織物介電常數(shù)的影響因素分析

趙曉明，李衛(wèi)斌

(天津工業(yè)大學紡織學部，天津 300387)

?

織物介電常數(shù)的影響因素分析

趙曉明，李衛(wèi)斌

(天津工業(yè)大學紡織學部，天津 300387)

摘要：介紹了影響織物介電常數(shù)的多種因素，為了研究織物組織與測試頻率對織物介電常數(shù)的影響，分別以介電常數(shù)的實部ε′、虛部ε″、損耗角正切Tan(δ)作為定量指標，首先采用二元方差分析的方法進行顯著性檢驗。結(jié)果顯示：織物組織對介電常數(shù)實部有顯著影響，而測試頻率對織物介電常數(shù)損耗角正切有顯著影響。再根據(jù)不同組織的織物介電常數(shù)隨頻率變化的規(guī)律分析得出在低頻段(f<100Hz)，織物組織對介電常數(shù)有顯著影響，在較高頻段(f>100Hz)，織物組織對介電常數(shù)沒有顯著影響。

關(guān)鍵詞：織物介電常數(shù)二元方差分析

隨著電磁技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，電磁波的危害日益嚴重，治理電磁波刻不容緩，實際中通過對電磁波的屏蔽和吸收來達到防護的目的[1-4]。電磁屏蔽材料一般為導(dǎo)電材料，由于滌綸纖維具有導(dǎo)電性，經(jīng)研究滌綸織物具有一定的吸收電磁波的性能，如將其作為涂覆型吸波材料的基布，可提高吸波性能[5,6]。且由于紡織材料的柔軟性，如能將織物作為吸波材料基材是個不錯的選擇。復(fù)介電常數(shù)是研究吸波材料的重要電磁參數(shù)[7，8]，研究表明：吸波材料的復(fù)介電常數(shù)的虛部和損耗角正切與吸波性能成正比。

1織物介電常數(shù)的影響因素

1.1材料

織物的形成材料即纖維種類是影響織物介電常數(shù)的主要因素[8-12]，一般情況下，導(dǎo)電織物的介電常數(shù)大于非導(dǎo)電織物，本文使用的織物組成纖維為滌綸。

1.2織物類型

織物的形成方式是織物介電常數(shù)的影響因素之一[13,14]，如同種材料的機織物，針織物，非織造物的介電常數(shù)不同，本文采用的織物類型為機織物。

1.3上機工藝參數(shù)

2數(shù)據(jù)來源

試樣規(guī)格如下頁表1所示，實驗測試值如下頁表2、表3、表4所示。

表1　不同組織織物試樣規(guī)格

表2　介電常數(shù)實部值

表3　介電常數(shù)虛部值

表4　介電常數(shù)損耗角正切值

3統(tǒng)計方法

二元方差分析(double-way analysis of variance)：在一項試驗中，有兩個因子的水平在改變，這樣的試驗稱為雙因子試驗；相應(yīng)的方差分析稱為雙因子方差分析或二元方差分析。

基本步驟：

a提出原假設(shè)：H0——無差異；H1——有顯著差異。

b選擇檢驗統(tǒng)計量：方差分析采用的檢驗統(tǒng)計量是F統(tǒng)計量，即F值檢驗。

c計算檢驗統(tǒng)計量的觀測值和概率P值：該步驟目的就是計算檢驗統(tǒng)計量的觀測值和相應(yīng)的概率P值。

d給定顯著性水平，并作出決策。

(4)利用教工黨支部帶學生黨支部的形式，更加緊密地將導(dǎo)師與青年學生聯(lián)系起來，使得關(guān)心下一代工作更加有效地開展。

4數(shù)據(jù)計算

本文主要使用MATLAB進行數(shù)值運算，并用其分析函數(shù)anova2進行二元方差分析。方差分析代碼如下：

clc,clear

data=xlsread('E:data織物介電常數(shù)實部值.xlsx'); %讀取數(shù)據(jù)，得到8×3數(shù)據(jù)矩陣

anova2(data’)%調(diào)用命令進行二元方差分析

clc,clear

data=xlsread('E:data織物介電常數(shù)虛部值.xlsx '); %讀取數(shù)據(jù)，得到8×3數(shù)據(jù)矩陣

anova2(data’)%調(diào)用命令進行二元方差分析

clc,clear

data=xlsread('E:data織物介電常數(shù)損耗角正切值.xlsx '); %讀取數(shù)據(jù)，得到8×3數(shù)據(jù)矩陣

anova2(data’)%調(diào)用命令進行二元方差分析

5結(jié)果描述與分析

5.1織物組織對介電常數(shù)實部的影響

此處考慮測試頻率與織物組織兩個因素，前者為8水平，后者為3水平，假設(shè)

H01:α1=α2=α3=0

H02:β1=β2=β3=:β4=β5=β6=:β7=β8=0

表5　方差分析表

因為列因子A的P值P(A)=0.0618>0.05,故第一個原假設(shè)應(yīng)接受，即認為測試頻率對織物的介電常數(shù)實部無顯著影響；行因子B的P值P(B)=0.0294<0.05，故第二個原假設(shè)應(yīng)拒絕，即認為織物組織對介電常數(shù)的實部有顯著影響。圖1顯示了不同織物組織的織物介電常數(shù)實部隨頻率的變化規(guī)律，由圖可知三種試樣中平紋織物的介電常數(shù)實部最大，斜紋織物的最小。

5.2織物組織對介電常數(shù)虛部的影響

此處考慮測試頻率與織物組織兩個因素，前者為8水平，后者為3水平，假設(shè)

H01:α1=α2=α3=0

H02:β1=β2=β3=:β4=β5=β6=:β7=β8=0

表6　方差分析表

因為列因子A的P值P(A)=0.2565>0.05,故第一個原假設(shè)應(yīng)接受，即認為頻率對織物的介電常數(shù)虛部無顯著影響；行因子B的P值P(B)=0.3049>0.05，故第二個原假設(shè)應(yīng)接受，即認為織物組織對介電常數(shù)的虛部無顯著影響。圖2顯示了不同織物組織的織物介電常數(shù)虛部隨頻率的變化規(guī)律，由圖可知在測試頻段內(nèi)頻率大于100Hz時，頻率與織物組織均對織物介電常數(shù)無顯著影響，而在頻率小于100Hz時頻率與織物組織對介電常數(shù)虛部有一定影響。由于原測試數(shù)據(jù)龐大，方差分析時只取了其中的一部分數(shù)據(jù)，其分析結(jié)果與圖中曲線所顯示的規(guī)律有所出入。

5.3織物組織對介電常數(shù)損耗角正切的影響

此處考慮測試頻率與織物組織兩個因素，前者為8水平，后者為3水平，假設(shè)

H01:α1=α2=α3=0

H02:β1=β2=β3=:β4=β5=β6=:β7=β8=0

圖1　織物組織對介電常數(shù)實部的影響

來源Source平方和SS自由度df均方離差MSFProb>F因子AColumns40.069675.72423.71940.01746因子B Rows8.186124.09312.65950.10495誤差 Error21.5462141.539總和 Total69.80223

因為列因子A的P值P(A)=0.0175<0.05,故第一個原假設(shè)應(yīng)拒絕，即認為頻率對織物的介電常數(shù)損耗角正切有顯著影響；行因子B的P值P(B)=0.1050>0.05,故第二個原假設(shè)應(yīng)接受，即認為織物組織對介電常數(shù)虛部無顯著影響。圖3顯示了不同織物組織的織物介電常數(shù)損耗角正切隨頻率的變化規(guī)律，由圖可知在測試頻段內(nèi)頻率大于100Hz時，頻率與織物組織均對織物介電常數(shù)損耗角正切無顯著影響，而在頻率小于100Hz時頻率與織物組織對介電常數(shù)損耗角正切有一定影響。由于原測試數(shù)據(jù)龐大，方差分析時只取了其中的一部分數(shù)據(jù)，其分析結(jié)果與圖中曲線所顯示的規(guī)律有所出入。

圖3　織物組織對損耗角正切的影響

6結(jié)語

織物組織對介電常數(shù)實部有顯著影響，對介電常數(shù)虛部和損耗角正切的影響出現(xiàn)在低頻段(f100Hz)；頻率對織物介電常數(shù)損耗角正切有顯著影響，對織物介電常數(shù)實部和虛部的影響出現(xiàn)在低頻段(f100Hz)；在三種測試試樣中，平紋織物的介電常數(shù)實部最大，在低頻段(f100Hz)平紋織物的介電常數(shù)虛部和損耗角正切均為最大。

參考文獻

[1]楊海燕，趙曉明. 織物介電常數(shù)影響因素的研究[J]. 天津工業(yè)大學學報，2014，33(1)：28-31.

[2]金永安. 金屬纖維織物的結(jié)構(gòu)與電磁屏蔽效能研究[J].黑龍江紡織，2007,4(12):8-12.

[3]魏寧，沈勇，張惠芳，等. 電磁屏蔽織物的發(fā)展現(xiàn)狀及研究方向[J].上海紡織科技，2010,2,38(2)：10-12.

[4]李春，涂紅艷. 電磁屏蔽紡織品的發(fā)展與應(yīng)用[J].現(xiàn)代紡織技術(shù)，2012,(3)：49-51.

[5]張麗娟，李瑞洲，熬利民.鍍銀長絲織物的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)與電磁波屏蔽效能[J].上海紡織科技，2010,38(3):25-27.

[6]司守奎，孫璽菁.數(shù)學建模算法與應(yīng)用[M] 北京：國防工業(yè)出版社，2013.

[7]劉元臣.鐵氧體含量和厚度對涂層織物介電常數(shù)的影響[J].成都紡織高等?？茖W校學報，2016，33(1)：107-110.

[8]劉元軍,趙曉明,李衛(wèi)斌. 吸波材料研究進展[J]. 成都紡織高等?？茖W校學報,2015,32(3): 23-29.

[9]榮幸,劉哲,張永恒. 不銹鋼纖維混紡型雙層電磁屏蔽織物的屏蔽效能研究[J]. 絲綢,2015,52(5): 16-20.

[10]謝勇,杜磊,鄒奉元. 緯向嵌織鍍銀長絲機織物的電磁屏蔽效能分析[J]. 絲綢,2013, 50(1): 37-40+49.

[11]毛鵬麗,金瑩瑩,王利君. 鍍銀紗線排列方式對電磁屏蔽效能的影響[J]. 絲綢,2015,52(6): 1-7.

[12]劉元軍,趙曉明,拓曉，等. 聚吡咯吸波材料性能探討[J]. 成都紡織高等?？茖W校學報,2015,32(4): 60-63.

[13]趙連英,董衛(wèi)東,黃亮,等. 淺述吸波紡織面料開發(fā)的幾種途徑[J]. 現(xiàn)代紡織技術(shù),2011(3): 53-55.

[14]趙連英. 吸波(雷達隱身)紡織品開發(fā)[J]. 現(xiàn)代紡織技術(shù),2009(6): 64.

[15]趙曉明，李衛(wèi)斌，趙家琪，等.滌綸纖維介電性能研究[J]. 成都紡織高等專科學校學報,2016,33(1): 89-93.

[16]劉元軍,趙曉明,拓曉. 石墨/碳化硅/鐵氧體涂層復(fù)合材料性能研究 [J]. 材料科學與工藝,2016,24(1):90-96.

[17]劉元軍,趙曉明,拓曉. 三層涂層柔性復(fù)合材料介電性能和力學性能 [J]. 材料熱處理學報,2016,37(1):12-17.

中圖分類號：TS101

文獻標識碼：A

文章編號：1008-5580(2016)02-0001-05

基金項目：國家自然科學基金項目(51206122)。

收稿日期：2016-02-15

第一作者：趙曉明(1963-)，男，博士，天津市特聘教授，博士生導(dǎo)師，研究方向：吸波材料的制備及其介電性能研究。