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(xué)紡織學(xué)部，天津 300387)

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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(xué)紡織學(xué)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(cè)試頻率對(duì)織物介電常數(shù)的影響，分別以介電常數(shù)的實(shí)部ε′、虛部ε″、損耗角正切Tan(δ)作為定量指標(biāo)，首先采用二元方差分析的方法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。結(jié)果顯示：織物組織對(duì)介電常數(shù)實(shí)部有顯著影響，而測(cè)試頻率對(duì)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(duì)介電常數(shù)有顯著影響，在較高頻段(f>100Hz)，織物組織對(duì)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(yán)重，治理電磁波刻不容緩，實(shí)際中通過對(duì)電磁波的屏蔽和吸收來達(dá)到防護(hù)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(gè)不錯(cuò)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(jī)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(jī)織物。

1.3上機(jī)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(shí)驗(yàn)測(cè)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(shí)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(jì)方法

二元方差分析(double-way analysis of variance)：在一項(xiàng)試驗(yàn)中，有兩個(gè)因子的水平在改變，這樣的試驗(yàn)稱為雙因子試驗(yàn)；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(yàn)統(tǒng)計(jì)量：方差分析采用的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量是F統(tǒng)計(jì)量，即F值檢驗(yàn)。

c計(jì)算檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量的觀測(cè)值和概率P值：該步驟目的就是計(jì)算檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量的觀測(cè)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(xué)生黨支部的形式，更加緊密地將導(dǎo)師與青年學(xué)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(jì)算

本文主要使用MATLAB進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算，并用其分析函數(shù)anova2進(jìn)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(shí)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行二元方差分析

5結(jié)果描述與分析

5.1織物組織對(duì)介電常數(shù)實(shí)部的影響

此處考慮測(cè)試頻率與織物組織兩個(gè)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?yàn)榱幸蜃覣的P值P(A)=0.0618>0.05,故第一個(gè)原假設(shè)應(yīng)接受，即認(rèn)為測(cè)試頻率對(duì)織物的介電常數(shù)實(shí)部無顯著影響；行因子B的P值P(B)=0.0294<0.05，故第二個(gè)原假設(shè)應(yīng)拒絕，即認(rèn)為織物組織對(duì)介電常數(shù)的實(shí)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(shí)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(shí)部最大，斜紋織物的最小。

5.2織物組織對(duì)介電常數(shù)虛部的影響

此處考慮測(cè)試頻率與織物組織兩個(gè)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?yàn)榱幸蜃覣的P值P(A)=0.2565>0.05,故第一個(gè)原假設(shè)應(yīng)接受，即認(rèn)為頻率對(duì)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(gè)原假設(shè)應(yīng)接受，即認(rèn)為織物組織對(duì)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(cè)試頻段內(nèi)頻率大于100Hz時(shí)，頻率與織物組織均對(duì)織物介電常數(shù)無顯著影響，而在頻率小于100Hz時(shí)頻率與織物組織對(duì)介電常數(shù)虛部有一定影響。由于原測(cè)試數(shù)據(jù)龐大，方差分析時(shí)只取了其中的一部分?jǐn)?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(duì)介電常數(shù)損耗角正切的影響

此處考慮測(cè)試頻率與織物組織兩個(gè)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(duì)介電常數(shù)實(shí)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?yàn)榱幸蜃覣的P值P(A)=0.0175<0.05,故第一個(gè)原假設(shè)應(yīng)拒絕，即認(rèn)為頻率對(duì)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(gè)原假設(shè)應(yīng)接受，即認(rèn)為織物組織對(duì)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(cè)試頻段內(nèi)頻率大于100Hz時(shí)，頻率與織物組織均對(duì)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(shí)頻率與織物組織對(duì)介電常數(shù)損耗角正切有一定影響。由于原測(cè)試數(shù)據(jù)龐大，方差分析時(shí)只取了其中的一部分?jǐn)?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(duì)損耗角正切的影響

6結(jié)語

織物組織對(duì)介電常數(shù)實(shí)部有顯著影響，對(duì)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(duì)織物介電常數(shù)損耗角正切有顯著影響，對(duì)織物介電常數(shù)實(shí)部和虛部的影響出現(xiàn)在低頻段(f100Hz)；在三種測(cè)試試樣中，平紋織物的介電常數(shù)實(shí)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。

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中圖分類號(hào)：TS101

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-5580(2016)02-0001-05

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)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。