金属纤维织物防电磁辐射性能影响因素探析_王瑄

为了确保相关行业工作人员的人身安全和防止电 磁辐射对仪器设备的干扰破坏, 本课题通过正交试验 法, 采用不锈钢软化纤维较系统地设计了系列织物, 对 其防辐射性能进行了检测, 对试验结果进行了方差分 析, 求得各因素之间的最佳设计水平组合, 并且探析了 影响织物防电磁辐射性能的显著影响因素, 以期为金 属纤维织物的产业化生产提供优化设计的理论依据。
摘 要: 运用方差分析方法对系列织物的防辐射性能作 检测分 析, 探 讨了防 辐射性 能与其 影响因 素的相 关关系, 通过 研究选
取最佳织物设计水平组合, 为金属纤维防辐射织物 的开发提 供优化 设计的 理论依 据, 以期推动 防电磁 辐射技 术的发
展。
关键词: 金属纤维; 功能 织物; 防电磁辐射性能; 影响因素; 正交试验; 方差分析
3 试验结果与讨论分析
3. 1 试验结果 按照测试步骤和方法, 分别对 9 种试验条件下的
样品进行防电磁辐射性能测试, 结果见表 4。 3. 2 直观分析 3. 2. 1 影响因素的主次顺序判断
由数理统计学知道, 极差 R 愈大, 表示该因素的 影响愈显著; 某一因素所在列的 R 不超过空列 (空行 数据为随机波动 )的 R 值或与其接近, 则说明该因素
水平 2
15% 18. 3 @ 2
3 20% 18. 3 @ 3
织物密度 C /根# cm- 1
226 @ 226
258 @ 258
327 @ 327
2. 1. 2 确定正交试验条件 根据已选择的因 素及水平, 设计 L9 ( 34 ) 正 交试
验, 确定试验条件, 见表 3。
表 3 试验条件
列号
实验号
专题论坛
15
图 4 织物经纱密度与屏蔽效能的直观分析
由这 3个直观分析图可以得出, A 因素金属纤维 含量应取 20% , B 因素纱线线密 度取 18. 3 tex @ 3, C 因素织物经纱密度取 327根 /10 cm, 得最佳的水平组 合为 A 3B 3C3。因为 C 因素的影响最小, B 因素的影响 程度与 C 因素相当, 都不是显著的影响因素, 结合经 济效益与织物服用性能考虑, 也可取 B2 和 C 2 水平, 因 而可得到最优的水平组合为 A 3B 2C2。 3. 3 方差分析
WANG Xuan
( The K ey L aboratory o fN ingbo A dvanced T extile T echno logy & Fash ion CAD, Zhejiang T ex tile & Fash ion Co llege, N ingbo 315211, China)
K ey words: m eta llic fibre; functiona l fabr ics; anti- e lectrom agnetic rad iation properties; influenc ing facto rs; orthogonal tes;t var iance ana lysis;
在确定防电磁辐射织物屏蔽性能的优化方案时, 把织物屏蔽衰减值增大的趋势作为选择各因素水平的 主导思想。
实验结果的直观分析如图 2、3、4所示。
图 2 金属纤维含量与屏蔽效能的直观分析
图 3 纱线线密 度与屏蔽效能的直观分析
SHANG HA I TEXT ILE S C IENC E & TEC HN OLOGY 上海纺织科技
27. 4 31. 8 29. 0 31. 6 32. 7 34. 6 ) ) ) )
依据上述原理, 观察表 4 计算数据, 由极差的大 小, 可得 A、B、C 因素影响的主次顺序为 A > B > C。因 素 A 最显著, 说明防辐射织物中金属纤维的含量 ( 绝 对含量 ) 是最关键的影响因素, 含量越高, 织物的防电 磁辐射性能越好。 3. 2. 2 最优水平组合的确定
8
41 ~ 42
3. 5
0. 6 ~ 0. 8
不锈钢软化纤维具有如下特点: ( 1) 纯金属 纤维, 体积质 量大, 约 7. 9 g / cm3, 为 涤、棉纤维的 5~ 6倍。
收稿日期: 2009- 10- 11 基金项目: 宁波市纺织服装应用型专业人才培养基地项目 ( jd080308 ); 宁波市科技局工业攻关项目 ( 2007B10049) 作者简介: 王瑄 ( 1969- ) , 女, 工学 硕士, 副教授, 主要从 事纺织 新材料 与新产品的研究与教学。
测试方法如下: ( 1) 根据发射、接收天线的频率范 围选择仪器测 量范围 ( 0. 7975 GH z~ 9. 0000 GH z) , 使输入波功率为 1 mW, 并在此范围任选 6个 M arker频 率点以得到相 应的准确值。 ( 2) 打开电源, 用校准软件进行校准, 调节频率和 输入功率至规定的数值, 使电磁波辐射源具有恒定的 辐射功率, 并调节好接收器的状态。 ( 3) 测试未放置屏蔽试样的功率密度变化 曲线, 并记录变化曲线上的 M arker 1、2、3、4、5、6共 6个频率 点的初始数值。分别将 9种试样放入并固定好, 保持 试样平整, 测试放入试样的功率密度变化曲线, 并记录 相应的 M arker 1c、2c、3c、4c、5c、6c点, 计算出该织物在 某一频率条件下的平均屏蔽衰减值, 也可用积分方法 计算该织物在某一频率范围内的平均屏蔽衰减值。为 计算准确与方便, 通常将未放置试样时得到的功率密 度调节设置为 0, 放置试样后得到的数值是一个相对 值, 即为所测得的屏蔽衰减值。 ( 4) 待显示屏上的曲线稳定后, 开启打印机打印, 并加以分析计算。
14
专题论坛
带宽、透气性好、质地柔软、强度好、耐洗涤、耐腐蚀、安 全可靠、穿着舒适、加工方便, 有普通织物的外观, 且防 辐射效果长久。在 10 MH z~ 10 GH z频率范围内, 屏 蔽效能能够达到 15~ 40 dB。
2 试验部分
2. 1 试验方案
采用正交试验设计方法确定实验内容。
2. 1. 1 选择因素与水平
金属纤维织物防电磁辐射性能受纱线线密度、金
属纤维含量、织物经纬密度、紧度、织物组织等多种因
素的影响。在影响因素中, 依据防电磁辐射织物性能
机理分析, 综合考虑各因素的相关关系确定因素水平,
见表 2。
表 2 因素水平表
因素
金属纤维含量 A /% 纱线线密度 B / tex
1 10% 18. 3 @ 1
( 5) 外观特点。颜色 呈银 灰色; 手 感滑 腻, 不 蓬 松, 无卷曲; 易折断, 粗硬; 横截面为不规则的多边形, 近似椭圆形, 纤维外表极不平整, 呈干裂树皮状, 纵向 呈沟槽状条纹结构。 1. 1. 2 纤维可纺性
纺织生产中一般选用直径为 4、6、8 Lm 的不锈钢 软化纤维, 其细度约是棉纤维直径的一半, 并且具有一 定的强度 (与棉纤维相近 ) , 长度可通过加工达到纺纱 工艺的要求, 还可以通过机械加工 予以一定卷曲, 所 以, 不锈钢软化纤维具有一定的可纺性。但是需要注 意的是纤维摩擦因数大, 脆性强, 牵伸困难, 在实际生 产中要充分解决好纤维均匀混和的问题, 使金属纤维 在防辐射织物中有较好的分布状态。 1. 2 金属纤维织物的特性
试织了 9种组合条件下的金属纤维防辐射织物, 测试其防电磁辐射性能, 表征指标为屏蔽衰减测试值 ( dB )。测试仪器选用组装设备, 测试原理见图 1。
2010年 2月 # 第 38卷 # 第 2期 Vo .l 38 No. 2, 2010
图 1 金属纤维织物 防电磁辐射性能测试原理示意
发射源发射一定波长、一定功率的电磁波, 在规定 的距离内有一个接收器, 接收电磁波并经过网络矢量 分析仪, 采用扫描法对接受到的电磁波进行逐频扫描 分析, 并显示其功率密度随频率的变化曲线, 用点频的 方法点示该频率范围内的 6个频率值所对应的精确结 果, 计算屏蔽衰减值。
在各种不同方法制备的防电磁辐射织物中, 以不 锈钢软化金属纤维混纺织物在市场中的份额最大, 约 70% 。不锈钢软化金属纤维织物因织物内部含有较高 密度的不锈钢纤维网, 故具有如下优点: 屏蔽电磁波频
上海纺织科技 S HANG HA ITEXT ILE SC IEN CE &T ECHNO LOG Y
2010年 2月 # 第 38卷 # 第 2期 Vo .l 38 No. 2, 2010
对实验结果无显著影响; 大于空 列的 R 值, 说明该因 素对结果有影响, 且其值越大影响越显著。
表 4 金属纤维织物防电 磁辐射性能测试结果与数据处理表
试验号 A
1
1
1
2
1
3
1
列号
B
C
2
3
1
1
2
2
3
3
空 屏蔽衰减测试数据 /dB
4
1
22. 3
2
25. 4
3
29. 8
4
2
1
2
3
5
2
2
1
1
6
2
3
3
2
7
3
1
3
2
8
3
2
1
3
9
3
3
2
1
K1
77. 5 81. 3 84. 0 86. 8
K2
88. 2 89. 9 87. 4 86. 0
K3
98. 9 93. 4 93. 2 89. 9
极差 R 21. 4 12. 1 9. 2 3. 9
中图分类号: T S101. 923. 9
文献标识码: A
文章编号: 1001-2044( 2010) 02- 0013- 04
Influence factors ana lysis of an ti- electrom agnetic radiation property of m etallic fiber fab ric
1 金属纤维及织物的特性
1. 1 金属纤维的特性与可纺性 1. 1. 1 特性
采用的金属纤维为不锈钢软化纤维, 两种纤维的 规格指标见表 1。
表 1 两种不 锈钢软化纤维规格指标
纤维直径 /Lm 6
纤维长度 /mm 强度 / cN# dtex- 1 断裂延伸率 /%
41 ~ 42
2. 4
0. 5 ~ 0. 7
Abstrac t: Based on the tests of anti- electrom agne tic rad iation o f fabrics by use o f variance ana lysism ethod, this a rtic le probes to the re lationship o f anti- e lec trom agnetic rad iation and its influence fac to rs, and the best fabric designs are grouped to prov ide a theoretical proof in optim izing the design ing of anti- e lectrom agnetic radiation fabr ic m ade of me tallic fiber fabr ic to further progress anti- e lectrom agnetic rad iation techn ique.
A
B
C
试验条件
1
2
3
1
1
1
1
A1B 1C1
2
1
2
2
A1B 2C2
3
1
3
3
A1B 3C3
4
2
1
2
A2B 1C2
5
2
2
3
A2B 2C3
6
2
3
1wenku.baidu.com
A2B 3C1
7
3
1
3
A3B 1C3
8
3
2
1
A3B 2C1
9
3
3
2
A3B 3C2
2. 2 材料准备 根据确定的正交试验条件进行织造, 样品尺寸为
50 cm @ 50 cm。 2. 3 试验方法
( 2) 导电性能好。纤维的电阻很低, 是良好的导 体, 直径为 0. 05 mm 的不锈钢纤维电阻为 616 8 /m。
( 3) 耐腐蚀性好。完全耐硝酸、碱及有机溶剂, 在 硫酸、盐酸等还原性酸中耐腐蚀性稍差。
( 4) 耐热性好。在氧化氛围中高达 600e 下可连 续使用, 同时也是传热的良导体, 可用做散热材料。
直观分析法实际上是利 用极差 R 的大小来确定 因素的主次顺序, 具有简单易行、计算量小的优点, 但 并不能把实验过程中因实验条件的变化而引起的数据 波动与实验误差引起的数据波动区分开来, 也没有提 供一个标准判断因素作用是否显著。故继续对表 4的 实验结果分别进行方差分析, 正交设计简化计算见表 5, 方差分析结果列入表 6中。
2010年 2月 # 第 38卷 # 第 2期 Vo .l 38 No. 2, 2010
SHANG HA I TEXT ILE S C IENC E & TEC HN OLOGY 上海纺织科技
专题论坛
13
金属纤维织物防电磁辐射性能影响因素探析
王瑄
( 浙江纺织服装职业技术学院, 宁波市先进纺织技术与服装 CAD 重点实验室, 浙江 宁波 315211)