Electromagnetic shielding effectiveness of hybrid knitted fabrics with stainless steel wire

Abstract

Метою даного дослідження було дослідити загальновживані та інноваційні підходи до розробки ефективного гібридного трикотажного полотна для екранування електромагнітного випромінювання. Експериментальні дослідження базуються на основних положеннях текстильного матеріалознавства. У роботі використані основи теорії в'язання, методи аналізу та узагальнення отриманих результатів. Ефективність електромагнітного екранування зразків була експериментально виміряна з використанням плоскої електромагнітної хвилі за методом ASTM D 4935-18 для плоских матеріалів. В роботі наведена ефективність екранування трикотажних полотен в діапазоні частот від 0 ГГц до 3 ГГц з точки зору основних механізмів ослаблення електромагнітного випромінювання: поглинання та відбиття. У роботі проведено комплексну оцінку характеристик електромагнітного екранування гібридних трикотажних полотен. Провідні гібридні трикотажні полотна були виготовлені з використанням бавовняної пряжі та дроту з нержавіючої сталі 4 типів переплетення (ластик 1+1, напівміланський ластик, напівфанг і фанг) для визначення ефективності екранування електромагнітного випромінювання, а саме, значень поглинання та відбиття в діапазоні частот 0–3 ГГц. Для всіх зразків гібридних трикотажних полотен спостерігається загальна тенденція, яка полягає в тому, що ефективність екранування має пікові значення 23÷50 дБ в інтервалі від 200 до 900 МГц. Це свідчить про "відмінний" рівень екранування від електромагнітного випромінювання розроблених гібридних трикотажних полотен у зазначеному діапазоні частот. Основним фактором, який визначає екрануючу здатність, є розташування металевої компоненти у структурі трикотажного полотна. Найкращу ефективність екранування демонструє трикотажне полотно переплетення напівміланський ластик, завдяки розташуванню структурних елементів, а саме петель і стовпчиків. Гібридні трикотажні полотна, що містять дріт з нержавіючої сталі (дріт з нержавіючої сталі подається в зону в’язання разом з бавовняною пряжею), мають низький відсоток відбиття та високий відсоток поглинання у всьому діапазоні частот і можуть використовуватися як поглиначі електромагнітних хвиль.

The purpose of this paper was to research innovative and simple approaches toward developing an effective hybrid knitted fabric for electromagnetic shielding application. The work uses the basics of textile material science and the theory of knitting, methods of analysis and synthesis of the obtained results. The electromagnetic shielding effectiveness of the hybrid knitted fabrics was measured using a far-field electromagnetic plane wave by the method in ASTM D 4935-18 for planar materials. The shielding efficiency of knitting textiles in the frequency range from 0 GHz to 3 GHz are presented in a paper in terms of the main mechanisms of EMR attenuation: absorption and reflection. A comprehensive evaluation of electromagnetic shielding characteristics of hybrid knitting fabrics has been done in this work. The conductive hybrid fabrics were produced by using cotton yarns and stainless steel wire in 4 types of knitting interlooping (Rib 1+1, Half Milano rib, Half-cardigan and Cardigan) to determine the electromagnetic shielding effectiveness, absorption and reflection values over an incident frequency of 0–3 GHz. For all hybrid knitting samples, a general trend was that shielding effectiveness has peak values of 23÷50 dB in the interval from 200 to 900 MHz. This indicates the "excellent" level of shielding from EMR of the developed hybrid knitted fabric in the indicated frequency range. The main factor that determines the shielding ability of knitting textiles is the positioning of the metal components in the structure. The knitted structure of half Milano rib demonstrates the highest shielding efficiency due to the arrangement of the structural elements namely loops and tucks. Hybrid knitted fabrics containing stainless steel wire (the stainless steel wire was fed into the knitting area along with the cotton yarn) have low reflection percentages and high absorption percentages in the entire range of frequencies and may be used as electromagnetic wave absorbents.