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向新突破 向高攀登，天和樹脂【5.1號(hào)館5X01】與您共聚2024中國(guó)國(guó)際復(fù)合
2021-11-12
碳纖維復(fù)合材料作為一種先進(jìn)的結(jié)構(gòu)材料，從未來材料的發(fā)展趨勢(shì)看，碳纖維復(fù)合材料開始逐步取代一些更多的金屬材料，尤其是在衛(wèi)星上有明顯的體現(xiàn)，由于高性能碳纖維不斷優(yōu)化，尤其是兼具高強(qiáng)度高模量MJ系列碳纖維研發(fā)成功，衛(wèi)星天線用復(fù)合材料增強(qiáng)纖維逐漸從從凱夫拉纖維、中模碳纖維轉(zhuǎn)變成了高模碳纖維，目前幾乎所有衛(wèi)星天線均采用了高模量碳纖維，有些衛(wèi)星上碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用率高達(dá)85%。
1、衛(wèi)星的主承力結(jié)構(gòu)目前多采用承力筒。以往承力筒大多采用金屬材料輔以加強(qiáng)筋，現(xiàn)在則廣泛采用碳纖維復(fù)合材料制作，不僅剛度、強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，且能大幅減輕質(zhì)量。此外，復(fù)合材料在衛(wèi)星結(jié)構(gòu)外殼、衍架結(jié)構(gòu)等上的應(yīng)用，都極大提高了衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的研制水平。
2、碳纖維復(fù)合材料的比強(qiáng)度、比模量比常用金屬鋁合金高。與鋁合金相比，碳纖維復(fù)合材料單向?qū)硬牧媳葟?qiáng)度要高出3-4倍，而高模型碳纖維復(fù)合單向?qū)硬牧系谋饶Ａ恳叱?-7倍。衛(wèi)星結(jié)構(gòu)對(duì)強(qiáng)度、剛度以及使用環(huán)境的要求與飛機(jī)結(jié)構(gòu)和導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)的要求有著明顯的差別。在衛(wèi)星的實(shí)際使用中采用高模量的碳纖維材料，不僅可以滿足強(qiáng)度還能滿足剛度需求。
3、與此同時(shí)，高模量碳纖維具有優(yōu)異導(dǎo)電性，在一定的頻率范圍內(nèi)能夠完成天線電磁波的發(fā)射或接收，并能承受一定的功率。碳纖維為導(dǎo)電材料，在一定的頻率范圍內(nèi)，其自身能夠完成天線的電磁波反射和接受功能，尤其是需要指出的是，隨著碳纖維石墨化程度的提高，碳纖維導(dǎo)電性能也顯著增加，高模量碳纖維在導(dǎo)電性能上基本接近金屬的導(dǎo)電性能。因此，高模量碳纖維制做復(fù)合材料天線完全可以滿足衛(wèi)星天線電性能指標(biāo)，能承受高低溫循環(huán)、熱真空等嚴(yán)酷的環(huán)境試驗(yàn)的考核，使其成為星載天線的首選材料。
4、碳纖維熱膨脹系數(shù)低，并且隨著纖維拉伸模量的增加，纖維熱膨脹系數(shù)會(huì)出現(xiàn)負(fù)值。基于低膨脹的性能特點(diǎn)，在天線成型過程中通過復(fù)合材料內(nèi)碳纖維鋪層設(shè)計(jì)，可以使天線在成型過程和實(shí)際工作環(huán)境中做到“零膨脹”。衛(wèi)星運(yùn)行在地球靜止軌道中的溫差變化很大，高溫約+120℃，低溫約-160℃，對(duì)于工作在熱交變劇烈的太空環(huán)境中的星載天線，采用這種“零膨脹”系數(shù)材料來使其結(jié)構(gòu)和型面精度保持穩(wěn)定是非常有效的。
5、碳纖維復(fù)合材料耐疲勞、阻尼減震性能好。衛(wèi)星在發(fā)射階段承受運(yùn)載火箭的振動(dòng)和沖擊，在衛(wèi)星上有著眾多的精密儀器、電子線路、繼電器等對(duì)振動(dòng)十分敏感，利用碳纖維復(fù)合材料良好的阻尼性能，可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)具有一定阻尼特性的阻尼結(jié)構(gòu)。
長(zhǎng)壽命、高可靠、輕型化和高精度是衛(wèi)星的發(fā)展趨勢(shì)，衛(wèi)星結(jié)構(gòu)質(zhì)量占整個(gè)衛(wèi)星的百分比一般要小于7%甚至4%。衛(wèi)星結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展則趨向于高性能、高功能及多功能、復(fù)合化、智能化、低成本以及高環(huán)境相容性。先進(jìn)的碳纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)材料既是研制生產(chǎn)衛(wèi)星產(chǎn)品的物質(zhì)保障，又是推動(dòng)衛(wèi)星產(chǎn)品更新?lián)Q代的技術(shù)基礎(chǔ)。
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