3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.3.1.Ảnh hưởng của chiều dầy tới các tính chất điện từ của vật liệu compozit
Trong thiết kết chế tạo hệ thống bay không người lái sử dụng vật liệu compozit ngoài các yêu cầu về độ bền thì vật liệu phải có tính trong suốt điện từ nhằm đảm bảo việc thu nhận tín hiệu của bộ điều khiển từ mặt đất tới máy bay. Đã tiến hành nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới độ trong suốt điện từ T%; hằng số điện môi ε; tổn hao điện môi tanδ của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh bao gồm: ảnh hưởng của độ dầy tấm compozit và ảnh hưởng của hàm lượng của các loại chất biến tính: ENR, ELO và thiokol.
3.3.1. Ảnh hưởng của chiều dầy tới các tính chất điện từ của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh
Đã tiến hành so sánh đường đặc trưng hệ số truyền qua S21 của các mẫu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh đóng rắn bằng DETA có chiều dầy khác nhau: 0,49 mm; 2,52 mm; 3,4 mm với hệ số truyền qua S21 của không khí trong dải tần số 4-8 GHz, kết quả được thể hiện trên hình 3.49, 3.50, 3.51, 3.52.
Hình 3.49: Hệ số truyền qua S21 của không khí trong dải tần số 4-8 GHz
Hình 3.50: Hệ số truyền qua S21 của vật liệu compozit DER331/DETA gia cường bằng sợi thủy tinh với chiều dầy: 0,49 mm trong dải tần số 4-8 GHz
Hình 3.51: Hệ số truyền qua S21 của vật liệu compozit DER331/DETA gia cường bằng sợi thủy tinh với chiều dầy: 2,52 mm trong dải tần số 4-8 GHz
Hình 3.52: Hệ số truyền qua S21 của vật liệu compozit DER331/DETA gia cường bằng sợi thủy tinh với chiều dầy: 3,4 mm trong dải tần số 4-8 GHz
Kết quả trên các hình 3.49, 3.50, 3.51, 3.52 cho thấy trên mỗi biểu đồ đều có hai đường biểu diễn:
Đường phía trên (TR1-màu vàng nhạt) có dạng uốn cong bất kì biểu thị cho tổn hao phản hồi.
Đường phía dưới (TR2-màu tím) biểu thị cho tổn hao truyền qua hay hệ số truyền qua. Đường đặc trưng tổn hao truyền qua S21 của compozit nền DER331/DETA gia cường bằng sợi thủy tinh với các chiều dầy khác nhau 0,49 mm (Hình 3.50); 2,52 mm (Hình 3.51); 3,4 mm (Hình 3.52) hầu như nằm trên một đường thẳng gần với gốc tọa độ 0 nên tổn hao truyền qua hết sức nhỏ, tương tự truyền qua trong không khí (Hình 3.49). Như vậy vật liệu compozit DER331/DETA gia cường bằng sợi thủy tinh có chiều dầy trong khoảng 0,49- 3,4 mm khi xét trong dải tần nghiên cứu 4-8 GHz là vật liệu trong suốt sóng điện từ [5].
Việc tăng số lượng lớp gia cường của vật liệu compozit hay tăng chiều dầy tấm compozit có ảnh hưởng trực tiếp tới độ trong suốt điện từ. Đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của các độ dầy khác nhau tới độ trong suốt điện từ của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh. Kết quả xác định độ trong suốt điện từ hay cường độ truyền qua (T%) và hệ số truyền qua S21 được trình bày trên hình 3.50, 3.51.
Hình 3.53, 3.54 cho thấy đường đặc trưng cường độ truyền qua (T%) và hệ số truyền qua S21 của mẫu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh với chiều dầy khác nhau có biểu hiện tăng giảm giống nhau khi xét trong cùng dải tần số 4-8 GHz. Cường độ truyền qua (T%) và hệ số truyền qua S21 giảm dần khi tăng chiều dầy tấm compozit.
Trong dải tần 4-8 GHz ban đầu cường độ truyền qua (T%) và hệ số truyền qua S21 tăng dần và đạt giá trị cực đại tại tần số 4,68 GHz. Gía trị cường độ truyền qua (T%) tại tần số 4,68 GHz của vật liệu compozit có độ dầy 0,49 mm; 1,01 mm; 2,52 mm và 3,4 mm tương ứng là 99,23%; 97,52%; 86,75% và 82,27%. Sau đó cường độ truyền qua T% và hệ số truyền qua S21 có xu hướng giảm dần đến giá trị cực tiểu thứ nhất tại tần số 4,98 GHz. Giá trị cường độ truyền qua của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh với độ dầy 0,49 mm; 1,01 mm; 2,52 mm và 3,4 mm tại tần số 4,98 GHz tương ứng là 90,05%; 78,74%; 74,79%; 69,76%. Giá trị cường độ truyền qua T% sau đó lại tăng dần và gần như không đổi trong khoảng tần số 5,22- 7,4 GHz với giá trị cường độ truyền qua T% đạt khoảng 93%; 85%; 83% và 78%
tương ứng với vật liệu compozit có độ dầy 0,49 mm; 1,01 mm; 2,52 mm và 3,4 mm . Trong dải tần số 7,4-7,7 GHz cường độ truyền qua T% giảm dần đến giá trị cực tiểu thứ hai và sau đó lại tăng dần lên trong khoảng tần số 7,7-8 GHz.
Hình 3.53: Đồ thị sự phụ thuộc của hệ số truyền qua S21 vào tần số của vật liệu compozit DER331/DETA gia cường bằng sợi thủy tinh với độ dầy khác nhau: 0,49 mm (1); 1,01 mm
(2); 2,52 mm (3); 3,4 mm (4)
Hình 3.54: Đồ thị sự phụ thuộc của cường độ truyền qua T% vào tần số của vật liệu compozit DER331/DETA gia cường bằng sợi thủy tinh với độ dầy khác nhau: 0,49 mm (1);
1,01 mm (2); 2,52 mm (3); 3,4 mm (4) Cư ờng đ ộ tru y ền qu a, T % H ệ số tru y ền qua , S 21 (dB )
Như vậy ở dải tần số khác nhau cường độ truyền qua T% sẽ có giá trị khác nhau. Cường độ truyền qua T% và hệ số truyền qua S21 của vật liệu compozit epoxy không biến tính gia cường bằng sợi thủy tinh đóng rắn bằng DETA có các chiều dày khác nhau có đường đặc trưng tăng giảm theo qui luật gần như nhau khi xét trong cùng một dải tần số là do bản chất vật liệu giống nhau.
Giá trị trung bình của cường độ truyền qua của các mẫu compozit có độ dầy khác nhau trong dải tần 4-8 GHz được thể hiện trên bảng 3.10.
Bảng 3.10: Ảnh hưởng của chiều dầy tới cường độ truyền qua của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh trong dải tần số 4-8 GHz
Chiều dầy d (mm) 0,49 1,01 2,52 3,4
Cường độ truyền qua T (%) 94,76 91,72 89,16 87,59 3.3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng các chất biến tính tới các tính chất điện từ của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh
Đã tiến xác định đặc trưng hệ số truyền qua S21 của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh có bổ sung 5-20 PKL ELO, 5-20 PKL ENR, 3-9 PKL thiokol. Kết quả được thể hiện trên hình 3.55, 3.56, 3.57, 3.58, 3.59, 3.60.
Hình 3.55, 3.56, 3.57, 3.58, 3.59, 3.60 cho đường biểu thị cho tổn hao truyền qua S21 (đường màu tím) của vật liệu compozit DER331/5ELO/DETA (Hình 55); DER331/20ELO/DETA (Hình 56); DER331/5ENR/DETA (Hình 57); DER331/20ENR/DETA (Hình 58); DER331/3thiokol/DETA (Hình 59); DER331/9thiokol/DETA (Hình 60) gia cường bằng sợi thủy tinh có chiều dầy ~0,5 mm có dạng đường thẳng gần với gốc tọa độ 0 nên tổn hao truyền qua hết sức nhỏ, tương tự như truyền qua trong không khí (Hình 49). Như vậy vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh có bổ sung 5-20 PKL ELO; 5-20 PKL ENR; 3-9 PKL thiokol đều là những vật liệu trong suốt điện từ [5].
Hình 3.55: Hệ số truyền qua S21 của vật liệu compozit DER331/5ELO/DETA gia cường bằng sợi thủy tinh với chiều dầy~ 0,5 mm trong dải tần số 4-8 GHz
Hình 3.56: Hệ số truyền qua S21 của vật liệu compozit DER331/20ELO/DETA gia cường bằng sợi thủy tinh với chiều dầy~ 0,5 mm trong dải tần số 4-8 GHz
Hình 3.57: Hệ số truyền qua S21 của vật liệu compozit DER331/5ENR/DETA gia cường bằng sợi thủy tinh với chiều dầy~ 0,5 mm trong dải tần số 4-8 GHz
Hình 3.58: Hệ số truyền qua S21 của vật liệu compozit DER331/20ENR/DETA gia cường bằng sợi thủy tinh với chiều dầy~ 0,5 mm trong dải tần số 4-8 GHz
Hình 3.59: Hệ số truyền qua S21 vật liệu compozit DER331/3thiokol/DETA gia cường bằng sợi thủy tinh dầy ~0,5 mm trong dải tần 4-8 GHz
Hình 3.60: Hệ số truyền qua S21 vật liệu compozit DER331/9thiokol/DETA gia cường bằng sợi thủy tinh dầy ~0,5 mm trong dải tần 4-8 GHz (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ảnh hưởng của hàm lượng chất biến tính khác nhau: 5-20 PKL ENR, 5-20 PKL ELO, 3-9 PKL thiokol đến hệ số truyền qua S21 và cường độ truyền qua T% của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh đóng rắn bằng DETA với chiều dầy ~0,5 mm được trình trên hình 3.61, 3.62, 3.63, 3.64, 3.65, 3.66.
Hình 3.61: Đồ thị sự phụ thuộc của hệ số truyền qua S21 vào tần số của vật liệu compozit epoxy bổ sung: 5 PKL ELO (1); 10 PKL ELO (2); 15 PKL ELO (3); 20 PKL ELO (4)
Hình 3.62: Đồ thị sự phụ thuộc của cường độ truyền qua T% vào tần số của vật liệu compozit epoxy bổ sung: 5 PKL ELO (1); 10 PKL ELO (2); 15 PKL ELO (3); 20 PKL ELO
(4) H ệ số tru y ền qua , S 21 (dB ) Cư ờng đ ộ tru y ền qu a, T %
Hình 3.63: Đồ thị sự phụ thuộc của hệ số truyền qua S21 vào tần số của vật liệu compozit epoxy bổ sung: 5 PKL ENR (1); 10 PKL ENR (2); 15 PKL ENR (3); 20 PKL ENR (4)
Hình 3.64: Đồ thị sự phụ thuộc của cường độ truyền qua T% vào tần số của vật liệu compozit epoxy bổ sung: 5 PKL ENR (1); 10 PKL ENR (2); 15 PKL ENR (3); 20 PKL ENR
(4) H ệ số t ru y ền qua , S 21 (dB ) Cư ờng đ ộ tru y ền qu a, T %
Hình 3.65: Đồ thị sự phụ thuộc của hệ số truyền qua S21 vào tần số của vật liệu compozit epoxy bổ sung: 3 PKL thiokol (1); 5 PKL thiokol (2); 7 PKL thiokol (3); 9 PKL thiokol (4)
Hình 3.66: Đồ thị sự phụ thuộc của cường độ truyền qua T% vào tần số của vật liệu compozit epoxy bổ sung: 3 PKL thiokol (1); 5 PKL thiokol (2); 7 PKL thiokol (3); 9 PKL
thiokol (4)
Kết quả trên các hình 3.61, 3.62, 3.63, 3.64, 3.65, 3.66 cho thấy đường đặc trưng hệ số truyền qua S21 và cường độ truyền qua T% phụ thuộc vào tần số và vật liệu biến tính. Vật liệu compozit epoxy biến tính với cùng một loại chất biến tính ở
H ệ số tru y ền qua , S 21 (dB ) Cư ờng đ ộ tru y ền qu a, T %
các hàm lượng biến tính khác nhau cho đường đặc trưng tương tự nhau trong dải tần số 4-8 GHz, chỉ có mẫu compozit biến tính với 5 PKL thiokol có đường đặc trưng hệ số truyền qua S21 và cường độ truyền qua T% giảm xuống trong dải tần 7,8-8 GHz trong khi đó cũng trong dải tần số này đường đặc trưng hệ số truyền qua và cường độ truyền qua của các mẫu compozit epoxy biến tính với 3 PKL; 7 PKL; 9 PKL thiokol có xu hướng tăng, điều này có thể là do hiện tượng cộng hưởng. Các loại chất biến tính khác nhau có đường đặc trưng hệ số truyền qua S21 và cường độ truyền qua T% khác nhau trong dải tần số 4-8 GHz. Với cùng chất biến tính khi hàm lượng chất biến tính tăng lên thì hệ số truyền qua S21 và cường độ truyền qua T% giảm dần. Giá trị trung bình cường độ truyền qua T% của vật liệu compozit epoxy biến tính với hàm lượng các chất biến tính khác nhau được thể hiện trên bảng 3.11, 3.12, 3.13.
Bảng 3.11: Ảnh hưởng của hàm lượng ENR tới cường độ truyền qua T% của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh
Tên mẫu PC-ENR5 PC-ENR10 PC-ENR15 PC-ENR20
Chiều dày mẫu, mm 0,51 0,49 0,50 0,50
Cường độ truyền qua T% 91,00 89,27 88,90 86,93
Bảng 3.12: Ảnh hưởng của hàm lượng ELO tới cường độ truyền qua T% của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh
Tên mẫu PC-ELO5 PC-ELO10 PC-ELO15 PC-ELO20
Chiều dày mẫu, mm 0,50 0,49 0,50 0,49
Cường độ truyền qua T% 92,62 90,03 88,14 85,10
Bảng 3.13: Ảnh hưởng của hàm lượng thiokol tới cường độ truyền qua T% của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh
Tên mẫu PC-T3 PC-T5 PC-T7 PC-T9
Chiều dày mẫu, mm 0,51 0,49 0,50 0,52
Cường độ truyền qua T% 92,02 87,00 85,92 82,80
Ảnh hưởng của hàm lượng chất biến tính ENR, ELO và thiokol tới hằng số điện môi ε và tổn hao điện môi tanδ xác định bằng phương pháp điện dung được thể hiện trên bảng 3.14, 3.15, 3.16.
Bảng 3.14: Ảnh hưởng của hàm lượng ENR tới hằng số điện môi ε và tổn hao điện môi tanδ của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh
Tên mẫu PC-EP PC-ENR5 PC-ENR10 PC-ENR15 PC-ENR20
Chiều dày mẫu, mm 0,96 0,97 1 0,98 0,96
Hằng số điện môi, ε 2,23 2,31 2,37 2,42 2,60 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
tanδ 0,018 0,023 0,025 0,031 0,035
Bảng 3.15: Ảnh hưởng của hàm lượng ELO tới hằng số điện môi ε và tổn hao điện môi tanδ của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh
Tên mẫu PC-EP PC-ELO5 PC-ELO10 PC-ELO15 PC-ELO20
Chiều dày mẫu, mm 0,96 0,98 1 0,97 0,96
Hằng số điện môi, ε 2,23 2,28 2,33 2,39 2,54
tanδ 0,018 0,02 0,022 0,027 0,028
Bảng 3.16: Ảnh hưởng của hàm lượng thiokol tới hằng số điện môi ε và tổn hao điện môi tanδ của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh
Tên mẫu PC-EP PC-T3 PC-T5 PC-T7 PC-T9
Chiều dày mẫu, mm 0,98 1 0,98 0,97 0,98
Hằng số điện môi, ε 2,23 2,25 2,29 2,41 2,6
tanδ 0,018 0,021 0,025 0,029 0,030
Kết quả trên các bảng 3.14; 3.15; 3.16 cho thấy khi tăng hàm lượng ENR; ELO và thiokol trong nền nhựa epoxy hằng số điện môi ε và tổn hao điện môi tanδ tăng dần. Các mẫu compozit đều có đặc trưng là hằng số điện môi ε trong khoảng 2,23- 2,7 cho thấy năng lượng từ trường ngoài dự trữ trong vật liệu nhỏ. Bên cạnh đó tổn hao điện môi tanδ có giá trị trong khoảng 0,018-0,04 cho thấy mức độ tổn hao thấp của từ trường ngoài khi đi qua vật liệu. Vật liệu compozit epoxy bổ sung chất biến tính ENR gia cường bằng sợi thủy tinh có xu hướng tăng nhanh tổn hao điện môi tanδ hơn khi so sánh với mẫu compozit epoxy bổ sung chất biến tính ELO và thiokol gia cường bằng sợi thủy tinh.
Đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng adduct TH.EP0,7 lên tính chất điện từ của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh. Kết quả xác định hệ số truyền qua S21 của vật liệu compozit DER331/10TH.EP0,7/DETA gia cường bằng sợi thủy
tinh được thể hiện trên hình 3.67. Mẫu đo hệ số truyền qua có kích thước 200x150 mm.
Hình 3.67:Xác định đường đặc trưng hệ số truyền qua của vật liệu compozit DER331/10TH.EP0,7/DETA gia cường bằng sợi thủy tinh có độ dầy ~0,5 mm
Hình 3.67 nhận thấy trên biểu đồ đều có hai đường biểu diễn:
Đường phía trên (TR1-màu vàng nhạt) có dạng uốn cong bất kì biểu thị cho tổn hao phản hồi.
Đường phía dưới (TR2-màu tím) biểu thị cho tổn hao truyền qua hay hệ số truyền qua. Đường đặc trưng tổn hao truyền qua S21 của compozit DER331/10TH.EP0,7/DETA (Hình 3.67) gia cường bằng sợi thủy tinh hầu như nằm trên một đường thẳng gần với gốc tọa độ 0 nên tổn hao truyền qua hết sức nhỏ, tương tự truyền qua trong không khí (Hình 3.49). Như vậy vật liệu compozit DER331/10TH.EP0,7/DETA gia cường bằng sợi thủy tinh khi xét trong dải tần nghiên cứu 4-8 GHz là vật liệu trong suốt sóng điện từ [5]. Từ kết quả xác định hệ số truyền qua đã tiến hành tính toán cường độ truyền qua T% và và xác định các tính chất điện từ của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh được thể hiện bảng 3.17.
Bảng 3.17: Tính chất điện từ của vật liệu compozit epoxy (PC-EP) và vật liệu compozit epoxy bổ sung 10 PKL adduct TH.EP0,7 (PC-EP-TH.EP0,7)
Tên mẫu PC-EP PC-EP-TH.EP0,7
Cường độ truyền qua T(%)-PC có độ dày ~0.5 mm (4-8 GHz)
94,76 91,07
Hằng số điện môi, ε 2,23 2,39
Tổn hao điện môi, tanδ 0,022 0,025
Vật liệu compozit epoxy biến tính với 10 PKL adduct TH.EP0,7 có cường độ truyền qua đạt 91,07% chỉ giảm 4,18% so với vật liệu compozit epoxy không biến tính. Vật liệu compozit epoxy biến tính với 10 PKL adduct TH.EP0,7 có hằng số điện môi ε là 2,39 và tổn hao điện môi tanδ là 0,025 cho thấy năng lượng từ trường ngoài dữ trữ trong vật liệu và mất mát khi đi qua vật liệu thấp.
3.4. Đánh giá khả năng ứng dụng của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh cho hệ thống bay không người gia cường bằng sợi thủy tinh cho hệ thống bay không người lái
Đã tiến hành so sánh tính chất cơ học, độ trong suốt điện từ của vật liệu