張 毅 ，黃 帥 ，周志華

（1.天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)部，天津 300387；2.天津市紡織纖維檢驗(yàn)所，天津 300192）

隨著通信技術(shù)的普及，電磁污染已成為繼噪聲污染、大氣污染、水污染、固體廢物污染后的又一大公害[1]，日常生活中人們對(duì)電磁防護(hù)的需求日益加大.電磁屏蔽織物作為一種新型的電磁屏蔽材料，本身具有輕薄、成本低廉等特點(diǎn)[2]，可分為導(dǎo)電纖維混入型和鍍導(dǎo)電膜型兩大類[3]，主要以電磁防護(hù)服[4]的形式應(yīng)用于民用領(lǐng)域.電磁屏蔽織物不僅應(yīng)具備有效的電磁防護(hù)性能，還需具備優(yōu)良的服用性能[5].作為功能載體，織物的基本參數(shù)也影響著電磁屏蔽織物的屏蔽性能和服用性能.因此，研究服用織物的電磁防護(hù)性能對(duì)于電磁屏蔽織物的載體織物選取具有指導(dǎo)意義.本文以未經(jīng)電磁屏蔽功能處理的服用織物作為研究對(duì)象，分析厚度、緊度、面密度、經(jīng)密、緯密、紗線直徑、紗線密度和孔隙率等織物基本參數(shù)對(duì)屏蔽性能造成的影響，采用因子分析法對(duì)包含重復(fù)信息的因子進(jìn)行綜合，提取主因子[6]，并分析各主因子代表的參數(shù)對(duì)織物電磁屏蔽性能的影響規(guī)律.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

DWL5016型半自動(dòng)織機(jī)，天津嘉誠(chéng)機(jī)電設(shè)備有限公司產(chǎn)品；modelY141l數(shù)字式織物厚度儀，萊州市電子儀器有限公司產(chǎn)品；Y511型織物密度鏡，常州紡織儀器廠產(chǎn)品；羅德與施瓦茨ZNB40矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀及法蘭同軸夾具，南京普納有限公司產(chǎn)品.

1.2 樣品設(shè)計(jì)及樣品參數(shù)

織物基本參數(shù)影響織物結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其對(duì)電磁波的反射和吸收作用不同[7]，從而影響織物的屏蔽性能.紡織纖維近似為絕緣材料[8]，本身對(duì)電磁波幾乎沒(méi)有反射和吸收作用.相對(duì)于織物基本參數(shù)對(duì)屏蔽性能造成的影響，紡織纖維種類造成的性能差異可忽略不計(jì).織物組織主要通過(guò)影響織物的覆蓋系數(shù)、孔隙大小[9]等因素對(duì)電磁屏蔽性能造成影響，這些因素的信息均可包含在織物基本參數(shù)之中.為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)論具有代表性，根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研，樣品組織選用服用織物中常見(jiàn)的平紋和2/2斜紋，采用不同細(xì)度的棉紗、滌綸紗、錦綸紗織造，經(jīng)緯紗選用同種紗線，樣品參數(shù)如表1所示.

表1 樣品參數(shù)Tab.1 Parameters of samples

1.3 屏蔽性能指標(biāo)及測(cè)試方法選擇

材料的屏蔽性能常用屏蔽效能SE[10]（單位dB）來(lái)表示.本實(shí)驗(yàn)采用目前國(guó)內(nèi)測(cè)試主要參考[11]的GJB 6190—2008《電磁屏蔽材料屏蔽效能測(cè)量方法》作為測(cè)試標(biāo)準(zhǔn).由于服用織物的屏蔽性能較為微弱，為了準(zhǔn)確客觀地測(cè)出其屏蔽效能，測(cè)試選用標(biāo)準(zhǔn)中精度較高的法蘭同軸法[12]，測(cè)試頻段為0.5～3 GHz.

1.4 因子分析法

織物織造過(guò)程中受紗線力學(xué)性能和設(shè)備影響，會(huì)產(chǎn)生很多不可控因素[13]，嚴(yán)格控制單因素的織物在實(shí)際生產(chǎn)中很難實(shí)現(xiàn).織物基本參數(shù)之間存在相互影響，部分參數(shù)之間反映的信息存在重復(fù)[14].因此，需要借助因子分析法對(duì)眾多參數(shù)進(jìn)行降維，提取主因子，在此基礎(chǔ)上綜合分析各參數(shù)對(duì)服用織物電磁屏蔽性能造成的影響.通過(guò)研究多個(gè)變量間相關(guān)系數(shù)矩陣的信息重疊度，在保留大部分原始變量包含信息的前提下找出少數(shù)幾個(gè)綜合所有變量信息且互不相關(guān)的隨機(jī)變量作為主因子，利用主因子代替原始變量對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析[15].步驟如下:①變量間相關(guān)關(guān)系檢驗(yàn)，確定待分析的若干變量是否適合因子分析；②采用主成分分析法提取因子；③對(duì)因子變量命名，解釋提取因子的實(shí)際意義，可利用因子旋轉(zhuǎn)法使得因子變量更具有可解釋性；④計(jì)算因子變量得分.本文利用SPSS軟件進(jìn)行因子分析法的計(jì)算過(guò)程.

2 結(jié)果與討論

2.1 分析頻率點(diǎn)的選擇

各樣品的屏蔽效能隨頻率的變化關(guān)系如圖1所示.

圖1 各樣品的屏蔽效能Fig.1 Shielding effectiveness of each sample

由圖1可知，隨著輻射源頻率的增加，服用織物屏蔽效能逐漸下降.服用織物對(duì)于0.5～1 GHz頻段的電磁波有一定的屏蔽效果，峰值出現(xiàn)在0.5 GHz頻點(diǎn).在1～3GHz頻段內(nèi)，服用織物的屏蔽效能總體接近0dB.為了便于實(shí)驗(yàn)分析，選擇0.5 GHz作為分析頻點(diǎn).

2.2 因子分析法結(jié)果

在進(jìn)行因子分析之前對(duì)織物基本參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，消除因量綱不同產(chǎn)生的影響之后用于因子分析.因子分析法的結(jié)果如表2—表5所示.

表2 KMO檢驗(yàn)和Barlett球形檢驗(yàn)Tab.2 KOM test and barlett test of sphericity

由表2可以看出，KOM統(tǒng)計(jì)量檢驗(yàn)值為0.574，小于0.7，說(shuō)明各參數(shù)間信息重疊度不高，但Barlett球形檢驗(yàn)的顯著性水平小于0.05，拒絕各變量獨(dú)立假設(shè)，認(rèn)為變量間具有較高的相關(guān)性，因此適用于因子分析法.

由表3可知，基于主成分分析法提取的2個(gè)主因子累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)89.798%，包含了大部分原始變量信息.因此提取的公因子對(duì)各變量的解釋能力較強(qiáng).

由表4可知，未經(jīng)旋轉(zhuǎn)的因子載荷對(duì)主因子的解釋性較差，運(yùn)用正交旋轉(zhuǎn)法對(duì)因子載荷矩陣旋轉(zhuǎn)所得的主因子與原始變量包含的意義相近，可根據(jù)原始變量意義對(duì)主因子進(jìn)行命名解釋.其中，因子1與厚度、經(jīng)緯密、紗線直徑關(guān)聯(lián)度大，反映織物的厚度信息，可命名為厚度因子.因子2與緊度、孔隙率關(guān)聯(lián)度大，反映織物的緊度信息，可命名為緊度因子.

結(jié)合表5，各主因子的因子得分函數(shù)如下:

表3 方差累計(jì)貢獻(xiàn)率Tab.3 Accumulated variance contribution rate

表4 主因子因子載荷Tab.4 Factor loading of principle factors

表5 旋轉(zhuǎn)后因子得分系數(shù)Tab.5 Component score coefficient after rotated

通過(guò)主因子得分函數(shù)計(jì)算各參數(shù)在主因子上對(duì)應(yīng)的具體數(shù)值，形成因子變量.在之后的分析過(guò)程中可以運(yùn)用因子變量代替原始變量進(jìn)行研究，即達(dá)到簡(jiǎn)化和降維的目的.

2.3 主因子與電磁屏蔽性能的關(guān)系

2個(gè)主因子與屏蔽效能的散點(diǎn)圖如圖2和圖3所示.

圖2 厚度因子與屏蔽效能的關(guān)系Fig.2 Relationship between thickness factor and shielding effectiveness

由圖2可以看出，服用織物的電磁屏蔽性能隨著厚度因子的增大整體呈現(xiàn)增強(qiáng)趨勢(shì).這是由于隨著織物厚度增加，電磁波在織物內(nèi)部多次反射衰減量增多、織物對(duì)電磁波的吸收量增加引起的.

圖3 緊度因子與屏蔽效能的關(guān)系Fig.3 Relationship between tightness factor and shielding effectiveness

結(jié)合圖3，服用織物的電磁屏蔽性能隨著緊度因子的增加整體呈先增大后減小趨勢(shì).這是由于緊度在一定范圍內(nèi)，隨著緊度的增加，織物的紗線填充系數(shù)增加，孔隙減小，對(duì)電磁波的反射和吸收能力增強(qiáng)；超出這個(gè)范圍后，緊度的增加引起了紗線之間的相互擠壓，導(dǎo)致織物結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化，從而引起了屏蔽性能的下降.

2.4 綜合得分與屏蔽性能的關(guān)系

為了綜合分析服用織物各主因子代表的參數(shù)與對(duì)電磁屏蔽性能的影響規(guī)律，需通過(guò)主因子的綜合得分函數(shù)計(jì)算綜合統(tǒng)計(jì)量，分析綜合統(tǒng)計(jì)量與屏蔽性能的關(guān)系.服用織物主因子的綜合得分函數(shù)為:

式中:姿1、姿2分別為主因子1和主因子2旋轉(zhuǎn)后的方差貢獻(xiàn)率.圖4示出綜合統(tǒng)計(jì)量與屏蔽效能的線性擬合直線.對(duì)應(yīng)的擬合方程為:SE=0.2399F+0.5495.可以看出，服用織物的屏蔽性能隨著綜合統(tǒng)計(jì)量的增加而增強(qiáng).擬合方程R2值為0.97232，說(shuō)明服用織物的屏蔽性能與綜合統(tǒng)計(jì)量接近線性關(guān)系.

圖4 綜合統(tǒng)計(jì)量的擬合直線Fig.4 Fitting straight-line of comprehensive statistics

3 結(jié)語(yǔ)

本文運(yùn)用因子分析法較為系統(tǒng)地分析了8種服用織物基本參數(shù)對(duì)其電磁屏蔽性能的影響.通過(guò)因子分析法提取出了厚度與緊度2個(gè)主因子.服用織物的屏蔽性能隨厚度因子的增加而增加，隨緊度因子的增加先增大后減小.分析主因子的綜合統(tǒng)計(jì)量與屏蔽效能的關(guān)系可知:織物的屏蔽性能隨綜合統(tǒng)計(jì)量增大而增大，二者接近線性關(guān)系.本文研究結(jié)論對(duì)于電磁屏蔽織物的載體織物選擇具有指導(dǎo)意義.

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