碳纖維復(fù)合材料在航天領(lǐng)域的應(yīng)用

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1、第4卷第3期中國(guó)光學(xué)Vol．4No．32011年6月ChineseOpticsJune2011文章編號(hào)1674-2915(2011)03-0201-12碳纖維復(fù)合材料在航天領(lǐng)域的應(yīng)用李威，郭權(quán)鋒(中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所，吉林長(zhǎng)春130033)摘要:綜述了碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展前景。首先，概述了碳纖維的分類和力學(xué)性能以及碳纖維復(fù)合材料的特性;重點(diǎn)介紹了碳纖維復(fù)合材料在國(guó)內(nèi)外航天領(lǐng)域，特別是在衛(wèi)星結(jié)構(gòu)、運(yùn)載火箭、精密支撐構(gòu)件以及空間鏡體等方面的應(yīng)用情況。指出了目前碳纖維復(fù)合材料的主要問(wèn)題是濕熱效應(yīng)

2、。最后，結(jié)合我國(guó)國(guó)情，對(duì)碳纖維復(fù)合材料需要解決的問(wèn)題提出了一些建設(shè)性的措施。關(guān)鍵詞:碳纖維復(fù)合材料;空間相機(jī);濕熱效應(yīng)中圖分類號(hào):V447;V25文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:AApplicationofcarbonfibercompositestocosmonauticfieldsLIWei，GUOQuan-feng(ChangchunInstituteofOptics，F(xiàn)ineMechanicsandPhysics，ChineseAcademyofSciences，Changchun130033，China)Abstract:Ap

3、plicationsanddevelopmentofCarbonFiberComposites(CFRPs)areoverviewedinthispaper．Firstly，theclassificationandmechanicalpropertiesofcarbonfibersaredescribed，andthecharacteristicsofCFRPsarediscussed．Then，theapplicationsofCFRPstocosmonauticfieldsathomeandabroadarein

4、tro-duced，especiallyinsatellitestructures，carrierrockets，precisioncomponentsandspacemirrors．Bytakingsomeexperimentsforexamples，itpointsoutthatthehydrothermaleffectismainproblemforCFRPs．Finally，someconstructiveideasareputforwardbasedonnationalconditionsinthecour

5、seofCFRPdevelopment．Keywords:carbonfibercompositematerials;spacecamera;hydrothermaleffect收稿日期:2011-01-26;修訂日期:2011-03-25基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(No．60507003)202中國(guó)光學(xué)第4卷于整體成形等諸多優(yōu)點(diǎn)，可以滿足航天結(jié)構(gòu)高結(jié)1引言構(gòu)效率的要求，易于得到尺寸穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。自從CFRP被廣泛應(yīng)用于軍事、民用各個(gè)領(lǐng)域，尤其是隨著科技的發(fā)展和進(jìn)步以及各國(guó)對(duì)空間光學(xué)航空航天領(lǐng)域后，其所展現(xiàn)出的

6、優(yōu)異特性使它已遙感器的進(jìn)一步需求，空間遙感器必然向高分辨經(jīng)成為一種不可或缺，同時(shí)又不可多得的多功能率、長(zhǎng)焦距、大口徑、大視場(chǎng)、大體積而質(zhì)量更輕的的特種工程材料?，F(xiàn)在，CFRP已經(jīng)與鋁合金、鈦［1］方向發(fā)展，然而，發(fā)展質(zhì)量更輕的空間光學(xué)遙合金、合金鋼一起成為航空、航天領(lǐng)域的四大結(jié)構(gòu)［5］感器，必須采用性能優(yōu)異的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，碳纖維材料。復(fù)合材料(CFRP)的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)這一要求的最好途徑之一。2碳纖維的分類和力學(xué)性能CFRP是以樹(shù)脂為基體，碳纖維為增強(qiáng)體的［2］復(fù)合材料。碳纖維具有碳材料的固有本征特按照原絲種類，碳纖維的

7、原絲主要有PAN原性，又有紡織纖維的柔軟可加工性，是新一代軍民絲、瀝青纖維和粘膠絲。由這三大類原絲生產(chǎn)出兩用的增強(qiáng)纖維。它優(yōu)異的綜合性能是任何單一的碳纖維分別叫做PAN基碳纖維、瀝青基碳纖維材料無(wú)法與其比擬的，現(xiàn)在已經(jīng)成為先進(jìn)復(fù)合材和粘膠基碳纖維。其中，PAN基碳纖維占據(jù)主流料的主要增強(qiáng)纖維之一。地位，產(chǎn)量占碳纖維總量的90%以上，粘膠基碳CFRP是20世紀(jì)60年代中期崛起的一種新纖維還不足1%。型結(jié)構(gòu)材料，一經(jīng)問(wèn)世就顯示了強(qiáng)大的生命航天用碳纖維的應(yīng)用以高強(qiáng)、中模為主，高模［3，4］力。當(dāng)今，在眾多的先進(jìn)復(fù)合材料中，

8、CFRP也有少量應(yīng)用。在各大碳纖維生產(chǎn)廠中，日本東［6］在技術(shù)成熟度與應(yīng)用范圍方面的表現(xiàn)尤為突出，麗公司的品種較多，性能較好。表1為其產(chǎn)品它所具有的高比強(qiáng)度和比模量、性能可設(shè)計(jì)和易的力學(xué)性能。表1碳纖維性能Tab．1Propertiesofcarbonfibers－1－3纖維牌號(hào)每束纖維根數(shù)抗拉強(qiáng)度/MPa抗拉模量/GPa伸長(zhǎng)率/%線密度/(g