碳纤维复合材料在航天领域的应用.pdf

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1、第4卷第3期中国光学Vol．4No．32011年6月ChineseOpticsJune2011文章编号1674-2915(2011)03-0201-12碳纤维复合材料在航天领域的应用李威，郭权锋(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春130033)摘要:综述了碳纤维复合材料的应用现状和发展前景。首先，概述了碳纤维的分类和力学性能以及碳纤维复合材料的特性;重点介绍了碳纤维复合材料在国内外航天领域，特别是在卫星结构、运载火箭、精密支撑构件以及空间镜体等方面的应用情况。指出了目前碳纤维复合材料的主要问题是湿热效应。最后，结合我

2、国国情，对碳纤维复合材料需要解决的问题提出了一些建设性的措施。关键词:碳纤维复合材料;空间相机;湿热效应中图分类号:V447;V25文献标识码:AApplicationofcarbonfibercompositestocosmonauticfieldsLIWei，GUOQuan-feng(ChangchunInstituteofOptics，FineMechanicsandPhysics，ChineseAcademyofSciences，Changchun130033，China)Abstract:Applicationsandd

3、evelopmentofCarbonFiberComposites(CFRPs)areoverviewedinthispaper．Firstly，theclassificationandmechanicalpropertiesofcarbonfibersaredescribed，andthecharacteristicsofCFRPsarediscussed．Then，theapplicationsofCFRPstocosmonauticfieldsathomeandabroadareintro-duced，especiallyi

4、nsatellitestructures，carrierrockets，precisioncomponentsandspacemirrors．Bytakingsomeexperimentsforexamples，itpointsoutthatthehydrothermaleffectismainproblemforCFRPs．Finally，someconstructiveideasareputforwardbasedonnationalconditionsinthecourseofCFRPdevelopment．Keywords

5、:carbonfibercompositematerials;spacecamera;hydrothermaleffect收稿日期:2011-01-26;修订日期:2011-03-25基金项目:国家自然科学基金资助项目(No．60507003)202中国光学第4卷于整体成形等诸多优点，可以满足航天结构高结1引言构效率的要求，易于得到尺寸稳定的结构。自从CFRP被广泛应用于军事、民用各个领域，尤其是随着科技的发展和进步以及各国对空间光学航空航天领域后，其所展现出的优异特性使它已遥感器的进一步需求，空间遥感器必然向高分辨经成为一种不可

6、或缺，同时又不可多得的多功能率、长焦距、大口径、大视场、大体积而质量更轻的的特种工程材料。现在，CFRP已经与铝合金、钛［1］方向发展，然而，发展质量更轻的空间光学遥合金、合金钢一起成为航空、航天领域的四大结构［5］感器，必须采用性能优异的轻质结构材料，碳纤维材料。复合材料(CFRP)的应用是实现这一要求的最好途径之一。2碳纤维的分类和力学性能CFRP是以树脂为基体，碳纤维为增强体的［2］复合材料。碳纤维具有碳材料的固有本征特按照原丝种类，碳纤维的原丝主要有PAN原性，又有纺织纤维的柔软可加工性，是新一代军民丝、沥青纤维和粘胶丝。

7、由这三大类原丝生产出两用的增强纤维。它优异的综合性能是任何单一的碳纤维分别叫做PAN基碳纤维、沥青基碳纤维材料无法与其比拟的，现在已经成为先进复合材和粘胶基碳纤维。其中，PAN基碳纤维占据主流料的主要增强纤维之一。地位，产量占碳纤维总量的90%以上，粘胶基碳CFRP是20世纪60年代中期崛起的一种新纤维还不足1%。型结构材料，一经问世就显示了强大的生命航天用碳纤维的应用以高强、中模为主，高模［3，4］力。当今，在众多的先进复合材料中，CFRP也有少量应用。在各大碳纤维生产厂中，日本东［6］在技术成熟度与应用范围方面的表现尤为突出，

8、丽公司的品种较多，性能较好。表1为其产品它所具有的高比强度和比模量、性能可设计和易的力学性能。表1碳纤维性能Tab．1Propertiesofcarbonfibers－1－3纤维牌号每束纤维根数抗拉强度/MPa抗拉模量/GPa伸长率/%线密度/(g