“Nontessuti per la schermatura dei campi elettromagnetici” SOLTEK S.p.A. Cerrione (Biella) “Nontessuti per la schermatura dei campi elettromagnetici” In collaborazione con il POLITECNICO DI TORINO RELATORE: Ing. Davide Neiretti

INTRODUZIONE L’onda elettromagnetica è un fenomeno di propagazione di campi elettrici e magnetici concatenati gli uni agli altri ed in grado di propagarsi attraverso l’aria, il vuoto o qualsiasi altro mezzo. I parametri fondamentali che permettono di caratterizzare le emissioni EM sono essenzialmente: ·La frequenza f ·La lunghezza d’onda  ·La potenza di emissione S Bisogna precisare che l’effetto di queste onde è strettamente legato alla zona di campo a cui si fa riferimento. Esistono tre zone caratteristiche che si possono identificare ogni qual volta si studiano emissioni di campi EM, ed esse sono: ·Zona di campo vicino radiativo ·Zona di campo vicino reattivo ·Zona di campo lontano ONDA ELETTROMAGNETICA Campo ELETTRICO Campo MAGNETICO

ONDA ELETTROMAGNETICA PIANA In condizione di campo lontano (alla frequenza in cui operano le telecomunicazioni si tratta di poco più di un metro) un’onda elettromagnetica può essere trattata come un’onda piana e cioè: I campi elettrico E e magnetico B sono perpendicolari tra loro e alla direzione di propagazione dell’onda I vettori di campo elettrico e magnetico sono in fase ed il loro rapporto è una costante: E/H = 377 ohm La densità di potenza S (potenza per unità di area nella direzione di propagazione): S = E x H Detto questo bisogna dire che nella maggioranza dei casi di vita quotidiana ognuno di noi viene colpito da onde elettromagnetiche che si propagano a considerevoli distanze dalle sorgenti che le hanno generate e che quindi sono classificabili come onde elettromagnetiche piane. E’ per questo motivo che il presente intervento farà riferimento, in ogni suo punto, ad onde di questo tipo che per di più semplificano la trattazione matematica dell’argomento stesso (anche se in questa sede non verrà affrontato l’aspetto strettamente matematico).

INTERAZIONE TRA ONDE ELETTROMAGNETICHE E SCHERMI y x t z z=t z=0 ,, Ei Hi Et Ht E1 H1 E2 H2 ER HR 0, 0 Un’onda elettromagnetica interagisce con uno schermo se e solo se esso è in grado di condurre l’elettricità (un materiale conduttivo) e in tal caso si verificano tre differenti fenomeni : Riflessione dell’onda incidente Assorbimento dell’onda incidente Trasmissione dell’onda EM oltre lo schermo Questi tre fenomeni (illustrati in figura), combinandosi tra loro determinano l’Efficienza di Schermatura dello schermo.

RICERCA E SPERIMENTAZIONE Per realizzare i campioni di nontessuto si sono utilizzate fibre altamente conduttive di nuova generazione. Due sono le tipologie di fibre adottate: Fibre sintetiche ricoperte da solfuro di rame Fibre di acciaio inossidabile Fibre sintetiche ricoperte da solfuro di rame 1014 1012 1010 108 1016 106 10-4 10-2 1 104 10-6 102 Fibre di carbonio Fibre di acciaio inossidabile RESISTENZA ELETTRICA LINEARE. ESPRESSA IN Ohm/cm

NONTESSUTI PRODOTTI Sfruttando le proprietà elettriche delle fibre conduttive, sono stati prodotti dei campioni di nontessuto. In totale sono stati realizzati 11 diversi nontessuti, ognuno contenente differenti percentuali delle fibre conduttive. Ognuno di essi è stato prodotto su linea pilota di laboratorio lavorando la fibra su carda e coesionando il materiale fibroso mediante agugliatura tradizionale (meccanica) e ad acqua (JetUp).

TEST DI RESISTIVITA’ SUPERFICIALE I campioni prodotti (coesionati mediante agugliatura tradizionale e ad acqua), sono stati sottoposti a misure di resistività superficiale, secondo la normativa DIN 54345. Tanto più un materiale conduce bene l’elettricità, tanto meglio dovrebbe comportarsi come schermo da campi elettromagnetici anche se questa non è l’unica qualità necessaria per ottenere validi schermi da onde elettromagnetiche.Qui a fianco sono riassunti i risultati del test di resistività elettrica

TEST DI ATTENUAZIONE ELETTROMAGNETICA Il test è effettuato mediante una doppia cella TEM (vedi fig.) al cui interno è posto il campione; esso è investito da un’onda EM ed in base al valore di potenza d’onda rilevato a valle del campione viene calcolato un valore di S.E. secondo la seguente formula: Shielding effectiveness = 10 * log (A/B) dove A e B sono rispettivamente i valori della potenza di campo elettromagnetico misurati senza e con il campione. EM source field 50 ohm Sample under test EM coupled field R.F. SIGNAL GENERATOR SPECTRUM ANALYZER 1 2 3 4

RISULTATI DEI TEST DI ATTENUAZIONE ELETTROMAGNETICA Tra gli 11 campioni di nontessuto sottoposti al test di attenuazione elettromagnetica solo alcuni hanno restituito dei risultati interessanti . Il campione che ha dimostrato migliori doti in termini di schermatura elettromagnetica conteneva la maggiore percentuale di fibra conduttiva e ha restituito un valore di attenuazione elettromagnetica di circa 30 dB a 1GHz (banda di frequenze relative alla telefonia mobile). Ciò significa che il materiale testato è in grado di attenuare di circa 1000 volte il valore di potenza dell’onda EM incidente. In particolare il test restituisce un grafico che descrive l’efficacia schermante del nontessuto in funzione della frequenza.

CONCLUSONI I nontessuti per applicazioni nella schermatura dei campi EM messi a punto attraverso il progetto descritto, sono stati ottenuti utilizzando materiali innovativi. Gli ottimi risultati raggiunti in questa prima fase di sperimentazione saranno la base per il futuro sviluppo. Per l’utilizzo nell’abbigliamento civile si dovranno valutare gli eventuali effetti benefici sulla salute dell’uomo. Nell’immediato futuro, oltre che per applicazioni nell’abbigliamento protettivo, questi materiali hanno buone potenzialità per essere utilizzati in diversi campi: Elettronica Edilizia Industria Militare Nella schermatura dei campi elettromagnetici i tessili tecnici potranno ricoprire un ruolo di primo piano