耐空间辐射环氧树脂基碳纤维增强复合材料制备与性能

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.230354

摘要/Abstract

摘要：

在空间环境中，原子氧辐照、紫外线辐照等空间射线会影响空间结构用复合材料的性能和使用寿命，制备耐空间辐照的复合材料对空间结构的运行安全尤为重要。以具有较高力学性能、较好的工艺性能的耐空间辐射环氧树脂为基体，以T300碳纤维为增强体，采用热熔法制备了单位面积纤维质量为（35±2） g/m²的超薄预浸料。采用超薄预浸料制备耐空间辐射复合材料层合板，表征了复合材料层压板的耐原子氧性能、耐紫外辐照性能和真空逸出等性能。实验结果表明，经5×10²⁰ atoms/cm²积分通量的原子氧侵蚀后，复合材料0（°）拉伸强度和90（°）拉伸强度分别下降11%和5.5%，质量损失0.32%。经总剂量为3000 ESH紫外辐照后，复合材料0（°）拉伸强度下降1.6%，90（°）拉伸强度提高14.3%。真空环境下24 h，复合材料的总质量损失（TML）＜1%，可凝挥发物＜0.1%（材料置于125 ℃，低于7×10^-3 Pa）。本文制备的碳纤维增强复合材料具有优异的耐空间辐照性能，保持了较高的力学性能，可作为航天大型空间结构用复合材料。

关键词: 空间结构, 复合材料, 力学性能, 耐空间辐照

Abstract:

The properties and service life of composite materials used for space structure are affected by atomic oxygen irradiation， ultraviolet radiation and other space rays in the space environment. It′s important to prepare a composite material with space radiation resistance for the operation safety of space structure. Here， the ultra-thin prepreg with fiber mass per unit area of （35±2） g/m² was prepared by using the space radiation resistant epoxy resin as the matrix and carbon fiber （T300） as the reinforcement. The space radiation resistant composite laminates were prepared by ultra-thin prepreg， and the atomic oxygen resistance， ultraviolet radiation resistance and vacuum escape properties of the composite laminates were characterized. The results indicate that the tensile strength of 0（°） and 90（°） decreased by11% and 5.5%， respectively， and mass loss less than 0.35% after exposure under atomic oxygen （5×10²⁰ atoms/cm²）. After UV exposure （3000 ESH）， the tensile strength of 0（°） loss 1.6%. However， the tensile strength of 90（°） increased from 65.9 to 75.3 MPa. In addition， the Total Mass Loss （TML） and Collected Volatile Condensable Materials （CVCM） of the composite from outgassing in a vacuum environment for 24 h are less than 1% and 0.1%， respectively（the material is placed at 125 ℃， less than 7×10^-3 Pa）. The carbon fiber reinforced composites prepared in this paper have excellent resistance to space radiation and can be used as candidate composite materials for large-scale space structures.

Key words: Space structure, Composite, Mechanical property, Space radiation

中图分类号:

O636

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图/表 4

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Test	Layering	Width/mm	Length/mm	Thickness/mm	Length of stiffener/mm
Tensile of 0（°）	［0（°）］₈	15	250	1.0	56
Tensile of 90（°）	［90（°）］₁₆	25	175	2.0	25

Test	Layering	Width/mm	Length/mm	Thickness/mm	Length of stiffener/mm
Tensile of 0（°）	［0（°）］₈	15	250	1.0	56
Tensile of 90（°）	［90（°）］₁₆	25	175	2.0	25

Sample	Tensile strength at 90（°）/MPa		Tensile strength at 0（°）/MPa
Sample	Before AO exposure	After AO exposure	Before AO exposure	After AO exposure
1	64.7	63.8	1 827	1 605
2	67.3	60.2	1 799	1 638
3	68.2	62.9	1 835	1 591
4	66.6	64.9	1 801	1 598
5	64.8	61.7	1 812	1 621
6	63.7	60.2	1 802	1 615
Average value	65.9±1.7	62.3±1.9	1 813±15	1 611±17

Sample	Tensile strength at 90（°）/MPa		Tensile strength at 0（°）/MPa
Sample	Before AO exposure	After AO exposure	Before AO exposure	After AO exposure
1	64.7	63.8	1 827	1 605
2	67.3	60.2	1 799	1 638
3	68.2	62.9	1 835	1 591
4	66.6	64.9	1 801	1 598
5	64.8	61.7	1 812	1 621
6	63.7	60.2	1 802	1 615
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