碳纤维/氰酸酯复合材料空间光学镜面研究
发布时间：2021-01-11 11:40
空间探测技术的发展要求探测精度不断提高,加大空间光学镜面的口径成为了有效手段,而更大的口径意味着自重的增加,发射成本和难度也随之增加,传统的玻璃材料、金属材料和陶瓷材料等已经渐渐无法满足要求。因此,采用合理的材料对空间光学镜面进行轻量化设计成为了亟需解决的问题。本论文选择了碳纤维/氰酸酯复合材料作为轻量化空间光学镜面的制作材料。首先,通过对氰酸酯树脂基体改性,制备出满足空间结构要求的树脂基体,冲击强度达到16.4KJ/m2,弯曲强度达到127MPa,拉伸强度达到73MPa,断裂延伸率达到3.4%,吸湿性能比传统环氧树脂降低了 83%～85%;其次,通过对碳纤维/氰酸酯复合材料进行铺层设计,使碳纤维/氰酸酯复合材料达到准零膨胀状态,0°与90°层合板的弹性模量分别为82.1GPa和76.3GPa,热膨胀系数分别为0.78×10-6和0.95×10-6;辐照后碳纤维/氰酸酯复合材料的力学性能保留率大于84%,耐辐照性能优异;碳纤维/氰酸酯复合材料的层间剪切强度比碳纤维/环氧复合材料提高了 35%,碳纤维/氰酸酯复合材料的真空逸气性能和耐吸湿性能明显优于碳纤维/环氧复合材料,满足空间光学镜面...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１树脂浇铸体拉伸试样尺寸图??
２．?５．?２弯曲实验??树脂浇铸体弯曲实验按照ＧＢ／Ｔ?２５６７－２００８标准进行，试样的外观检查、状态调节??和尺寸的精确测量后在万能试验机上进行弯曲实验，试样形状如图２．３所示，环境温度??为（２３±２）?°Ｃ，相对湿度（５０±５）?％，速率为２ｍｍ／ｍｉｎ，实验结果取５个有效试样数据??的算术平均值。本实验中，取试样厚度／ｚ为４±０．２＿，宽度６为１５ｍｍ，长度／不小于??２０六。碳纤维／氰酸酯复合材料的弯曲实验按照ＧＢ／Ｔ?１４４９－２００５标准进行，条件与树脂浇??铸体相同，试样形状也相同，厚度Ａ为１？３ｍｍ，宽度６为１５±０．５ｍｍ，长度／最小为??２０／２。?????????］?Ｊ?１?ｂ??图２．３树脂浇铸体和复合材料弯曲试样形状图??２．?５．?３冲击实验??按照ＧＢ／Ｔ?２５６７－２００８树脂浇铸体冲击试验方法标准进行试样的外观检查、状态调??节和尺寸的精确测量，并在冲击试验机上测试冲击强度，试样尺寸如图２．４所示，环境??温度为（２３±２）?°Ｃ，相对湿度（５０±５）?％，实验结果取５个有效试样数据的算术平均值。??１８??
氰酸酯树脂与热固性树脂共聚的增軔原理与同热塑性树脂共混进行增軔类似，因此也会??影响氰酸酯树脂的耐热性和耐吸湿性等。基于以上原因，本文的研究抛开了以往的改性??思路，转而从树脂的分子结构角度出发改性氰酸酯树脂，如图３．１所示为氰酸酯树脂改??性前后分子构象的变化，这种改性手段采用了分子构象比较多的聚氨酯改性环氧树脂与??氰酸酯树脂共聚，增加了分子链段的自由体积，也降低了分子结构中三嗪环的含量，使??其在工艺条件下具有合适的粘度，得到对氰酸酯树脂增韧改性的效果，从而设计出满足??热熔预浸工艺和模压成型工艺条件的氰酸酯树脂材料。???（ａ）未改性氰酸酯树脂?（ｂ）改性氰酸酯树脂??图３．１氰酸酯树脂改性前后分子构象??３．?２氰酸酯树脂的改性研究??３．２．?１催化剂种类的选择??氰酸酯单体在加热的情况下，倾向于通过分子间反应生成三嗪环结构，但是事实上??三嗪环反应在无任何催化剂存在的情况下很难进行。研究表明，氰酸酯单体中存在的少??量水分以及在合成中残留下来的酚和金属离子等都可催化氰酸酯的固化，即在加热的条??件下，氰酸酯单体自身含有的活泼氢等杂质与单体发生反应，生成的中间体或产物对氰??酸酯的固化起到催化作用
【参考文献】：
期刊论文
[1]热熔预浸料预浸工艺研究[J]. 韩成智,张艺萌,凌辉,程雷. 玻璃钢/复合材料. 2014(05)
[2]国外空间反射镜材料及应用分析[J]. 刘韬,周一鸣,江月松. 航天返回与遥感. 2013(05)
[3]碳纤维复合材料在空间光学相机中的应用研究[J]. 安源,金光. 材料导报. 2012(11)
[4]树脂基复合材料成型工艺的发展[J]. 何亚飞,矫维成,杨帆,刘文博,王荣国. 纤维复合材料. 2011(02)
[5]碳纤维复合材料在航天领域的应用[J]. 李威,郭权锋. 中国光学. 2011(03)
[6]复合材料模压成型的工艺特性和影响因素分析[J]. 沃西源,薛芳,李静. 高科技纤维与应用. 2009(06)
[7]SiC空间反射镜材料及其表面改性技术现状分析[J]. 高劲松,申振峰,王笑夷,王彤彤,陈红,郑宣鸣. 中国光学与应用光学. 2009(02)
[8]空间主镜制备方法[J]. 王相京,陈结祥,张毅,涂碧海,赵平建,刘建国. 大气与环境光学学报. 2009(02)
[9]1.2m SiC主镜轻量化设计与分析[J]. 王富国,杨洪波,赵文兴,杨飞. 光学精密工程. 2009(01)
[10]碳纤维复合材料在光学遥感器中的应用探讨[J]. 盛磊,陈萍. 航天返回与遥感. 2008(03)
博士论文
[1]2m量级空间反射镜组件设计与优化[D]. 王书新.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2013
[2]氰酸酯树脂基体改性及其复合材料的研究[D]. 王结良.西北工业大学 2006
硕士论文
[1]碳纤维/氰酸脂树脂复合材料缠绕工艺与性能研究[D]. 魏海旭.哈尔滨工业大学 2015
[2]高陶瓷相Al/SiC复合材料化学镀镍工艺及质子辐照行为[D]. 周君.哈尔滨工业大学 2014
[3]空间相机2m口径SiC主镜的轻量化及支撑结构设计与分析[D]. 叶伟楠.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2011
[4]酚醛氰酸酯的固化反应、结构与性能的研究[D]. 耿向明.武汉理工大学 2007
[5]大口径空间灵巧望远镜系统中主反射镜的研究[D]. 赵洪波.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2007
本文编号：2970699
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１树脂浇铸体拉伸试样尺寸图??
２．?５．?２弯曲实验??树脂浇铸体弯曲实验按照ＧＢ／Ｔ?２５６７－２００８标准进行，试样的外观检查、状态调节??和尺寸的精确测量后在万能试验机上进行弯曲实验，试样形状如图２．３所示，环境温度??为（２３±２）?°Ｃ，相对湿度（５０±５）?％，速率为２ｍｍ／ｍｉｎ，实验结果取５个有效试样数据??的算术平均值。本实验中，取试样厚度／ｚ为４±０．２＿，宽度６为１５ｍｍ，长度／不小于??２０六。碳纤维／氰酸酯复合材料的弯曲实验按照ＧＢ／Ｔ?１４４９－２００５标准进行，条件与树脂浇??铸体相同，试样形状也相同，厚度Ａ为１？３ｍｍ，宽度６为１５±０．５ｍｍ，长度／最小为??２０／２。?????????］?Ｊ?１?ｂ??图２．３树脂浇铸体和复合材料弯曲试样形状图??２．?５．?３冲击实验??按照ＧＢ／Ｔ?２５６７－２００８树脂浇铸体冲击试验方法标准进行试样的外观检查、状态调??节和尺寸的精确测量，并在冲击试验机上测试冲击强度，试样尺寸如图２．４所示，环境??温度为（２３±２）?°Ｃ，相对湿度（５０±５）?％，实验结果取５个有效试样数据的算术平均值。??１８??
氰酸酯树脂与热固性树脂共聚的增軔原理与同热塑性树脂共混进行增軔类似，因此也会??影响氰酸酯树脂的耐热性和耐吸湿性等。基于以上原因，本文的研究抛开了以往的改性??思路，转而从树脂的分子结构角度出发改性氰酸酯树脂，如图３．１所示为氰酸酯树脂改??性前后分子构象的变化，这种改性手段采用了分子构象比较多的聚氨酯改性环氧树脂与??氰酸酯树脂共聚，增加了分子链段的自由体积，也降低了分子结构中三嗪环的含量，使??其在工艺条件下具有合适的粘度，得到对氰酸酯树脂增韧改性的效果，从而设计出满足??热熔预浸工艺和模压成型工艺条件的氰酸酯树脂材料。???（ａ）未改性氰酸酯树脂?（ｂ）改性氰酸酯树脂??图３．１氰酸酯树脂改性前后分子构象??３．?２氰酸酯树脂的改性研究??３．２．?１催化剂种类的选择??氰酸酯单体在加热的情况下，倾向于通过分子间反应生成三嗪环结构，但是事实上??三嗪环反应在无任何催化剂存在的情况下很难进行。研究表明，氰酸酯单体中存在的少??量水分以及在合成中残留下来的酚和金属离子等都可催化氰酸酯的固化，即在加热的条??件下，氰酸酯单体自身含有的活泼氢等杂质与单体发生反应，生成的中间体或产物对氰??酸酯的固化起到催化作用
【参考文献】：
期刊论文
[1]热熔预浸料预浸工艺研究[J]. 韩成智,张艺萌,凌辉,程雷. 玻璃钢/复合材料. 2014(05)
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[7]SiC空间反射镜材料及其表面改性技术现状分析[J]. 高劲松,申振峰,王笑夷,王彤彤,陈红,郑宣鸣. 中国光学与应用光学. 2009(02)
[8]空间主镜制备方法[J]. 王相京,陈结祥,张毅,涂碧海,赵平建,刘建国. 大气与环境光学学报. 2009(02)
[9]1.2m SiC主镜轻量化设计与分析[J]. 王富国,杨洪波,赵文兴,杨飞. 光学精密工程. 2009(01)
[10]碳纤维复合材料在光学遥感器中的应用探讨[J]. 盛磊,陈萍. 航天返回与遥感. 2008(03)
博士论文
[1]2m量级空间反射镜组件设计与优化[D]. 王书新.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2013
[2]氰酸酯树脂基体改性及其复合材料的研究[D]. 王结良.西北工业大学 2006
硕士论文
[1]碳纤维/氰酸脂树脂复合材料缠绕工艺与性能研究[D]. 魏海旭.哈尔滨工业大学 2015
[2]高陶瓷相Al/SiC复合材料化学镀镍工艺及质子辐照行为[D]. 周君.哈尔滨工业大学 2014
[3]空间相机2m口径SiC主镜的轻量化及支撑结构设计与分析[D]. 叶伟楠.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2011
[4]酚醛氰酸酯的固化反应、结构与性能的研究[D]. 耿向明.武汉理工大学 2007
[5]大口径空间灵巧望远镜系统中主反射镜的研究[D]. 赵洪波.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2007
本文编号：2970699
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