碳纤维增强复合材料在空间光学结构中的应用

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1、第１５卷第８期光学精密工程Ｖｏｌ．１５Ｎｏ．８２００７年８月ＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＡｕｇ．２００７文章编号１００４９２４Ｘ（２００７）０８１１８１０５碳纤维增强复合材料在空间光学结构中的应用林再文，刘永琪，梁岩，董鹏，王明寅，李晓丹（哈尔滨玻璃钢研究院，黑龙江哈尔滨１５００３６）摘要：测试了碳纤维／环氧复合材料的力学性能，设计并测试了热膨胀系数，然后测试了空间辐射后的材料性能，并研究了在空间光学结构中应用碳纤维／环氧复合材料制品的工艺方法。研究表明：碳纤维／环氧复合材料具有高的比强度和比刚度，较铝合金结构

2、可以减重３０％以上；碳纤维／环氧复合材料的热膨胀系数可以根据需要进行设计，在需要的方向上可以设计成“零”或负的热膨胀系数；在空间辐射条件下，碳纤维／环氧复合材料性能良好，其总质量损失为０．１５％、可挥发的冷凝物质为７．６６×１０－５ｇ／ｇ、２４ｈ水汽回吸率为０．１２％。结果表明，碳纤维／环氧复合材料具有优良的性能指标，在空间光学结构中有广泛的应用。关键词：碳纤维／环氧；复合材料；空间结构中图分类号：Ｖ４４７．３；Ｖ２５７．１３文献标识码：Ａ犃狆狆犾犻犮犪狋犻狅狀狅犳犮犪狉犫狅狀犳犻犫狉犲狉犲犻狀犳狅狉犮犲犱犮狅犿狆狅狊犻狋犲狋狅狊狆犪犮犲狅狆狋犻

3、犮犪犾狊狋狉狌犮狋狌狉犲ＬＩＮＺａｉｗｅｎ，ＬＩＵＹｏｎｇｑｉ，ＬＩＡＮＧＹａｎ，ＤＯＮＧＰｅｎｇ，ＷＡＮＧＭｉｎｇｙｉｎ，ＬＩＸｉａｏｄａｎ（犎犪狉犫犻狀犉犚犘犐狀狊狋犻狋狌狋犲，犎犪狉犫犻狀１５００３６，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｃａｒｂｏｎ／ｅｐｏｘｙｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｎｄｔｈｅｉｒＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆＴｈｅｒｍａｌＥｘｐａｎｓｉｏｎ（ＣＴＥ）ｗｅｒｅｔｅｓｔｅｄａｎｄｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｐｒｏｐｅｒｔｙａｆｔｅｒｒａｄｉａｔｉｏｎｉｎｓｐａｃｅｗａｓｔｅｓｔｅｄ．

4、Ｆｉｎａｌｌｙ，ａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｍｅｔｈｏｄｏｆｃａｒｂｏｎ／ｅｐｏｘｙｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｉｎｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｓｐａｃｅｏｐｔｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｗｅｉｇｈｔｏｆｏｐｔｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍａｄｅｆｒｏｍｃａｒｂｏｎ／ｅｐｏｘｙｃｏｍｐｏｓｉｔｅｗｉｔｈｈｉｇｈｓｐｅｃｉｆｉｃｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｓｔｉｆｆｎｅｓｓｃａｎｂｅｒｅｄｕｃｅｄｍｏｒｅ３０％ｔｈａｎｔｈａｔｏｆａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ．ＴｈｅＣＴＥｏｆｃａｒｂｏｎ／

5、ｅｐｏｘｙｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｃａｎｂｅｄｅｓｉｇｎｅｄａｓ“ｚｅｒｏ”ｏｒ“ｎｅｇａｔｉｖｅ”ｉｎａｃｅｒｔａｉｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ．Ｃａｒｂｏｎ／ｅｐｏｘｙｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｈａｖｅｅｘｃｅｌｌｅｎｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｒａｄｉａｔｉｏｎｉｎｓｐａｃｅ，ｓｏｔｈａｔｔｈｅｙｈａｖｅａｗｉｄｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｓｐａｃｅｏｐｔｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｇｉｖｅｓｅｖｅｒａｌｃｏｎｃｌｕｔｉｏｎｓ，ｗｈｉｃｈｉｓＴｏｔ

6、ａｌＭａｓｓＬｏｓｓ（ＴＭＬ）ｏｆ０．１５％，ＣｏｌｌｅｃｔｅｄＶｏｌａｔｉｌｅＣｏｎｄｅｎｓａｂｌｅＭａｔｅ－５ｒｉａｌｓ（ＣＶＣＭ）ｏｆ７．６６×１０ｇ／ｇ，ａｎｄＷａｔｅｒＶａｐｏｒＲｅｇａｉｎｅｄ（ＷＶＲ）ｏｆ０．１２％．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｃａｒｂｏｎ／ｅｐｏｘｙ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ；ｓｐａｃｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ收稿日期：２００７０５０２；修订日期：２００７０７１７．基金项目：国家８６３高技术计划资助项目１１８２光学精密工程第１５卷１引言２基础研究碳纤维／环氧复合材料在国外空间结构上应碳纤维／环氧复合材料的性能由作为增强材用极为

7、广泛，１９７２年美国福特宇航通信公司率先料的碳纤维和作为基体材料的环氧树脂确定，也为“海盗号”火星轨道飞行器研制成碳纤维／环氧就是说材料性能不仅仅取决于增强材料纤维，树复合材料蜂窝夹层结构天线反射器，随后在国际脂基体也起了非常关键的作用。因此，在确定增通信卫星、法国电信Ｉ号卫星、阿拉伯通信卫星以强材料的同时要选择适当的树脂体系，研制满足及瑞典的通信卫星的主承力结构中开始广泛使用要求的树脂配方。一方面，作为空间结构，通常对结构的刚度要求很高，所以广泛选用具有高模量碳纤维／环氧复合材料夹层壳、加筋壳、方形构架的碳纤维做增强材料，同时由于碳纤维本身具有

8、等新型结构形式。采用碳纤维／环氧复合材料，可负的热膨胀系数，因此由碳纤维作为增强材料的以显著地提高卫星结构的技术性能。例如德国的复合材料