Switch to: uk
27 April 2017 09:27AM

นวัตกรรมผ้าไหมสำหรับการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Silk Fabric for Electromagnetic Shielding)

05 Mar 13 ,  **ดร. ชาญชัย สิริเกษมเลิศ
  • 0

ปัจจุบันมีการใช้เครื่องมือและเครื่องใช้ไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์มากขึ้นทุกวัน เช่น โทรทัศน์ วิทยุ โทรศัพท์มือถือ ฯลฯ ซึ่งอุปกรณ์ดังกล่าวต่างมีการแผ่คลื่นหรือสนามแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic radiation: EMR) ไม่มากก็น้อย มีรายงานการศึกษาวิจัยหลายฉบับเกี่ยวกับอันตรายของการสัมผัสสนามคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากำลังอ่อนหรือมีความถี่ต่ำ โดยตรงอย่างต่อเนื่องเป็นระยะเวลานาน อาจทำให้เกิดผลเสียต่อสุขภาพขึ้นได้ในหลายระบบ เช่น ผลต่อมะเร็ง ผลต่อระบบสืบพันธุ์และการคลอดบุตร เป็นต้น อันตรายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่แพร่กระจายและถูกดูดซับไว้โดยวัตถุใด ณ จุดใดจะขึ้นกับ

 

83_th_4_003

 

1. ขนาดกำลังของแหล่งกำเนิดคลื่นและลักษณะการแพร่กระจาย

2. ตำแหน่งความใกล้หรือไกล และทิศทางจากแหล่งกำเนิด

3. ระยะเวลาสัมผัส (exposure time)

4. สภาพทางกายภาพของวัตถุที่สัมผัสคลื่น

5. ความยาวคลื่น (wavelength) หรืออีกนัยหนึ่งความถี่คลื่น (frequency)

 

โดยสรุป 5 ปัจจัยพื้นฐานข้างต้นประกอบด้วย แหล่งกำเนิดคลื่น (source) ได้แก่ กำลังทิศทาง และความถี่ เป็นตัวกำหนดในความปลอดภัยหรือไม่ จากการแพร่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและ ผู้สัมผัส (exposed) ได้แก่ ตำแหน่งและทิศทางจากแหล่ง ระยะเวลาสัมผัส และกายภาพผู้สัมผัส เป็นตัวกำหนดอัตราการดูดกลืนคลื่น ผลกระทบจากคลื่นในความถี่หนึ่งๆ จึงอาจมีความแตกต่างกันระหว่างเด็กและผู้ใหญ่ หรือเพศหญิงและชายได้ หรือ ในความถี่หนึ่งๆ อาจแตกต่างจากอีกความถี่หนึ่งก็ได้ ดังนั้นการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจึงในชีวิตประจำวัน จึงเป็นรื่องใกล้ตัวที่ทุกคนไม่ควรมองข้าม

 

หลักการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับวัสดุสิ่งทอ

การวัดค่าประสิทธิภาพการป้องกันของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Shielding effectiveness, SE) มีหน่วยเป็น เดซิเบล (decibels, dB) คุณลักษณะของวัสดุที่ใช้ในการป้องกันการแทรกแซงของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งพิจารณาจากสมการการหาค่าประสิทธิภาพการกำบัง หรือป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ดังสมการ

 

SE        = Adb + Rdb

 

โดยที่

Adb เป็นค่าการดูดกลืนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

Rdb เป็นค่าการสะท้อน (ค่าการสะท้อนทางแม่เหล็ก ค่าการสะท้อนทางไฟฟ้าค่าการสะท้อนคลื่นระนาบ)

 

จากสมการข้างต้น สามารถบอกลักษณะเฉพาะของวัสดุที่ใช้ป้องกันการแทรกแซงของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ โดยเพิ่มคุณสมบัติการนำไฟฟ้าให้กับวัสดุสิ่งทอ เพื่อใช้เป็นวัสดุป้องกันการแทรกแซงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า สามารถทำได้โดย

 

1. ใช้พอลิเมอร์ที่มีคุณสมบัติการนำไฟฟ้า เช่น polyaniline, polypyrole และ polythiophene ในการปรับสภาพวัสดุสิ่งทอ

2. ใช้สารหรือวัสดุที่นำไฟฟ้าได้ นำมาประยุกต์ใช้ในวัสดุสิ่งทอ เช่น เส้นใยคาร์บอนและโลหะ เช่น อลูมิเนียม ทองแดง เงิน เป็นต้น

 

83_th_4_002

 

ระดับของการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับวัสดุสิ่งทอ

การจำแนกระดับของการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับวัสดุสิ่งทอ แบ่งได้เป็น 2 กลุ่มได้แก่

w กลุ่มที่ 1 (class I) ชุดหรือผลิตภัณฑ์สิ่งทอที่ใช้สำหรับผู้ใช้ที่ต้องสัมผัสหรือเกี่ยวข้องกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าโดยตรง เช่น ชุดทำงานสำหรับผู้ทำงานในสายการผลิตชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์

w กลุ่มที่ 2 (Class II) เสื้อผ้าที่ใช้สวมใส่ทั่วไป โดยในแต่ละกลุ่ม

โดยในแต่ละกลุ่มสามารถจำแนกย่อยได้เป็น 5 ระดับความสามารถ (grade) ดังตารางที่ 1

ตารางที่ 1 การจำแนกระดับการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับวัสดุสิ่งทอ

 

ระดับ  (Grade)

ประสิทธิภาพการป้องกันของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (SE)

5

Excellent

4

Very good

3

Good

2

Moderate

1

Fair

กลุ่มที่ 1 (Class I)

 

SE > 60 dB

60 dB ≥ SE > 50 dB

50 dB ≥ SE > 40 dB

40 dB ≥ SE > 30 dB

30 dB ≥ SE > 20 dB

กลุ่มที่ 2 (Class II)

 

SE > 30 dB

30 dB ≥ SE   > 20 dB

20 dB ≥ SE > 10 dB

10 dB ≥ SE  > 7 dB

7 dB ≥ SE> 5 dB

 

ผลิตภัณฑ์สิ่งทอป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

งานวิจัยนี้ ศึกษาการนำเอาเทคโนโลยีการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามาพัฒนาเป็นผลิตภัณฑ์ชุดเครื่องแต่งกายและผลิตภัณฑ์สิ่งทอต่างๆ ที่มีการตกแต่งหรือการสอดใส่เส้นใยชนิดพิเศษในผืนผ้า เพื่อช่วยในการป้องกันคลื่นรังสีดังกล่าว แล้วนำไปผลิตเป็นผลิตภัณฑ์สำหรับป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เพื่อเป็นการเพิ่มมูลค่าให้กับผลิตภัณฑ์ ในหลักการของการพัฒนาครั้งนี้ ได้ใช้เส้นด้ายโลหะหรือกึ่งโลหะที่มีขนาดเล็กสอดแทรกเข้าไประหว่างการทอผ้าไหม สามารถป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งนี้เพราะว่าโลหะมีคุณสมบัติในการนำไฟฟ้าที่ดี โดยที่เส้นด้ายหรือเส้นลวดโลหะนั้นจะผลิตมาจาก เส้นด้ายไนลอนเคลือบเงิน เส้นสแตนเลส และคาร์บอน การนำเส้นด้ายโลหะมาใช้ในการทอผ้า จะส่งผลให้ผ้านั้นมีคุณสมบัติในการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ดี แต่ว่าจะทำให้ความสามรถในการสวมใส่ลดลงเนื่องจากผ้าที่ทอออกมาจะมีความแข็งกระด้างสำหรับเส้นด้ายบางตัว มีความหนาและมีน้ำหนักมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าใช้เส้นด้ายที่มีขนาดใหญ่ ผ้าที่ทอออกมานี้จะถูกนำไปใช้ในงานที่เกี่ยวข้องกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าโดยตรง นำไปใช้ในการบุผนังห้อง ผ้าม่าน ใช้กับอุปกรณ์ที่ต้องการความแม่นยำและเที่ยงตรง

 

การวิจัยครั้งนี้ได้นำเส้นด้ายพิเศษ ประเภทเส้นด้ายโลหะ 3 ชนิด ได้แก่ เส้นใยโลหะ Stainless steel, เส้นใยไนลอนเคลือบโลหะเงินและเส้นใยคาร์บอน นำมาควบกับเส้นด้ายไหมซึ่งใช้เป็นเส้นด้ายพุ่งและนำมาทอเป็นผืนผ้า 3 โครงสร้าง ได้แก่ ลายขัด (Plain weave) แบบลายสอง (Twill weave) และแบบลายต่วน (Satin weave) จากนั้นนำผ้าที่ได้มาพัฒนาเป็นผลิตภัณฑ์ที่ช่วยลดและปกป้องอันตรายจากคลื่น ได้แก่ เครื่องนุ่งห่ม เสื้อผ้าสำหรับหญิงตั้งครรภ์และเคหะสิ่งทอ เป็นต้น

 

ผลการทดสอบประสิทธิภาพการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า


1. เส้นด้ายพุ่งควบระหว่างไนลอนเคลือบโลหะเงินกับไหม

ผลการทดสอบประสิทธิภาพการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า  โดยใช้เส้นด้ายพุ่งควบระหว่างเส้นด้าย ไนลอนเคลือบโลหะเงินกับเส้นด้ายไหมในอัตราส่วน 1:1 สำหรับเส้นด้ายยืนจะไช้เส้นด้ายไหมและทำการทอออกมาเป็นสามโครงสร้างได้แก่ ลายขัด ลายสอง และลายต่วน ปรากฏว่าผ้าไหม 100 % จะไม่มีประสิทธิภาพในการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า แต่เมื่อเพิ่มเส้นด้ายเคลือบโลหะเงินมาทอใส่ในผ้าที่มีโครงสร้างการทอทั้ง 3 ชนิด ผลปรากฏว่า จะให้ค่าประสิทธิภาพการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าต่ำสุดอยู่ที่  20.9 dB และสูงสุดอยู่ที่ 45 dB

 

83_th_4_001

**(P = ลายขัด    T = ลายสอง และ S = ลายต่วน)

 

2. เส้นด้ายพุ่งควบระหว่างเส้นด้ายสเตนเลสกับไหม

ผลการทดสอบประสิทธิภาพการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของผ้าทอโดยใช้เส้นด้ายไหมเป็นเส้นด้ายยืน และเส้นด้ายพุ่งเป็นเส้นด้ายควบระหว่างเส้นด้ายสเตนเลสกับเส้นด้ายไหมในอัตราส่วน 1 ต่อ 1  จะให้ค่าประสิทธิภาพการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าต่ำสุดอยู่ที่ 21.8 dB และสูงสุดอยู่ที่ 37.8 dB

 

3. เส้นด้ายพุ่งควบระหว่างเส้นด้ายคาร์บอนกับไหม

ผลการทดสอบให้ค่าประสิทธิภาพการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอยู่ระหว่าง 21.8 dB ถึง 43.8 dB

 

จะเห็นได้ว่าผ้าทอทั้ง3 โครงสร้างที่มีเส้นใยไนลอนเคลือบโลหะเงิน  เส้นใยโลหะสเตนเลสและเส้นใยคาร์บอนเป็นองค์ประกอบ จะมีแนวโน้มประสิทธิภาพในการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความแตกต่างกันเล็กน้อย และอยู่ในระดับทีดีมากถึงดีเยี่ยม (SE ³30 dB – SE > 20 dB)

 

การพัฒนาผ้าป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าควรจะใช้ผ้าที่มีความแตกต่างกันออกไป ซึ่งขึ้นอยู่กับช่วงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและความเข้มของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่มนุษย์เราจะต้องเข้าไปสัมผัสหรือว่าเกี่ยวข้องในบริเวณสิ่งแวดล้อมนั้นๆ การนำเส้นด้ายโลหะมาใช้ในการทอผ้า จะส่งผลให้ผ้านั้นมีคุณสมบัติในการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ดี แต่อาจทำให้ผ้าที่ทอออกมามีความแข็งกระด้างและมีน้ำหนักอยู่บ้าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าใช้เส้นด้ายที่มีขนาดใหญ่ ผ้าที่ทอออกมานี้จะถูกนำไปใช้ในงานที่เกี่ยวข้องกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าโดยตรง นำไปใช้ในการบุผนังห้อง ผ้าม่าน ใช้กับอุปกรณ์ที่ต้องการความแม่นยำและเที่ยงตรง

 

งานวิจัยนี้เป็นความร่วมมือของสถาบันพัฒนาอุตสาหกรรมสิ่งทอร่วมกับคณะวิจัยจากมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ มหาวิทยาลัยราชมงคลพระนคร และ มหาวิทยาลัยราชมงคลธัญบุรี จึงขอขอบคุณนักวิจัยทุกท่านมา ณ ที่นี้

 

**ดร. ชาญชัย สิริเกษมเลิศ ผอ. ฝ่ายส่งเสริมเทคโนโลยี สถาบันพัฒนาอุตสาหกรรมสิ่งทอ