纤维增强复合材料高频介电性能的理论估算.pdf

材 维普资讯 第 3期 纤维复合材料 m ．3 25 1999年 9月 FIBER C0MPOSITES Sep．．1999 工艺 ·设计 纤维增强复合材料高频介 电性能 的 理 论 估 算 一 T ；7·／ l (上海玻璃钢研 究所) 提 要 本文在文献C1)的基础上对玻璃纤维增强复古材料的 电损耗角正切进行理论分析，再出精确的估 算公式．可供产品电性能设计时使用 。 关键词 透波材料 介电常数 介电损耗角正切 并联 串联 一 、 引 言 玻璃纤维增强复合材料 ，因介 电常数和介电损耗角正切都 比较小 ，是 良好的透波材料 。 不论是在原材料选择，还是复合材科透波率的最优设计，均需要高频介电性能的理论估算公 式。在文献[1]中对玻璃钢材科 巳作了初步理论分析 ，该结果也适用于其 他纡维增强复台材 料 ，本文对介 电常数不仅给出了近似估算公式 ，也给出了针对纡维的矩形排列模型的精确 解。对于介电损耗角正切 ，本文较为粗糙，仅给出并联与串联两种特倒的理论估算公式。本 文在前文的基础上对纤维增强复合材料的介 电损耗角正切作进一步理论分析，得出较符合 实 际情况的理论估算公式。 二、理论分析模型 一 般来说 ，纤维在复合材料基体中的排列是随机的 ，从 随机排列中可 以选出二种典型排 列：矩形排列和六角形排 列，特殊情况即为正方形排列和正六角形排列。从具有较广泛的代 (8) (b) 图 l 纤维矩形擗列棒型 ●国宗建材局科学基盒项 目 维普资讯 纤 雏 复 古 材 科 I¨3年 表性及较容易得出理论的解析解出发 ，我们选择矩形排列模型，如图 1所示。由于对称性 从 图 1 (a)的复合材料取 出具有代表性 的单元 ，如 图 1 (b)所示 ，r= 。 为了进行较简化的分析 ，可 以把 图 1 (b)的模型进一步简化为囤 1 (c)所示的模型 — — — 即把 圆的纡维简化为正方形纤维 ，正方形边长为 Vf。 三、理论分析 对于图 1 (b)的模型，文献1-12已对介 电常数给出了理论计算公式。本文仅对介 电损耗 角正切作理论分析 ，沿着纤维方向，文献[1]已进行分析 ，在此不赘述 。实际上使用的主要 是横 向，在此进行较为精确的分析。 为了能在文献 [1]的基础上进行简化理论分析 ，先分析图 1 (c)所示的模型 。把图 1 (c)分成四部分。根据介 电损耗角正切的定义： = }一导 (1) 及 I =U ·∞ ·C (2) 式中I-为吸收电流 ，I。为电容器 电流 ，U为 电压 ，CO为角频率 ，C为 电容。C为 C直8S／d