ステンレス鋼/ビスコース混紡糸織物の透湿性と電磁波遮蔽特性

抽象的な
この研究では、ステンレス鋼とビスコースの混紡糸を調製し、異なる構造の織物を作製した。 ファブリック水分透過性と電磁波遮蔽挙動を調べるために、サンプル織物が作成されました。ビスコース紡績糸とSSフィラメント糸を二重に紡ぐことで、SS/ビスコース混紡糸が作られました。織物は、ビスコース糸とSS/ビスコース混紡糸を使用してサンプル織機で作られました。金属含有量、糸の密度、導電性繊維の割合をさまざまなレベルで変更することにより、開発された布地を300kHz〜1.5GHzの周波数で最大遮蔽効果について分析しました。経糸と緯糸の方向に導電性糸がある布地は、一方向に導電性糸がある布地に比べて、より大きな遮蔽効果（SE）を示しました。緯糸密度、導電性糸の割合（緯糸方向）および金属含有量の増加により、布地の遮蔽レベルが向上します。 700 MHzの周波数において、3/1ツイル、2/2ツイル、2/2バスケット織物と比較して、平織り織物で最高のSE 56 dBが観測されました。相対湿度やpHなどの環境要因が織物の遮蔽挙動に及ぼす影響も研究されました。相対湿度が上昇すると、SEも増加しました。酸性（または）塩基性条件で処理された織物は、中性条件の織物よりも優れたSEを示しました。同様に、開発された導電性織物の通気性と水蒸気透過特性も分析されました。織物の金属含有量が低い場合、織物の通気性が高くなりました。フロートの多い織物は、フロートの少ない織物と比較して高い通気性を示しました。同様に、長いフロート織物では水蒸気透過率も高かったです。開発された導電性織物は、防衛産業で壁紙や個人用保護服として使用できます。

導入
近年、IT世紀および情報革命期である21世紀の発展により、電気・電子機器は幅広い周波数範囲の電磁波で動作します。そのため、電子機器が不要な電磁放射線に曝露されることが増加しています。しかし、長期間の曝露は危険であり、頭痛、脳腫瘍、疲労、アルツハイマー病、めまい、流産、アレルギー、白血病、癌、睡眠障害など、人体に多くの問題を引き起こします。電気電子部品がこのような放射線に長時間曝露されると、曝露された機器が損傷したり、機器が正常に機能しなくなったりする可能性があります。したがって、電磁干渉は一般に電子機器に問題を引き起こすだけでなく、人、動物、環境に有害な影響を与え、生物学的生命にも影響を及ぼします。たとえば、電子レンジ、Wi-Fi、X線からの放射線は、生体の機能に悪影響を及ぼします。例えば、無線周波数（RF）電磁波は、RF場による分子振動の励起、タンパク質の立体構造変化、Ca2+などのリガンドと細胞受容体タンパク質の結合変化など、様々なメカニズムを通じて生物組織と相互作用する可能性があります。2 電磁波が生物体内に入ると、分子間に振動が生じ、熱が発生します。その結果、DNAやRNA細胞の生成が阻害され、細胞の成長が阻害され、有害な影響が生じます。3,4 通常、RF場は熱的メカニズムまたは非熱的メカニズムによって細胞と相互作用します。熱的メカニズムでは、RF場への曝露によって生物組織の温度変化が観察されます。これは、結果として生化学反応に変化が生じ、組織内でエネルギーが伝達され、最終的に組織の温度が上昇するためです。例えば、密度1×103 kg/m3、抵抗率1Ωmの組織で記録された比吸収率は10 W/kgです。2

一般的に、電磁波は自然発生と人工発生の2つに分類されます。自然発生の電磁波源は太陽です。人工発生源としては、電子タイプライター、電気モーターなどがあります。

テレビ、ブラウン管（CRT）、電子計算機、デジタルプリンター、レーダー、パーソナルコンピューター、インターネットモデム、磁気共鳴画像装置、FM/AMラジオ、基地局、携帯電話（900～1800MHz）、ワイヤー5–7 これらの範囲外では、携帯電話の用途は非常に広範です。8 同様に、ほとんどの電子製品が動作する 900 MHz GSM、1800 MHz GSM、2400 MHz Wi-Fi などの他の商用帯域です。9 したがって、近くのシステムまたは生物の機能を妨げる電磁放射を遮蔽/阻止することが不可欠です。 EM 放射には電界と磁界の両方があるため、両方の場を減衰させる必要があります。10 電磁放射を阻止するために、金属フォーム、箔、フェライト材料、カーボンナノチューブ (CNT)、グラフェン、カーボンなどのさまざまな材料がシールド材料として採用されています。11 軽量で柔軟なシールド材料に対する需要により、導電性織物が最も重要な電磁バリア材料となっています。12 導電性織物のシールド動作は、層数、金属含有量、開口部の数、開口部のサイズとその分布、生地の厚さ、糸数、糸密度など、さまざまな生地関連のパラメータによって異なります。3

Perumalrajetal.13 は、ある研究で、綿をシース材とした銅ベースの導電性コアスパン糸を作製しました。彼らは、シールド効率は銅線の直径に依存することを観察しました。線の直径が大きくなると、糸の曲げ剛性が高くなり、布地内部の空間が増えるため、シールド効果 (SE) が低下します。また、布地の層数、糸密度、および布地のカバー係数が、布地サンプルのシールドレベルにプラスの影響を与えることも報告しています。ピック密度が高くなると、布地1平方メートルあたりの銅含有量が増加するため、SEも増加します。同様に、カバー係数が大きいと、サンプルの単位面積あたりに覆われた糸の数が多くなり、したがって、より高いSEが観察されます。織り方を考慮すると、綾織りは平織りよりも浮糸長が長いため、より高いSEを示します。その結果、糸がグループ化され、したがって、600～18000 MHzの周波数範囲でより低い多孔性とSEが観察されます。しかし、低周波域、すなわち20～200MHzでは、平織りの方が綾織りよりも優れたSEを示すため、この傾向は当てはまりません。一方、Ozdemirとozkur14は、芯にステンレス鋼、鞘材に綿繊維を用いた芯鞘糸を開発しました。導電性糸を一定間隔で導入することで、様々なグリッド構造が形成されています。緯糸がアンテナ偏波に対して水平方向である場合、セル織物は3/1綾織りよりも高いSEを示すことが観察されています。

芯鞘導電性糸と同様に、導電性繊維混紡糸のシールド挙動のシールド効果について調査されています。Liu ら 6 は、ステンレス鋼と綿の混紡糸（15%/85%）を準備し、平織り、綾織り、朱子織りの織物を作製しました。開発された織物サンプルは、導波管試験法を使用して 1300 MHz ～ 3500 MHz の周波数範囲で SE がテストされました。織物のカバー係数が増加し、糸の線密度に関係なく SE も増加することが観察されています。これは、糸の毛羽立ちによって接触点が増えるためです。カバー係数が安定値に達すると、SE のそれ以上の増加は観察されません。織り構造を考慮すると、平織りの SE は綾織りや朱子織りよりも優れています。浮き糸によって織物に大きな隙間が生じるため、電磁波の漏洩が観測されています。15 別の研究では、Dasら16 はステンレス鋼とポリエステル繊維を用いてSS/PETハイブリッド糸（80:20）を調製し、300kHz～1500MHzの周波数範囲を遮蔽する織物を開発しました。この研究では、導電性糸の含有量、ピック密度、織物層の数を増やすことで遮蔽レベルを向上できることが明らかになりました。織物密度が高くなるとSEも増加します。さらに、糸の浮き糸の長さが長いほど糸がまとまりやすくなり、多孔性が低下して遮蔽レベルが向上します。

同様に、テクスチャードスチール糸から製造された導電性衣類が、Ozdemir らによって研究されました。10 斜めに導電性糸が浮いている開発されたクレープ織物は、1800 MHz 付近で 25 dB の優れた SE を示します。同様に、平均浮遊長さが同じであるにもかかわらず、3/1 ツイル織物は 2/2 ツイル織物よりも 2400 MHz の周波数で 15 dB 高い SE を示します。導電性糸が斜めまたは対称的に浮いていることで、導電性糸間の相互作用が増加し、したがって高い SE が観察されます。導電性横糸の密度が減少しても、ほとんどの織り方で SE に大きな変化は観察されません。開発された生地は、1800 GSM、Wi-Fi、ラジオフォン、およびベビーモニターからの EM 信号を減衰するために使用できます。異なるタイプの糸構造のシールド挙動を比較するために、Su と Chern ら 17 は、SS 繊維と PET フィラメントからカバー糸、コア糸、諸撚糸などの異なるタイプの導電性糸を作成しました。これらの糸から作られたさまざまな構造の織物について、9 kHz ～ 3000 MHz の周波数範囲でのシールド挙動が研究されました。糸の密度が高くなると、織物内の SS 含有量が増え、シールド レベルが向上することが観察されています。また、導電性糸が織物の一方向にある場合、織物の両方向に導電性糸がある織物と比較して、SE が低くなることが観察されています。1/1 平織りと 2/2 綾織りの織物は、幅が狭くて長い 3/1 綾織りの織物よりも正方形のメッシュが小さくなります。したがって、より優れた導電性ネットと優れたシールド レベルを示します。 3種類の糸すべてと比較して、コアヤーンは糸の内部領域にSSフィラメントを有し、その直線性は最も短く、その間隔も最も短い。そのため、コアヤーン織物は他の2種類の糸よりも高いSEを示す。

開発された織りシールド布のほとんどは、病院、工場の職場などで人を電磁放射線から守るための防護服として使用できます。したがって、布の快適性、柔軟性、その他の特性も重要です。金属繊維混紡導電性布の快適性、機械的挙動、シールド挙動に関する研究がいくつか行われています。Palanisamy ら18 が提案したように、ステンレス鋼混紡糸シールド布の快適性は、特定の用途に不可欠です。布の曲げモーメントは、金属繊維の含有量が増加すると減少します。同様に、布の通気性と SE も金属含有量の増加に伴い大きくなります。金属繊維は PP 繊維に比べて細いため、金属含有量が多い糸の直径は小さくなり、金属含有量の少ない糸に比べて通気性が高くなります。そのため、布地に大きな気孔があることで、空気と水蒸気の透過性が高くなります。別の研究において、Huangら19は、機能性衣料および寝具向けに、ステンレス鋼（SS）フィラメントでGe繊維を巻いたコアスパンヤーンから電磁波シールドを作製した。リングフレームを用いて、8～12TPIといった異なる撚りレベルのコアスパンヤーンを作製した。12TPIのヤーン織物は5.0Nという最高の引張強度を示した。同様に、糸のTPIが増加すると織物の通気性も増加する。これは、撚りレベルが高いことで糸の直径が小さくなり、通気性が向上するためである。しかし、SEは9TPIのヤーンで-41.3dBという最高の値を示した。

一方、Jaiveerら20は、銀/金コーティングされたザリで包まれたポリエステルマルチフィラメント糸を用いて導電性シールド布を開発しました。開発された布の通気性とシールド挙動が試験されました。3つの異なるピック密度と、平織り、2/1ツイル、2/2ツイル、5エンドサテン、ハニカムなどの様々な織物構造を持つ布が開発されました。浮き糸の長さが長くなると、捲縮が少なくなるためサンプルの電気抵抗率が低下することが観察されています。同様に、布地中の導電性糸の量が増えると、シールドレベルは高くなります。銀および金コーティング糸布地の場合、ハニカム構造は浮き糸の数が多いため、他の織り構造よりも最高のSEを示します。その結果、糸のグループ化が起こり、多孔性が低下し、布地の厚さが増します。同様に、相対湿度（RH）が布地のSEに与える影響も研究されました。 100% RH で飽和した生地は、電気伝導率の増加により高い SE を示します。ただし、サンプルの厚さによる通気性への影響は研究されていません。別の研究では、Bedeloglu21 が EM 放射線を遮蔽するためにアクリルと SS ベースのハイブリッド糸生地を作成し、開発されたハイブリッド生地の通気性、耐ピリング性、耐熱性、曲げ剛性もテストしました。この研究で報告されているように、平織りの生地は、特に高周波で 20 dB の大きな SE を示し、綾織りの生地に比べて熱吸収性も高くなります。ただし、綾織りのハイブリッド糸生地の通気性は平織りの生地よりも高くなります。ハイブリッド糸にワイヤーが含まれていると、糸が密になり、より多くの通気性が見られます。耐摩耗性に関しては、SS ワイヤーベースのハイブリッド糸生地は、繊維損失 (%) が低く、耐摩耗性 (%) が高いことがわかります。同様に、SSワイヤーベースの糸を使用することで、100%アクリル糸を使用した織物と比較して、優れたピリング性と耐熱性を示します。シールド特性に関しては、平織り織物は高周波において綾織り織物よりも高い20dBの遮蔽率（SE）を示します。開発された織物は十分な柔軟性と快適性を備えているため、防護、安全、軍事用途に使用できます。

別の研究では、綿やポリエステルのニット生地の水分含有量がシールド効率に及ぼす影響が報告されています。22 乾燥時間と液体媒体の種類が SE に大きな影響を与えることがわかります。酸性の汗で処理した綿は、水分含有量が 206% のときに 1.5 GHz で 0.9 dB の SE を示すことが観察されています。現在の研究の欠点は、ビスコース/SS 混紡糸生地の通気性と水蒸気透過特性に対する金属含有量と織り構造の影響が調査されていないことです。さらに、ビスコース/SS 糸生地のシールド挙動に対する pH と水分含有量の影響も詳細に研究されていません。現在の研究では、ステンレス鋼フィラメントとビスコース紡績糸を組み合わせたハイブリッド糸のシールド レベルは調査されていません。いくつかの研究23,24 では、グリッドの開き具合、織り構造、生地の孔サイズなどの生地パラメータがシールド効果に及ぼす影響が報告されています。彼らが報告した知見の中には、例えば織り構造がシールド効果に及ぼす影響など、議論の余地のあるものがいくつかあります。シールド効果は織物の浮遊度に正比例すると結論付けた研究もありますが、その逆を示唆する研究も少数あります。13,16,19 そのため、織物の織り構造が電磁シールド効果に及ぼす影響を調査することが不可欠です。そこで本研究では、導電性糸の含有量、織物パラメータ（織り方、糸密度）、環境条件（水分含有量、pH）がSEに及ぼす影響を調査しました。また、織物の快適性を分析するために、織物の通気性と水蒸気透過特性も試験しました。

材料と方法
糸の仕様
導電性ファブリックの製造には、中国 3LTEX から購入した 108 テックスの SS マルチフィラメント糸 (14/1×90/200Z/316L) を使用しました。購入したフィラメントは、固有の耐酸化性、耐熱性、耐腐食性、優れた耐洗濯性、柔軟性を備えており、快適な織物の開発につながります。LR/6 リング紡績機で製造された 32 テックスの 100% ビスコース紡績糸も使用されました。ビスコースは優れた吸湿性を持っているため、ファブリックの水分透過特性や相対湿度がシールド挙動に及ぼす影響を分析するのに役立ちます。ビスコース/ステンレス鋼混紡糸を製造するために、ビスコース紡績糸を SS フィラメントで倍増しました。SS マルチフィラメント糸とビスコース紡績糸の特性を表 1 に示します。
ニコン顕微鏡を使用して撮影した糸の顕微鏡画像を 4.5 倍の倍率で図 1 に示します。
織物サンプルを作成するための導電性糸として、ビスコース/SSフィラメントの合糸を使用しました。ビスコース紡績糸は、布地の非導電性糸として使用しました。必要な遮蔽レベルを達成するために、布地の経糸と緯糸方向に、最小限の導電性糸をさまざまな割合でビスコース糸と組み合わせることができます。CCI製のサンプル織機を使用して、1/1平織り、2/2綾織り、3/1綾織り、バスケット織りの生地サンプルなど、4つの異なる織物サンプルを作成しました。経糸と緯糸の糸密度は、すべての生地サンプルで一定に維持されました。ただし、導電性糸の割合は変化させました。表2は、この研究で作成された導電性生地と、生地中に存在する導電性糸の割合を示しています。

表1. SSマルチフィラメント糸とビスコース紡績糸の仕様

図1. (a) マルチフィラメントステンレス鋼糸 (b) リング紡糸ビスコース糸 (c) ビスコースとステンレス鋼の合糸 (d) SS/ビスコース混紡織物の顕微鏡写真。織物の準備
サンプル。

布地サンプルの通気性と水蒸気透過率の測定
TEXTEST FX3300通気性試験機を用いて、ASTM D 737-96規格25に基づき、開発済みの布地サンプルの通気性を測定した。布地の通気性は、2つの表面間に所定の気圧差を与え、5.93平方インチの既知表面積を通過する空気流量を測定することで算出した。布地の通気性の値は、cm³/cm²/sで示される。
布地サンプルの透湿度は、ASTM E96by26に従ってW3/060透湿度試験機を用いて評価した。この試験機では、既知の表面積33cm2で透湿度を測定する。布地サンプルを試験する前に、相対湿度65%、温度27°Cの標準大気条件で24時間サンプルのコンディショニングを行った。布地サンプルの通気性と透湿度の結果を表3に示します。各試験では、合計5つのサンプルを分析用に採取した。本研究で開発された布地は、電磁波を減衰させる遮蔽布として、また様々な用途の帯電防止布として使用できる。したがって、布地の通気性と透湿度特性を調査する必要がある。

表2.開発された生地サンプルの仕様

ここで、P11- 1/1 平織り、T3/1- 3/1 綾織り、T2/2- 2/2 綾織り、B22- 2/2 バスケット織り。

電磁シールド効果の測定
開発されたサンプルは、同軸伝送線路法を用いてベクトル ネットワーク アナライザで ASTM D4935 に従って電磁シールド効果をテストされました。この方法は、平面および近傍場の電磁放射に対する平面材料のシールド挙動を測定するのに非常に効果的です。図 2 は、この研究で使用したベクトル ネットワーク アナライザの画像を示しています。ほとんどのデバイスが 300 kHz ～ 1.5 GHz で動作するため、シールド テストはこの周波数範囲で実行されます。この方法では、2 つのフランジを使用して同軸伝送線路に材料を固定し、E5061 A ベクトル ネットワーク アナライザ (Agilent technology) を使用してシールド挙動を測定しました。ASTM 規格に従って参照サンプルと負荷サンプルの 2 種類の試料が製造され、それらの SE 値がデシベル (dB) 単位で測定されました。次の式を使用して、ファブリック サンプルで発生した総損失 (SE) を測定します。
SE(dB) = 10log(P1 /P2) = -20log(S21)
ここで、P1は送信電力（dB）、P2は入射電力（dB）です。S21はポート1とポート2に関連する散乱パラメータです。

表3. 開発された生地サンプルの導電性糸含有量、浮力、厚さ、通気性、水蒸気透過率（WVTR）のレベル。

図 2. SE 測定に使用される同軸伝送線路ホルダー (a および b) を備えたベクトル ネットワーク アナライザ。

布地の調整とpHが布地の遮蔽挙動に与える影響
布地の調整がシールド挙動に及ぼす影響を評価するために、3 つの異なる相対湿度が使用されました。布地は、相対湿度 0% の環境チャンバー内で 60 分間調整されました。同様に、他の布地は、相対湿度 65% および 100% を達成するように異なる雰囲気で調整されました。次に、布地サンプルをチャンバー内でプラスチック フィルムで包み、SE を評価するためにベクトル ネットワーク アナライザーに配置しました。布地サンプルのシールド挙動に対する pH 条件の影響を調べるために、サンプルは、酸性、アルカリ性、中性などの 3 つの異なる化学的条件で処理されました。たとえば、酸性条件 (pH 3) を達成するために、布地を 100% 氷酢酸に 30 分間浸し、その後取り出して 95°C のオーブンで 60 分間保持しました。アルカリ条件（pH-11）を達成するために、布地を水酸化ナトリウムフレークに30分間浸し、その後取り出してオーブンで95°Cで60分間置いて乾燥させました。

統計分析
布地パラメータと処理が布地の遮蔽効果に及ぼす影響を調査するため、一元配置分散分析（ANOVA）を用いて統計解析を実施した。解析に用いた有意水準（p値）は0.05であった。p値が0.05以下の場合、当該処理は有意であると判断され、布地の遮蔽挙動に対する効果が確認される。

結果と考察
ステンレス鋼含有量と生地構造が通気性に与える影響
布地の通気性は布地の快適さを決める重要な要素の一つであるため、布地の厚さが通気性に与える影響を分析しました。平織りの布地の厚さが0.541 mmから0.569 mmに増加すると、布地の通気性は70.3 cm3/cm2/秒から61.3 cm3/cm2/秒に低下します（表3）。ただし、布地の構造や導電性糸の含有量も布地の通気性を決める上で重要な役割を果たしているため、この傾向はすべての布地に当てはまるわけではありません。そこで、ステンレス鋼含有量と布地構造が通気性に与える影響を調査しました。図3は、織り構造と金属含有量が布地の通気性に与える影響を示しています。
図 3 に見られるように、布地中の金属含有量が増えると、通気性が低下します。これは、マルチフィラメントのステンレス鋼糸が存在するためであり、繊維内の気孔が減少し、その結果、通気性が低下します。この研究の結果は、Palanisamy らによって報告された結果とは対照的です。18 彼らは、金属繊維の直径が小さいと布地の多孔質になり、その結果、通気性が高くなると報告しました。同様に、布地の織り構造が通気性に及ぼす影響が分析されました。図 3 に見られるように、布地の織り方は布地の通気性に影響を及ぼします。平織り構造は、布地内の糸の交絡によって開口部のサイズが小さくなるため、綾織りやバスケット織り構造に比べて通気性が最も低くなります。したがって、平織りの布は、綾織りやバスケット構造に比べて熱的快適性が低くなります。 3/1綾織りでは、125 cm³/cm²/sという最高の透気度が観測されました。これは、より多くの浮き糸によって織物がより開放的になるためです。織り方が織物の透気度に与える影響を確認するために、統計的分析を行いました。

図3. 生地の構造と金属含有量が通気性に与える影響。

表4. 織り構造が布地の通気性に与える影響についてのANOVA検定結果。

ここで、SSは平方和、dfは自由度、MSは平均平方、Fはf値、Pはp値です。表4は、織り方が布地の通気性に及ぼす影響を調べるために得られた分散分析の結果です。表4に示すように、計算されたFcalc値は54.4で、自由度3の5%有意水準でFcric値4.06を上回っています。さらに、p値は0.05未満です。したがって、布地構造は布地の通気性に有意な影響を与えることがわかります。
同様の観察結果はBedeloglu氏によって報告されています21。彼は、綾織りのアクリルとSSベースのハイブリッド糸の通気性が平織りの生地よりも高いことを観察しました。これは、ハイブリッド糸にSSワイヤーが含まれているため糸の密度が高くなり、通気性が向上するためです。

金属含有量と生地構造が水蒸気透過率に与える影響
金属含有量と織物構造の異なる織物の水蒸気透過性を分析した。金属含有量が織物の水蒸気透過率に及ぼす影響を図4に示す。図4からわかるように、織物構造は水蒸気透過挙動に影響を与える。

図4. 布地の水蒸気透過率に対する金属含有量の影響。

表5. 金属含有量が水蒸気透過性に与える影響についてのANOVA検定。

空気透過性と同様に、水蒸気透過率はロングフロート生地の方が高くなります。ツイル 3/1 生地の水蒸気透過率は 6856 g/m2/day で、マット生地や無地生地よりも高くなります。そのため、ツイル生地は他の生地構造よりも温熱的快適性を提供できます。これは、生地に大きな気孔があると水蒸気透過性が高くなるという Palanisamy ら18 が報告した調査結果と同様です。同様に、金属含有量が生地サンプルの水蒸気透過率に与える影響も調査しました。金属含有量が 10 wt% から 22.5 wt% に増加すると、生地サンプルの水蒸気透過性は低下します。金属含有量が水蒸気移動に与える影響を確認するために、一元配置分散分析 (ANOVA) を実行しました。表 5 は、金属含有量が水蒸気透過性に与える影響を調べるために得られた ANOVA テストの結果を示しています。
表5に示すように、計算されたFcalc値は6.50であり、自由度2の有意水準5%でFcric値4.25よりも大きい。さらに、p値は0.05未満である。したがって、金属含有量は布地の透湿性に有意な影響を及ぼす。同様に、開発された布地の面密度が通気性と透湿性に及ぼす影響を分析した。表3から、

図5. 導電性糸の割合がさまざまな織り構造のシールド効果に与える影響。

2/2綾織物の面密度が増加すると、通気性と透湿性が低下することが観察されています。面密度117 g/m²の綾織物では、通気性は100.7 cm³/cm²/s、透湿性は6241 g/m²/日です。ただし、平織物や籠織物では、糸の浮き上がり量や織物中のSS繊維含有率の変化により、この値は当てはまりません。

横糸の導電性糸の割合がシールド挙動に与える影響
図5は、異なる構造の生地における導電性糸の比率とSEへの影響を示しています。金属含有量が0％の生地（NC生地）は電磁波を透過し、電磁放射を遮断しませんでした。しかし、平織り生地に導電性糸を1：4（SS：ビスコース）の比率で経糸に導入すると、1200MHzで11.2dBのSEが観測されました（図5（a））。シールドレベルを高めるために、織物の経糸と緯糸に導電性SS糸を導入しました。平織り生地の緯糸にSSフィラメントを1：3（SS：ビスコース）の比率で導入すると、SEは14.2dBに改善されました（図5（a））。2/2マット、2/2ツイル、3/1ツイル生地でも同様の観察結果が得られました。
織物の横方向における導電性SSフィラメントの割合を、それぞれ0/0、4/0、4/3、4/7の比率で配置することにより、0%、10%、16.25%、22.5%と変化させた。図5(a)に示すように、横方向における導電性糸の割合が1:7から1:3へと増加すると、平織物ではより高いSEが見られる。これは、Journal of Industrial Textiles誌に掲載されている

織物中の導電性グリッドが小さくなるため、電磁信号の減衰が強化されます。27 SS糸の量が0wt%から22.5wt%に増加すると、700 MHzの周波数でSEも49.61 dBから56.52 dBに増加します。同様に、2/2バスケット織りの導電性糸の比率を1:7から1:3に増やすと、グリッドサイズが小さくなるためSEは57.38 dBから61.88 dBに増加します（図5(b)）。2/2ツイル織りのSEも、金属含有量の比率が増加すると48.61 dBから56.61 dBに増加します。図5(d)に示すように、3/1ツイル織りの生地でも同じ傾向が見られます。すべての織物構造と比較すると、フロート効果により 3/1 ツイル織物で最も大きな増加傾向が見られます。
Jaiveer et al.20とDas et al.16も金属含有量がSEに与える影響を報告しており、フォート綾織物とバスケット織物で同様の傾向が得られた。さらに、事故が起きた際に
周波数が上昇すると、ファブリックのSEも700MHzまで増加し、その後

表6. ANOVA - 導電性糸の割合がSEに及ぼす影響に関する単因子分析。

ここで、SS – 平方和、df – 自由度、MS – 平均平方、F – f値、P – p値

図6. 平織物のシールド効果に対する1インチあたりの打ち込み数の影響。シールド挙動に対する織り方の影響。

表皮効果によりSEは低下した。28 導電性糸の割合がSEに及ぼす影響を確認するために、一元配置分散分析（ANOVA）を実施した。ANOVAの結果を表6に示す。ANOVA結果（表6）から、p値が0.05未満であることが観察された。したがって、導電性糸の割合は布地のシールドレベルに有意な影響を与えることが確認された。

生地の電磁シールド効果に対するピック密度の影響
ピック密度が電磁シールド効果に及ぼす影響を調べるために、1インチあたり20、30、40ピック（PPI）の3つの異なるピック密度を持つ平織りの生地を用意しました。経糸導電性糸に含まれるSS含有量は、すべての生地で10wt%です。ピック密度が20、30、40 PPIの生地サンプルのシールドレベルを図6に示します。図6に示すように、ピック密度が増加すると、生地のシールド効果が高まります。実際、ピック密度がわずかに増加すると、シールド効果がわずかに向上します。ただし、ピック密度が高いほど、生地に含まれるSS量が多いため、SEが大きくなります。得られた結果は、Perumalrajetal13によって報告された銅ベースの導電性コアシース糸生地と類似しています。
Jaiveerら20は、ハニカム構造が最も高い遮蔽係数（SE）を示し、次いで5エンドツイル、2/2ツイル、2/1ツイル、平織りの順であると報告しています。これはすべての混紡糸織物に当てはまるわけではありません。異なる織り構造がSEに及ぼす影響を調べるため、平織り、3/1ツイル、2/2ツイル、2/2バスケットの4種類の織物を分析し、糸の浮き上がりパターンに基づいて織物の開口部を変化させました。図7は、700MHzの周波数における織物の遮蔽挙動に対する織り方の影響を示しています。
図7に示すように、3/1綾織、2/2綾織、バスケット織のシールド挙動の傾向は同じです。しかし、平織のシールド挙動は他の織物構造とは異なります。700MHzの周波数範囲では、平織が56dBという最高のSEを示します。3/1綾織では、700MHzの周波数範囲で53dBという最大のSEが観測されます。

図 7. 700 MHz の周波数における織り方によるシールド レベルへの影響。

図8. 相対湿度が布地の遮蔽効果に与える影響。

700MHz。バスケット織りの場合、観測されたSE（45dB）は他の織物と比較して最も低くなっています。これは、開口部のサイズが大きいため、より多くのEM波が浸透するためです。カバー係数は表3で観察されたものと同じですが、平織りの生地では他の生地と比較して最高のシールド効果が観測されています。これは、糸の織り合わせパターンによって開口部のサイズと形状が変わるためと考えられます。29,30 得られた結果は、Jaiveerら20が報告した調査結果と矛盾しています。しかし、LiuとWang15も同様の調査結果を報告しています。彼らは、平織りの生地は綾織りやサテン織りの生地よりも最高のSEを示すと報告しました。これは、織り合わせ点が多いため、生地が閉じた構造になり、高いシールド効果を発揮するためです。サテン織りの生地の場合、織り合わせ点の数が最も少なく、そのため生地がより開いた状態になり、シールド効果が低下します。本研究でも同様の観察結果が確認されています。つまり、より多くの交絡点を持つ布地では、小さな開口部が形成され、布地同士が密接していることが観察されます。その結果、浮き糸の少ない布地と比較して、より高い遮蔽効果が観察されます。金属含有量に関わらず、すべての布地で同じ傾向が見られます。

布地の遮蔽挙動に対する水分の影響
ビスコース紡績糸は水分含有量が良いため、この研究では織物の遮蔽挙動に対する水分の影響を調査しました。水分含有量または相対湿度が遮蔽効果に及ぼす影響を分析するために、0% RH（織物を100°Cのオーブンに65分間保持）、65% RH（通常の試験状態の織物）、および100%（飽和状態の織物）の3つの異なる相対湿度レベルで調整されたサンプルが用意されました。準備された織物サンプルの遮蔽レベルを図8に示します。図8に示すように、相対湿度が0%から100%に増加すると、織物の遮蔽効果が高まります。100%相対湿度で調整されたサンプル（B22-WT -40-4/7）は、65% RH（40.5 dB）および0% RH（38.5 dB）で調整されたサンプルよりも優れた遮蔽値（43.6 dB）を示しています。これは、布地内の水分量の増加によって電気伝導率が増加し、結果として布地の遮蔽レベルが上昇するためです。同様の観察結果はPalanisamyらによって報告されています22。
彼らは、綿織物の水分含有量が25%から205%に増加すると、SEが0.1 dBから0.7 dBに増加することを観察しました。本研究でも同様の傾向が見られました。

布地の遮蔽挙動に対するpHの影響
生地の酸性および塩基性条件がSEに及ぼす影響を調べるために、pH3（生地を100%氷酢酸に30分間浸漬し、オーブンで95°Cで60分間保持）、pH7（通常条件での生地試験）、pH11（水酸化ナトリウムフレークに30分間浸漬し、オーブンで95°Cで60分間保持）の3つの異なる条件で生地サンプルを準備しました。この研究ではAISI 316L標準ステンレス鋼を使用しているため、酸とアルカリに対する耐性が非常に優れています。31 生地の酸性および塩基性条件での遮蔽挙動を分析し、結果を図9に示します。図9に示すように、塩基性条件のB22-WT-40–4/7生地サンプルは、酸性条件のサンプルと比較してほぼ同じ遮蔽効果を示しています。ただし、未処理生地の遮蔽効果は処理済み生地サンプルよりも低くなっています。22

図9. pH条件が布地の遮蔽効果に与える影響。

処理した布地のpHが変化すると、布地の遮蔽効果も変化することが確認されています。これは、酸性および塩基性条件下での電荷の存在により、布地サンプルの導電性が向上するためです。Palanisamyらによる研究22では、酸性およびアルカリ性処理したサンプルは1.5GHzにおいて同様の遮蔽挙動を示しており、本研究でも同様のことが証明されています。

結論
本研究では、ステンレス鋼/ビスコース混紡糸織物の電磁シールド特性と水蒸気透過挙動を調査しました。織物のSS含有量が増加すると、織物の通気性が低下します。平織りの織物は、綾織りや籠織りの織物に比べて最も低い通気性を示します。綾織りや朱子織りの織物など、浮き糸の多い織物は通気性が高くなります。開発されたシールド織物の水蒸気透過特性も研究されました。綾織り3/1の織物は、6856 g/m2/日の水蒸気透過率を示し、マット織物や平織りの織物よりも高くなります。これは、織物の金属含有量が増加すると当てはまりません。同様に、開発されたすべての織物のシールド挙動は、ベクトルネットワークアナライザーを使用して、300 kHz〜1.5 GHzの周波数範囲で分析されました。ピーク遮蔽値は、共鳴効果による 700 MHz の中周波数で得られます。経糸と緯糸の両方に導電性糸を使用した生地は、経糸のみに導電性糸を使用した生地よりも高い SE を示します。緯糸の導電性糸の割合が変化すると、生地の SE も変化します。同様に、生地のピック密度が SE に与える影響も調査しました。平織りのピック密度が 20 PPI から 40 PPI に増加すると、生地の SE も 40 dB から 44 dB に増加します。生地の構造に関しては、平織りの生地は、700 MHz で 3/1 ツイル (53 dB) や他の生地よりも 56 dB という最高の SE を示します。したがって、より多くのインターレースポイントを持つ SS とビスコースの混紡生地が、EM 放射の遮蔽に適していることがわかります。生地の遮蔽挙動に対する相対湿度の影響も研究されました。相対湿度100%で処理した布地サンプルは、相対湿度65%および0%で処理した布地サンプルと比較して、SEが増加しました。pHを考慮すると、酸性およびアルカリ性処理した布地は、未処理の布地サンプルと比較してSEが向上しました。本研究で開発された布地は、放射線防護服や高セキュリティルームの遮蔽壁材として使用できる可能性があります。