织物介电常数的影响因素分析

赵晓明，李卫斌

(天津工业大学纺织学部，天津 300387)



织物介电常数的影响因素分析

赵晓明，李卫斌

(天津工业大学纺织学部，天津 300387)

摘要：介绍了影响织物介电常数的多种因素，为了研究织物组织与测试频率对织物介电常数的影响，分别以介电常数的实部ε′、虚部ε″、损耗角正切Tan(δ)作为定量指标，首先采用二元方差分析的方法进行显著性检验。结果显示：织物组织对介电常数实部有显著影响，而测试频率对织物介电常数损耗角正切有显著影响。再根据不同组织的织物介电常数随频率变化的规律分析得出在低频段(f<100Hz)，织物组织对介电常数有显著影响，在较高频段(f>100Hz)，织物组织对介电常数没有显著影响。

关键词：织物介电常数二元方差分析

随着电磁技术的发展应用，电磁波的危害日益严重，治理电磁波刻不容缓，实际中通过对电磁波的屏蔽和吸收来达到防护的目的[1-4]。电磁屏蔽材料一般为导电材料，由于涤纶纤维具有导电性，经研究涤纶织物具有一定的吸收电磁波的性能，如将其作为涂覆型吸波材料的基布，可提高吸波性能[5,6]。且由于纺织材料的柔软性，如能将织物作为吸波材料基材是个不错的选择。复介电常数是研究吸波材料的重要电磁参数[7，8]，研究表明：吸波材料的复介电常数的虚部和损耗角正切与吸波性能成正比。

1织物介电常数的影响因素

1.1材料

织物的形成材料即纤维种类是影响织物介电常数的主要因素[8-12]，一般情况下，导电织物的介电常数大于非导电织物，本文使用的织物组成纤维为涤纶。

1.2织物类型

织物的形成方式是织物介电常数的影响因素之一[13,14]，如同种材料的机织物，针织物，非织造物的介电常数不同，本文采用的织物类型为机织物。

1.3上机工艺参数

2数据来源

试样规格如下页表1所示，实验测试值如下页表2、表3、表4所示。

表1　不同组织织物试样规格

表2　介电常数实部值

表3　介电常数虚部值

表4　介电常数损耗角正切值

3统计方法

二元方差分析(double-way analysis of variance)：在一项试验中，有两个因子的水平在改变，这样的试验称为双因子试验；相应的方差分析称为双因子方差分析或二元方差分析。

基本步骤：

a提出原假设：H0——无差异；H1——有显著差异。

b选择检验统计量：方差分析采用的检验统计量是F统计量，即F值检验。

c计算检验统计量的观测值和概率P值：该步骤目的就是计算检验统计量的观测值和相应的概率P值。

d给定显著性水平，并作出决策。

(4)利用教工党支部带学生党支部的形式，更加紧密地将导师与青年学生联系起来，使得关心下一代工作更加有效地开展。

4数据计算

本文主要使用MATLAB进行数值运算，并用其分析函数anova2进行二元方差分析。方差分析代码如下：

clc,clear

data=xlsread('E:data织物介电常数实部值.xlsx'); %读取数据，得到8×3数据矩阵

anova2(data’)%调用命令进行二元方差分析

clc,clear

data=xlsread('E:data织物介电常数虚部值.xlsx '); %读取数据，得到8×3数据矩阵

anova2(data’)%调用命令进行二元方差分析

clc,clear

data=xlsread('E:data织物介电常数损耗角正切值.xlsx '); %读取数据，得到8×3数据矩阵

anova2(data’)%调用命令进行二元方差分析

5结果描述与分析

5.1织物组织对介电常数实部的影响

此处考虑测试频率与织物组织两个因素，前者为8水平，后者为3水平，假设

H01:α1=α2=α3=0

H02:β1=β2=β3=:β4=β5=β6=:β7=β8=0

表5　方差分析表

因为列因子A的P值P(A)=0.0618>0.05,故第一个原假设应接受，即认为测试频率对织物的介电常数实部无显著影响；行因子B的P值P(B)=0.0294<0.05，故第二个原假设应拒绝，即认为织物组织对介电常数的实部有显著影响。图1显示了不同织物组织的织物介电常数实部随频率的变化规律，由图可知三种试样中平纹织物的介电常数实部最大，斜纹织物的最小。

5.2织物组织对介电常数虚部的影响

此处考虑测试频率与织物组织两个因素，前者为8水平，后者为3水平，假设

H01:α1=α2=α3=0

H02:β1=β2=β3=:β4=β5=β6=:β7=β8=0

表6　方差分析表

因为列因子A的P值P(A)=0.2565>0.05,故第一个原假设应接受，即认为频率对织物的介电常数虚部无显著影响；行因子B的P值P(B)=0.3049>0.05，故第二个原假设应接受，即认为织物组织对介电常数的虚部无显著影响。图2显示了不同织物组织的织物介电常数虚部随频率的变化规律，由图可知在测试频段内频率大于100Hz时，频率与织物组织均对织物介电常数无显著影响，而在频率小于100Hz时频率与织物组织对介电常数虚部有一定影响。由于原测试数据庞大，方差分析时只取了其中的一部分数据，其分析结果与图中曲线所显示的规律有所出入。

5.3织物组织对介电常数损耗角正切的影响

此处考虑测试频率与织物组织两个因素，前者为8水平，后者为3水平，假设

H01:α1=α2=α3=0

H02:β1=β2=β3=:β4=β5=β6=:β7=β8=0

图1　织物组织对介电常数实部的影响

来源Source平方和SS自由度df均方离差MSFProb>F因子AColumns40.069675.72423.71940.01746因子B Rows8.186124.09312.65950.10495误差 Error21.5462141.539总和 Total69.80223

因为列因子A的P值P(A)=0.0175<0.05,故第一个原假设应拒绝，即认为频率对织物的介电常数损耗角正切有显著影响；行因子B的P值P(B)=0.1050>0.05,故第二个原假设应接受，即认为织物组织对介电常数虚部无显著影响。图3显示了不同织物组织的织物介电常数损耗角正切随频率的变化规律，由图可知在测试频段内频率大于100Hz时，频率与织物组织均对织物介电常数损耗角正切无显著影响，而在频率小于100Hz时频率与织物组织对介电常数损耗角正切有一定影响。由于原测试数据庞大，方差分析时只取了其中的一部分数据，其分析结果与图中曲线所显示的规律有所出入。

图3　织物组织对损耗角正切的影响

6结语

织物组织对介电常数实部有显著影响，对介电常数虚部和损耗角正切的影响出现在低频段(f100Hz)；频率对织物介电常数损耗角正切有显著影响，对织物介电常数实部和虚部的影响出现在低频段(f100Hz)；在三种测试试样中，平纹织物的介电常数实部最大，在低频段(f100Hz)平纹织物的介电常数虚部和损耗角正切均为最大。

参考文献

[1]杨海燕，赵晓明. 织物介电常数影响因素的研究[J]. 天津工业大学学报，2014，33(1)：28-31.

[2]金永安. 金属纤维织物的结构与电磁屏蔽效能研究[J].黑龙江纺织，2007,4(12):8-12.

[3]魏宁，沈勇，张惠芳，等. 电磁屏蔽织物的发展现状及研究方向[J].上海纺织科技，2010,2,38(2)：10-12.

[4]李春，涂红艳. 电磁屏蔽纺织品的发展与应用[J].现代纺织技术，2012,(3)：49-51.

[5]张丽娟，李瑞洲，熬利民.镀银长丝织物的网格结构与电磁波屏蔽效能[J].上海纺织科技，2010,38(3):25-27.

[6]司守奎，孙玺菁.数学建模算法与应用[M] 北京：国防工业出版社，2013.

[7]刘元臣.铁氧体含量和厚度对涂层织物介电常数的影响[J].成都纺织高等专科学校学报，2016，33(1)：107-110.

[8]刘元军,赵晓明,李卫斌. 吸波材料研究进展[J]. 成都纺织高等专科学校学报,2015,32(3): 23-29.

[9]荣幸,刘哲,张永恒. 不锈钢纤维混纺型双层电磁屏蔽织物的屏蔽效能研究[J]. 丝绸,2015,52(5): 16-20.

[10]谢勇,杜磊,邹奉元. 纬向嵌织镀银长丝机织物的电磁屏蔽效能分析[J]. 丝绸,2013, 50(1): 37-40+49.

[11]毛鹏丽,金莹莹,王利君. 镀银纱线排列方式对电磁屏蔽效能的影响[J]. 丝绸,2015,52(6): 1-7.

[12]刘元军,赵晓明,拓晓，等. 聚吡咯吸波材料性能探讨[J]. 成都纺织高等专科学校学报,2015,32(4): 60-63.

[13]赵连英,董卫东,黄亮,等. 浅述吸波纺织面料开发的几种途径[J]. 现代纺织技术,2011(3): 53-55.

[14]赵连英. 吸波(雷达隐身)纺织品开发[J]. 现代纺织技术,2009(6): 64.

[15]赵晓明，李卫斌，赵家琪，等.涤纶纤维介电性能研究[J]. 成都纺织高等专科学校学报,2016,33(1): 89-93.

[16]刘元军,赵晓明,拓晓. 石墨/碳化硅/铁氧体涂层复合材料性能研究 [J]. 材料科学与工艺,2016,24(1):90-96.

[17]刘元军,赵晓明,拓晓. 三层涂层柔性复合材料介电性能和力学性能 [J]. 材料热处理学报,2016,37(1):12-17.

中图分类号：TS101

文献标识码：A

文章编号：1008-5580(2016)02-0001-05

基金项目：国家自然科学基金项目(51206122)。

收稿日期：2016-02-15

第一作者：赵晓明(1963-)，男，博士，天津市特聘教授，博士生导师，研究方向：吸波材料的制备及其介电性能研究。