玻璃纤维织物及其树脂复合材料的电性能研究

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随着现代科学技术的快速发展,复合材料作为一种新型材料已成为二十一世纪的主导材料之一。在我国国民经济中,玻璃纤维增强树脂基复合材料依靠其重量轻、比强度高、耐腐蚀、电绝缘性能好、传热慢、热绝缘性好以及玻璃纤维复合材料的介电性能随频率不产生明显改变和材料的破坏是内部微观破坏的不断积累等特点,现已在雷达天线罩、汽车配件、印刷电路板等领域内得到了广泛地应用。在上述的众多应用领域中,材料的电磁性能是至关重要的。因此,本文主要围绕玻璃纤维织物及其复合材料的电磁性能开展一系列的相关研究,具体研究内容如下:在第一部分工作中,建立了纤维织物的介电常数模型。在本文中主要是借助于平行板电容器电容值的计算法则、Peirce机织物几何结构以及RC循环电路等来建立纤维织物介电常数模型的,且此模型与目前文献中已有的模型存在一定的区别不同,此模型考虑了织物中经纬纱线的交织规律,并利用Maple软件来计算其介电常数值。利用文中所建立的介电常数模型计算得到平纹纤维织物的介电常数值比实验测量值小4%~5%左右,因此,可认为此模型较为合理。此模型的建模方法也可用于建立其他组织结构织物的介电常数模型中。在第二部分工作中,为了探究结构配置对玻璃纤维织物及其复合材料电性能的影响,从玻纤材料的设计、制作到性能表征都做了系统性的工作。文中主要通过改变玻璃纤维纱线的捻度和织物的组织结构来研究结构配置对玻璃纤维织物及其复合材料电性能的影响。经研究分析得出,在三种不同结构的玻纤材料中,平纹加捻玻纤织物及其复合材料的介电常数值都比平纹无捻玻纤织物及其复合材料的小;且平纹加捻玻纤复合材料的介质损耗角正切值最小;对电磁波的衰减损耗和介质材料电磁参数的研究分析表明,在电磁波透过平纹加捻玻纤复合材料时,电磁波的衰减损耗最小,且平纹加捻玻纤复合材料的电磁参数(S11和S12参数)满足材料在电气领域内的使用条件。综上所述,在本文中的三种不同结构玻纤复合材料中,平纹加捻玻纤复合材料的电磁性能最佳,且最适宜在电气领域内应用。在第三部分工作中,主要对玻纤复合材料的冲击破坏及其介电性能之间的关系进行了研究,旨在探究运用复合材料的介电性能来检测其破坏程度的新方法。文中采用自行设计的落锤冲击仪器对玻纤复合材料进行冲击破坏,并对冲击破坏后玻纤复合材料的介电性能进行测试和分析,并得出了玻纤复合材料的介电性能与其破坏程度存在一定的关系;如落锤对平纹无捻玻纤复合材料进行12次的重复性冲击破坏后,玻纤材料的介电常数值下降了16.7%。因此,可推测出一种新的复合材料检测方法,即通过测试材料的介电性能来推测材料内部的破坏能量。此外,实验中也利用SEM技术对玻纤复合材料的表面破坏形貌以及横截断裂面进行了表征和分析。综上所述,本文主要从三个方面探究了玻璃纤维织物及其复合材料的电磁性能。首先,从理论上建立了纤维织物的介电常数模型;其次,在此基础上研究了结构配置对玻璃纤维织物及其复合材料电性能的影响情况;最后,对玻璃纤维复合材料的冲击破坏及其介电性能之间的关系进行了研究,并为开发一种新的复合材料检测方法提供了一定的研究基础。
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