領領圈弧線相等，立領和翻領的領座高度相等)；下擺圍以8 cm為區(qū)間設置代表合體、較寬松及寬松結構的3種圍度；袖長以人臺可脫卸手臂尺寸為基準設置無袖、短袖及長袖尺寸；以人臺臀圍線為基準，設置衣長水平，分別為48、56 cm(人臺肩點到臀圍線長度)和64 cm。因素水平表見表2，正交實驗方案見表3。

表2 結構設計因素水平表Tab.2 Structural design factor horizontal table

表3 正交實驗方案Tab.3 Orthogonal experimental plan

根據(jù)表2、表3在女裝原型結構基礎上進行實驗樣衣結構設計，并根據(jù)結構設計圖制作9件不同款式的實驗樣衣，樣衣縫制均采用滌綸短纖維縫紉線、12號機針，線跡密度18針/3 cm，平縫的方式。結構設計圖如圖2所示，樣衣款式圖及編號如圖3所示。

圖2 結構設計Fig.2 Structural design

圖3 樣衣款式及編號Fig.3 Sample styles and numbers

1.3 服裝電磁屏蔽效能測試

服裝電磁屏蔽效能的測試采用屏蔽室法[14]，其中屏蔽室又稱半電波暗室。

1.3.1 測試設備

R&S SMB100A微波信號發(fā)生器(發(fā)射頻率為9 kHz～3.2 GHz，羅德與施瓦茨公司)、R&S SFL3頻譜分析儀(可分析9 kHz～3 GHz輻射量，羅德與施瓦茨公司)、QJSJ8008000喇叭天線(主要應用于900GHz及以下的輻射量，南京群嘉有限公司)、偶電子天線(探頭長為8 cm，深圳杰納斯科技有限公司)，實驗測試設備如圖4所示。

圖4 實驗測試設備Fig.4 Experimental test equipment

1.3.2 電磁波頻率選取

生活中人們常接觸到的電子設備、網(wǎng)絡信號的頻段主要為300～2500 MHz，為保證實驗精確性，本文選取測量頻率為300～2750 MHz，測量頻點為間隔350 MHz的8個均勻頻點。

哎，小孫啊，你不要緊張嘛！周書記仰起了頭，你夫人穎春在信中向我強力推薦你，說你是個難得的人才，不但具有業(yè)務能力而且又具有組織能力，是個可以讓領導放心、讓單位安心、讓百姓稱心的人，建議我們縣委、政府要重用你……周書記說到這里又把話停住了。

1.3.3 測試方法設計

為了使實驗測試更加精確，本文基于GB/T 12190-2006《電磁屏蔽室屏蔽效能的測量方法》，設計新的測試部位、輻射源方向以及輻射距離。

由于胸部、腹部包含人體眾多器官，需要重點防護，此外頸部、肩部靠近服裝開口部位，易使電磁波進入人體，也需要重點研究，因此實驗中電磁輻射測試部位選取胸部、腹部、頸部、肩部，如圖5所示。

圖5 部位測試點Fig.5 Part test points

在自然環(huán)境中，電磁波向空間任意方向傳播，實驗為了更好模擬真實環(huán)境，在測試人臺的正前方、正上方及側方設置電磁波輻射源。根據(jù)電磁屏蔽理論[15]，當物體與電磁波發(fā)射源的距離小于λ/2π時，電磁輻射場為近場，當距離大于λ/2π時為遠場，當距離等于λ/2π時為過渡區(qū)。只有在頻率較低時，輻射主要發(fā)生在近場，隨著頻率增高，電磁場趨于遠場輻射，因此實驗應在遠場環(huán)境中進行。本文測試頻點最小為300 MHz，根據(jù)公式

f=c/λ

(1)

λ=2πr

(2)

式中：f為頻率，Hz；c為光速，km/s；λ為波長，m。

計算可得過渡區(qū)距離為0.16 m，即當r>0.16 m 時，實驗測試過程均處于遠場環(huán)境中，此外基于GB/T 12190-2006《電磁屏蔽室屏蔽效能的測量方法》中要求發(fā)射天線與接收天線距離不小于1 m，因此本實驗選定輻射距離為1 m。

綜合上述分析，本實驗借助屏蔽室法，以人臺腹突點向上8 cm為坐標原點，分別在坐標原點的X、Y、Z軸正方向1 m處設置輻射源進行測試，輻射源發(fā)射方向如圖6所示，服裝電磁屏蔽效能測試系統(tǒng)如圖7所示。

圖6 輻射源發(fā)射方向Fig.6 Radiation source emission directions

圖7 服裝屏蔽效能測試系統(tǒng)Fig.7 Clothing electromagnetic shielding efficiency test system

1.3.4 測試結果計算

SE整體=(SE胸部+SE腹部+SE頸部+SE肩部)/4

(3)

式中：SE整體表示樣衣整體屏蔽值，dB；SE胸部、SE腹部、SE頸部、SE肩部分別表示待測部位在X、Y、Z軸方向上屏蔽效能的均值，dB。

SEi=(SEix+SEiy+SEiz)/3

(4)

式中：i=1、2、3、4，分別代表胸部、腹部、頸部、肩部。

2 結果與分析

2.1 正交實驗分析

對服裝不同部位進行電磁屏蔽效能測試，計算結果如表4所示，表中K1、K2、K3分別代表在第1、2、3水平下，對應因素的實驗結果總和，R為極差，表示各因素不同水平之間最大值與最小值的差異情況。

由表4可知，RD>RC>RB>RA，即在4個結構因素中，影響程度最大的部位結構為衣長，其次是袖長。其原因為相較衣領和下擺圍而言，衣長和袖長的結構變化對服裝暴露面積影響更大，而暴露面積是影響服裝屏蔽效能的重要因素[16]，因此衣長和袖長對電磁屏蔽效能影響程度更大。

表4 樣衣屏蔽效能測試及正交計算結果Tab.4 Sample shielding efficiency test and orthogonal results

2.2 方差分析

對4個結構因素測試結果做方差分析，選擇紡織服裝行業(yè)常用的F0.05、F0.01進行顯著性檢驗[17]。分析結果如表5所示。

表5 結構設計因素方差分析Tab.5 Structural design factor variance analysis

由表5可知，衣領(A)、下擺圍(B)、袖長(C)、衣長(D)顯著性均小于顯著性水平0.01，即對服裝屏蔽效能均具有顯著性影響，此外各因素的F值與F0.01值相較，衣長F值與F0.01值相差最大，次之，袖長，因此衣長、袖長的影響性較為顯著。

綜上所述，從對服裝電磁屏蔽效能影響程度的大小來說，4個結構設計因素中，衣長、袖長大于衣領、下擺圍。因此在選擇防電磁輻射服裝時，應更注重衣長、袖長的結構設計。

2.3 模型構建

為獲取結構設計與服裝電磁屏蔽效能之間的定量關系，對屏蔽效能影響顯著的4個結構設計因素進行初步擬合回歸分析，模型有效性檢驗表明回歸方程無統(tǒng)計意義，故剔除影響程度最小的衣領結構因素后重新建模，有效預測模型如表6所示。

由表6可得預測模型為：

表6 服裝屏蔽效能預測模型Tab.6 Clothing shielding effect prediction model

SE=-24.002+0.070B+0.070C+0.464D

(5)

式中：SE表示服裝電磁屏蔽效能，dB；B表示下擺圍，cm；C表示袖長，cm；D表示衣長，cm。

一般判定模型好壞的指標為R2，R2越接近1，表明擬合優(yōu)度越高，當R2>0.7時，方程才具有實際參考意義[18]。該預測模型的調整系數(shù)R2為0.938>0.7，因此該預測模型擬合較優(yōu)，具有一定的預測性和實際意義。

2.4 模型驗證

為檢驗模型的預測性，選取無領款式及任意參數(shù)的下擺圍、袖長及衣長制作4件樣衣，樣衣的結構設計參數(shù)見表7，將測試的服裝電磁屏蔽效能實際值與預測值比較，對比結果如圖8所示。

表7 檢驗樣衣結構設計參數(shù)Tab.7 Test sample structure design parameters

圖8 屏蔽效能實際值與預測值對比Fig.8 Shielding efficiency actual value and predictive value

由圖8可知，檢驗樣衣實際測試值與模型預測值相差不大，兩者的相對誤差均值為7.05%，精準度為92.95%，因此該模型具有較好的預測性，為建立服裝屏蔽效能與結構設計的定量關系提供了參考價值。

3 結 論

本文針對衣領結構、下擺圍、袖長和衣長4個服裝結構因素設計實驗方案并制作樣衣，基于屏蔽室法設計實驗服裝屏蔽效能測試方法并對其屏蔽效能進行測試，探究不同結構因素對屏蔽效能的影響水平以及它們之間的具體關系，得出以下結論：

a)4個結構設計因素均對服裝電磁屏蔽效能具有顯著影響，衣長、袖長尤為顯著。服裝屏蔽效能隨衣長、袖長的增加而明顯提高，因此在選擇防電磁輻射服裝時應更加注重衣長、袖長的結構設計。

b)通過多元線性回歸分析，剔除影響程度最小的衣領結構因素，建立了結構設計因素與服裝電磁屏蔽效能之間的關系預測模型，模型為SE=-24.002+0.070B+0.070C+0.464D。