A kutatási hotspotok leltára az űrkutatás fejlett kompozit anyagaiban
A kompozit anyagokat és fémeket, polimereket és kerámiákat a négy fő anyagnak nevezik. Napjainkban egy ország vagy régió kompozit anyagipari szintje a technológiai és gazdasági erejének mérésére szolgáló egyik mutatóvá vált. A fejlett kompozit anyagok versenyelőnyt jelentenek a nemzetbiztonság és a nemzetgazdaság számára. Közülük az epoxi gyanták kiváló reakció-gyógyítható gyanták. A szálerősítésű kompozit anyagok területén az epoxi gyanták nagy szerepet játszanak. Nagy teljesítményű PAN-alapú szénszállal, S vagy E üvegszállal, aramidszállal, polietilén szálral és bazaltszállal van kombinálva, és pótolhatatlan fontos mátrixanyaggá és szerkezeti anyaggá válik, amelyet széles körben használnak az elektronikus teljesítményben, az űrkutatásban, a sporteszközökben, az épület megerősítésében, a nyomásvezetékekben, a kémiai korróziógátlóban és más hat területen. Ez a tanulmány a repülőgépipar fejlett gyanta mátrix kompozitjainak hazai és külföldi státuszára, valamint a Kína által tanulmányozott problémákra és irányokra összpontosít.
Kompozit anyagokban használt erősítő szálak
A kompozit anyagokban használt különböző szálanyagok teljesítmény-összehasonlítását az 1. táblázat mutatja. Egyes anyagok tulajdonságait összehasonlították. Az 1. táblázatból látható, hogy az üvegszál fajlagos szilárdsága és fajlagos modulusa önmagában 540% -kal, illetve 31% -kal növekszik a fémanyagokhoz képest, és a szénszál javulása még jelentősebb. A szakirodalmi jelentések szerint az egykristályos grafit elméleti szilárdsága a kötés energiájából és a kötéssűrűségből számítva akár 150 GPa is lehet. Ezért a szénszál további fejlődési potenciálja nagyon hatalmas. A japán Toray Company rövid távú célja, hogy a szénszálas szakítószilárdság 8,5 GPa, modulus 730GPa legyen. Mondanom sem kell, hogy a szénszál a jövőben is a szilárd rakétamotor burkolatok és fúvókák fő anyaga lesz.
A szénszálas kompozitok egyéb alkalmazásainak fejlesztése nagyon ígéretes, mint például a repülőgépek és a nagysebességű vonatfékrendszerek, a polgári repülőgépek és az autóipari kompozit szerkezetek, a nagy teljesítményű szénszálas csapágyak, a szélturbinák nagy pengéi, a sporteszközök (például sílécek, ütők, horgászbotok stb.) stb. . A szénszálas gyártási skála bővülésével és a termelési költségek fokozatos csökkenésével a szénszál vasbetonban, új fűtőberendezésekben, új elektródaanyagokban és még a napi szükségletekben történő alkalmazása is gyorsan bővül. Annak érdekében, hogy együttműködjünk a pekingi olimpiai játékokkal, hazám azt tervezi, hogy erőteljesen fejleszt új CFRP építőanyagokat és új high-tech CFRP piacokat a környezetvédelemmel és a fogyasztási cikkekkel kapcsolatban.
A szénszál nagy szilárdságú, nagy modulusú anyag. Elméletileg a legtöbb szerves szál szénszálakká alakítható. A szerves szálaknak három fő típusa van, amelyeket valójában a szénszálak nyersanyagaként használnak: viszkózszál, pitch fiber és poliakrilonitrile szál. A jelenlegi szilárd rakétamotor szerkezeti részeiben használt szénszálak többsége poliakrillonitrile szálakból készül.
Repülőgép-gyanta mátrix kompozitok
A vonatkozó adatok szerint az űrhajó tömegének minden 1 kilogrammja 500 kilogrammal csökkentheti az indítójármű súlyát, és a műholdas indítás költsége több tízmillió dollár. A magas költségtényező könnyűvé és nagy teljesítményűsé teszi a szerkezeti anyagokat. Az izzószál tekercselési eljárása által gyártott epoxi alapú szilárd motorfedél ellenáll a korróziónak, a magas hőmérsékletnek és a sugárzásnak, alacsony sűrűséggel, jó merevséggel, nagy szilárdságú és stabil mérettel rendelkezik. Például a rakéta robbanófejek és a műholdas burkolatok, az űrhajók hőálló anyagai és a napelemes tömb szubsztrátumok mind epoxi alapú és epoxi-fenolos alapú rosterősítésű anyagokból készülnek. A repülőgép repülésének és biztonságának figyelembevételével szerkezeti anyagként könnyű, nagy szilárdságú, nagy megbízhatóságú és stabilitásúnak kell lennie, és az epoxi szénszálas kompozit anyag nélkülözhetetlen anyaggá vált.
A nagy teljesítményű epoxi kompozitokban használt megerősítő anyagok elsősorban szénszálak (CF) és CF és aramid szálak (K-49) vagy nagy szilárdságú üvegszálak (S-GF) hibrid szálai. A mátrixanyagként használt epoxigyanta a nagy teljesítményű kompozit gyanta mintegy 90% -át teszi ki. A nagy teljesítményű kompozit anyagok formázási folyamata többnyire egyirányú prepreg száraz elrendezést, valamint autokláv-pácolást és formázást alkalmaz. A nagy teljesítményű epoxi kompozitokat széles körben használják különböző repülőgépeken. Az Egyesült Államokat példaként véve az 1960-as években bór/epoxi kompozit anyagokat használtak a repülőgépek bőréhez és működési felületéhez. A bórszálak magas költsége miatt a szén/ epoxi kompozitok az 1970-es években szén/epoxi kompozitokká váltak, és gyorsan fejlődtek. Nagyjából három szakaszra osztható. Az első szakaszt kis erővel rendelkező alkatrészekre alkalmazzák, például különböző vezérlőfelületekre, kormányfelületekre, spoilerekre, aileronokra, szárnyakra, vontatólemezekre, futóműajtókra, motorhuzatokra és más másodlagos szerkezetekre. A második szakaszt nagy terhelésű szerkezeti részekre alkalmazzák, például stabilizátorokra, teljes mozgású vízszintes farokra és fő teherhordó szerkezeti szárnyakra. A harmadik szakaszt komplex feszített szerkezetekre alkalmazzák, például törzsre, központi szárnydobozra stb. Általában a fogyás 20-30% lehet. Jelenleg a katonai repülőgépek kompozit anyagainak mennyisége elérte a szerkezet súlyának mintegy 25% -át, ami a test felületének 80% -át teszi ki. Számos alkalmazási példa van a nagy teljesítményű epoxi kompozit anyagokra külföldi katonai és polgári repülőgépekben.
A repülőgépiparban az ablatív kompozit anyagok mellett a nagy teljesítményű kompozit anyagokat is széles körben használják. Például a C / EP elfogadása után a Trident rakéta műszerkabinjának kúpja 25% -ról 30% -ra csökkentheti a súlyt, és körülbelül 50% -kal megtakaríthatja a munkaerőt. Műszeres támogatásként és 55 kiegészítő szerkezeti alkatrészként is használják, mint például a giroszkóp tartó, az ejekciós henger tartógyűrű, az ejekciós henger támogatása, az inerciális eszköz belső támogatása és az akkumulátor támogatása a Trident rakétán. A súlycsökkentés miatt a tartomány 342 km-rel növekszik. A Delta rakéták pajzsait és interstage-jait szintén a C/EP gyártja. Az amerikai műholdak és repülőgépek antennáit, antennatartóit, napelemkereteit és mikrohullámú szűrőit mind c/EP gyártja.C/EP az Antenna tartószerkezetét és a nagy térszerkezetet az Intelsat V-n. Az Air Voyager űrszonda K-49/EP-t használ a nagy nyereségű antenna alrepreflektorokhoz, valamint a méhsejt szendvicsszerkezet belső és külső bőréhez. Az űrsikló Nomex C/EP kompozit anyagokat használ nagy nyílások, C /EP farokkabin szerkezeti panelek stb. készítésére.
