影響金屬纖維混紡織物屏蔽效能因素初探

影響金屬纖維混紡織物屏蔽效能因素初探
電磁屏蔽織物是一種各向異性的屏蔽材料，其屏蔽效能受到諸多因素的影響，要得到某一屏蔽織物的屏蔽效能值，目前主要通過實驗測試的手段。分析影響織物屏蔽效能的各種因素，有利于加深對織物屏蔽機理的深入認識，并指導電磁屏蔽織物的設計。文章介紹了金屬纖維屏蔽織物的屏蔽機理與屏蔽效能的測試，探討了影響金屬纖維混紡屏蔽織物屏蔽效能的主要因素。
1電磁屏蔽織物的屏蔽機理及測試
不含屏蔽材料的織物，本身不具有電磁屏敝功能。金屬纖維屏蔽織物的防護作用是其中的金屬纖維在起作用。含金屬纖維的紗線相互交織形成縱橫交錯的隔離網(wǎng)能使電磁波的能量衰減到一定程度，從而達到防護目的。
目前，國內(nèi)外有多種屏蔽織物屏蔽效能的測試方法，測試標準主要是《環(huán)境電磁波衛(wèi)生標準GB9175—88》、《作業(yè)場所微波輻射衛(wèi)生標準BG10436—89》或根據(jù)ASTM規(guī)定測試。測試方法主要有遠場法、近場法和屏蔽室測試法3類。這些專業(yè)測試的方法比較復雜，而且所用儀器和設備昂貴，如果只需初步判定屏蔽織物的屏蔽效能可采用如下簡易方法：用屏蔽織物包覆手機信號接收線，待4—6min后，觀察手機屏幕顯示信號強度變化情況。
2影響電磁屏蔽織物的屏蔽效能因素
金屬纖維混紡屏蔽織物的屏蔽效能與諸多因素有關，如電磁輻射源、輻射距離、金屬纖維種類、屏蔽層數(shù)、屏蔽織物結構參數(shù)等。以下主要從屏蔽織物結構參數(shù)探討影響金屬纖維混紡屏蔽織物屏蔽效能的因素。
2.1經(jīng)緯紗線差異對屏蔽效能間的影響
混紡屏蔽織物的經(jīng)緯紗線是否含金屬纖維對織物的整體屏蔽效能有很大影響。一般經(jīng)向和緯向都含有金屬纖維時織物的屏蔽效能比單向含有金屬纖維的屏蔽效能要高，這是因為經(jīng)緯向都含有金屬纖維時相當于織物中構成了一個較完整的縱橫交錯的金屬屏蔽導電網(wǎng)，這樣便能更好地阻止電磁波的傳播從而損耗電磁波能量。而單向含金屬纖維屏蔽織物所構成的屏敝織物相當于只有一個方向的金屬纖維排列，故屏蔽效能較差。這種單向和雙向含金屬纖維的屏蔽織物對整體屏蔽效能的影響較大，欲達到較好的屏蔽效果好采取經(jīng)緯向都含金屬纖維的紗線。
2.2組織結構與厚度對屏蔽效能間的影響
從屏蔽織物的組織結構來看，織物分為單層組織與多層組織。對于簡單單層組織，在單位面積含有相同的金屬重量時，斜紋組織的屏蔽效果比緞紋要好，而平紋組織結構的屏蔽效果又較斜紋好。平紋組織由于交織次數(shù)多，結構緊密，形成孔洞、縫隙的數(shù)量少，電磁波透射量??；緞紋組織由于織物的經(jīng)緯浮長較長，交織次數(shù)少，構成的導電屏蔽網(wǎng)更疏松，導電性能更差，因而屏蔽性能較差。而斜紋則界于二者之間。對于多層織物，如在經(jīng)重與緯重屏蔽織物中，由于多層金屬導電屏蔽網(wǎng)的層層屏蔽使后電磁波透過量減少。一般說來，屏蔽材料對電場的屏蔽相對較容易，而對磁場的屏蔽就困難許多，尤其是低頻磁場。設計經(jīng)重與緯重多層屏蔽織物是屏蔽磁場的較好方法。單層織物對與電場及高頻磁場的屏蔽根據(jù)需要可以采用其它措施達到屏蔽目的（如提高金屬纖維在織物中的含量），但是遇到低頻磁場，將發(fā)生較嚴重的衍射現(xiàn)象。若設計多層屏蔽織物，則能根據(jù)需求選用不同的屏蔽材料進行層層屏蔽。
由于織物組織結構的差異以及紗線支數(shù)不同，織物的厚度不同，而厚度的不同對屏蔽效能也有影響。電磁波入射到屏蔽織物，首先在表面界面發(fā)生反射和透射，進入屏蔽織物中的電磁波將在織物內(nèi)部各界面發(fā)生內(nèi)部多次反射，從而損耗了電磁波能量，故織物的厚度對屏蔽效能也有較大影響。
2.3金屬纖維分布及紗線結構與屏蔽效能間的關系由不銹鋼短纖維混紡紗制成的織物與由不銹鋼長絲混紡制成的織物，其屏蔽效率差異較大。
W1的金屬纖維含量比W2中的金屬纖維含量高得多，但在圖1中卻存在W2的屏蔽效能明顯優(yōu)于W1的頻段。這反映了不同不銹鋼制得的織物在不同頻段下，各自有其佳的屏蔽效能值。在頻率相對較低時，即低于500MHz，以及相對較高頻段時，即高于2000MHz，由不銹鋼短纖混紡紗制得的織物屏敝效能要優(yōu)于由不銹鋼長絲混紡紗制得的織物。
另外，不銹鋼長絲混紡紗的結構對織物的屏蔽效能也有較大影響。在包覆紗中，不銹鋼長絲沿著螺旋形規(guī)則地包覆短纖維；在股線中，不銹鋼長絲和短纖維纏繞在一起；在包芯紗中，不銹鋼長絲位于短纖內(nèi)部。在包芯紗中，由不銹鋼長絲形成的導電網(wǎng)其孔或縫線經(jīng)較小，股線次之，而包覆紗大。根據(jù)電磁屏蔽理論，孔隙導磁的重要原因就是縫或孔處的阻抗發(fā)生了變化，這種變化在頻率較高時尤為顯著。由于孔隙影響了金屬網(wǎng)上電力線和磁通密度線的分布，打斷了高頻感應電流通路，造成電氣性不連續(xù)從而使得屏蔽效能下降。從織物的屏蔽機理及電磁波屏蔽理論可知，具有一定深度的孔或縫隙可以看作波導，而波導在一定條件下可以對傳播的電磁波進行衰減。屏蔽織物中的孔或縫相當于一個工作在截止頻率（Fco）以下的波導（與孔或縫的線經(jīng)成反比），由于截止頻率是由屏蔽織物中的孔或縫決定的（線經(jīng)長度方向尺寸，而非面積大?。?，當頻率增大到向截止頻率靠攏的過程中，電磁波透過量在增加。在Fco/3～Fco之間，衰減下降，在Fco處屏蔽效能接近0dB。在孔隙長度方向極化的電磁波其截止頻率Fco主要取決于孔隙長邊而非短邊的尺寸，因此孑L隙線經(jīng)小的包芯紗屏蔽效能較好，股線次之，包覆紗則較差。由此可知，在單位面積上金屬纖維含量多并不一定屏蔽效能就好，因為金屬纖維的分布以及紗線結構對屏蔽效能也有影響。
2.4金屬纖維含量與緊度對屏蔽效能的影響
含金屬纖維的混紡紗排列密度越大，金屬纖維含量越高，則織物的屏蔽效能越好。一般織物的屏蔽效能隨金屬纖維含量的增加而增加，但也有例外，有的屏蔽織物中金屬纖維含量增加到一定程度后，隨著金屬纖維含量再增加，在有的測試頻段織物屏蔽效能出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，有的甚至出現(xiàn)明顯的屏蔽效能下降。作者分析造成此現(xiàn)象的原因認為，如果考慮金屬纖維混紡紗排列密度的影響，則由金屬纖維構成的導電網(wǎng)網(wǎng)間孔隙將隨著金屬纖維排列密度的提高而減小。根據(jù)電磁干擾的基本理論和小孔耦合理論，在近場區(qū)（r<λ/2），當2個孔間距離足夠大時，由2孔共同耦合所產(chǎn)生的射頻能量便可以忽略，此時起作用的僅包含面積（πr^2，r=λ/2）區(qū)域內(nèi)的孔，所以僅考慮這一因素，如果孔的尺寸減小，使得面積πr^2中包含更多小孔，屏蔽效能將會下降。當這一因素起主導作用時，總的屏蔽效能開始下降。所以，在金屬纖維含量增加到一定程度后會出現(xiàn)織物屏敝效能明顯下降的現(xiàn)象。
3結語
金屬纖維混紡屏蔽織物的屏蔽效能與諸多因素有關，分析表明，單向和雙向含金屬纖維的屏蔽織物對整體屏蔽效能的影響差異較大，欲達到較好的屏蔽效果好采取經(jīng)緯向都含金屬纖維的紗線；屏蔽織物組織結構（包括不同組織，單層與多層織物）不同將導致屏蔽效能有差異，織物越厚屏蔽效果越好；分布有不銹鋼纖維長絲或短纖的混紡織物在不同測試頻段的屏蔽效果不同，在有的頻段前者屏蔽效能高，在有的頻段則后者屏敝效能更高；孔隙線經(jīng)小的包芯紗屏蔽效能較好，股線次之，包覆紗則較差；并不是所有屏蔽織物中金屬纖維含量越高屏蔽效能越好，金屬纖維混紡紗在疏密之間存在佳狀態(tài)，佳屏蔽頻段與織物中導電網(wǎng)網(wǎng)間孔縫線經(jīng)大小有關。4h2fSZ

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