織物介電常數的影響因素分析

趙曉明，李衛斌

(天津工業大學紡織學部，天津 300387)

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織物介電常數的影響因素分析

趙曉明，李衛斌

(天津工業大學紡織學部，天津 300387)

摘要：介紹了影響織物介電常數的多種因素，為了研究織物組織與測試頻率對織物介電常數的影響，分別以介電常數的實部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。結果顯示：織物組織對介電常數實部有顯著影響，而測試頻率對織物介電常數損耗角正切有顯著影響。再根據不同組織的織物介電常數隨頻率變化的規律分析得出在低頻段(f<100Hz)，織物組織對介電常數有顯著影響，在較高頻段(f>100Hz)，織物組織對介電常數沒有顯著影響。

關鍵詞：織物介電常數二元方差分析

隨著電磁技術的發展應用，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電材料，由于滌綸纖維具有導電性，經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。復介電常數是研究吸波材料的重要電磁參數[7，8]，研究表明：吸波材料的復介電常數的虛部和損耗角正切與吸波性能成正比。

1織物介電常數的影響因素

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的主要因素[8-12]，一般情況下，導電織物的介電常數大于非導電織物，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不同，本文采用的織物類型為機織物。

1.3上機工藝參數

2數據來源

試樣規格如下頁表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格

表2　介電常數實部值

表3　介電常數虛部值

表4　介電常數損耗角正切值

3統計方法

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：H0——無差異；H1——有顯著差異。

b選擇檢驗統計量：方差分析采用的檢驗統計量是F統計量，即F值檢驗。

c計算檢驗統計量的觀測值和概率P值：該步驟目的就是計算檢驗統計量的觀測值和相應的概率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，更加緊密地將導師與青年學生聯系起來，使得關心下一代工作更加有效地開展。

4數據計算

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

clc,clear

data=xlsread('E:data織物介電常數實部值.xlsx'); %讀取數據，得到8×3數據矩陣

anova2(data’)%調用命令進行二元方差分析

clc,clear

data=xlsread('E:data織物介電常數虛部值.xlsx '); %讀取數據，得到8×3數據矩陣

anova2(data’)%調用命令進行二元方差分析

clc,clear

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

anova2(data’)%調用命令進行二元方差分析

5結果描述與分析

5.1織物組織對介電常數實部的影響

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

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

5.2織物組織對介電常數虛部的影響

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

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

5.3織物組織對介電常數損耗角正切的影響

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

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,故第一個原假設應拒絕，即認為頻率對織物的介電常數損耗角正切有顯著影響；行因子B的P值P(B)=0.1050>0.05,故第二個原假設應接受，即認為織物組織對介電常數虛部無顯著影響。圖3顯示了不同織物組織的織物介電常數損耗角正切隨頻率的變化規律，由圖可知在測試頻段內頻率大于100Hz時，頻率與織物組織均對織物介電常數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損耗角正切有一定影響。由于原測試數據龐大，方差分析時只取了其中的一部分數據，其分析結果與圖中曲線所顯示的規律有所出入。

圖3　織物組織對損耗角正切的影響

6結語

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

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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，博士生導師，研究方向：吸波材料的制備及其介電性能研究。