Απογραφή ερευνητικών σημείων πρόσβασης σε προηγμένα σύνθετα υλικά της αεροδιαστημικής
Τα σύνθετα υλικά και τα μέταλλα, τα πολυμερή και τα κεραμικά ονομάζονται τα τέσσερα κύρια υλικά. Σήμερα, το επίπεδο της βιομηχανίας σύνθετων υλικών μιας χώρας ή περιοχής έχει γίνει ένας από τους δείκτες για τη μέτρηση της τεχνολογικής και οικονομικής ισχύος της. Τα προηγμένα σύνθετα υλικά αποτελούν πηγή ανταγωνιστικού πλεονεκτήματος για την εθνική ασφάλεια και την εθνική οικονομία. Μεταξύ αυτών, οι εποξειδικές ρητίνες είναι εξαιρετικές ρητίνες που σκληρύνονται με αντίδραση. Στον τομέα των σύνθετων υλικών ενισχυμένων με ίνες, μεγάλο ρόλο παίζουν οι εποξειδικές ρητίνες. Συνδυάζεται με ίνες άνθρακα με βάση το PAN υψηλής απόδοσης, ίνες γυαλιού S ή E, ίνες αραμιδίου, ίνες πολυαιθυλενίου και ίνες βασάλτη, και γίνεται ένα αναντικατάστατο σημαντικό υλικό μήτρας και δομικό υλικό, το οποίο χρησιμοποιείται ευρέως στην ηλεκτρονική ενέργεια. αεροδιαστημική, αθλητικός εξοπλισμός, οπλισμός κτιρίων, αγωγοί πίεσης, χημικά αντιδιαβρωτικά και άλλα έξι πεδία. Αυτή η εργασία εστιάζει στην εγχώρια και ξένη κατάσταση των σύνθετων υλικών μήτρας προηγμένων ρητίνης αεροδιαστημικής και στα προβλήματα και τις κατευθύνσεις που μελετά η Κίνα.
Ενισχυτικές ίνες που χρησιμοποιούνται σε σύνθετα υλικά
Η σύγκριση απόδοσης διαφόρων υλικών ινών που χρησιμοποιούνται σε σύνθετα υλικά φαίνεται στον Πίνακα 1. Οι ιδιότητες ορισμένων υλικών συγκρίθηκαν. Μπορεί να φανεί από τον Πίνακα 1 ότι η ειδική αντοχή και το ειδικό μέτρο της ίνας γυαλιού μόνο αυξάνονται κατά 540 τοις εκατό και 31 τοις εκατό, αντίστοιχα, σε σύγκριση με τα μεταλλικά υλικά, και η βελτίωση των ινών άνθρακα είναι ακόμη πιο σημαντική. Σύμφωνα με αναφορές της βιβλιογραφίας, η θεωρητική αντοχή του μονοκρυσταλλικού γραφίτη που υπολογίζεται από την ενέργεια του δεσμού και την πυκνότητα του δεσμού είναι τόσο υψηλή όσο 150 GPa. Επομένως, οι δυνατότητες περαιτέρω ανάπτυξης των ανθρακονημάτων είναι πολύ τεράστιες. Ο βραχυπρόθεσμος στόχος της Toray Company της Ιαπωνίας είναι να δημιουργήσει αντοχή εφελκυσμού από ανθρακονήματα 8,5 GPa, συντελεστή 730 GPa. Περιττό να πούμε ότι οι ίνες άνθρακα θα εξακολουθήσουν να είναι το κύριο υλικό για τα περιβλήματα και τα ακροφύσια συμπαγών κινητήρων πυραύλων στο μέλλον.
Η ανάπτυξη άλλων εφαρμογών σύνθετων ανθρακονημάτων είναι πολλά υποσχόμενη, όπως συστήματα πέδησης αεροσκαφών και τρένων υψηλής ταχύτητας, σύνθετες κατασκευές πολιτικών αεροσκαφών και αυτοκινήτων, ρουλεμάν από ανθρακονήματα υψηλής απόδοσης, μεγάλα πτερύγια για ανεμογεννήτριες, αθλητικός εξοπλισμός (όπως σκι , ρακέτες, καλάμια ψαρέματος) κ.λπ. Με την επέκταση της κλίμακας παραγωγής ανθρακονημάτων και τη σταδιακή μείωση του κόστους παραγωγής, η εφαρμογή ανθρακονημάτων σε οπλισμένο σκυρόδεμα, νέες συσκευές θέρμανσης, νέα υλικά ηλεκτροδίων και ακόμη και καθημερινές ανάγκες θα επεκταθεί επίσης γρήγορα. Προκειμένου να συνεργαστώ με τους Ολυμπιακούς Αγώνες του Πεκίνου, η χώρα μου σχεδιάζει να αναπτύξει δυναμικά νέα δομικά υλικά CFRP και νέες αγορές υψηλής τεχνολογίας CFRP που σχετίζονται με την προστασία του περιβάλλοντος και τα καταναλωτικά αγαθά.
Το ανθρακόνημα είναι ένα υλικό υψηλής αντοχής, υψηλής αντοχής. Θεωρητικά, οι περισσότερες οργανικές ίνες μπορούν να γίνουν ίνες άνθρακα. Υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι οργανικών ινών που χρησιμοποιούνται στην πραγματικότητα ως πρώτες ύλες για ίνες άνθρακα: ίνα βισκόζης, ίνα πίσσας και ίνα πολυακρυλονιτριλίου. Οι περισσότερες από τις ίνες άνθρακα που χρησιμοποιούνται στα σημερινά δομικά μέρη του κινητήρα πυραύλων στερεών είναι κατασκευασμένες από ίνες πολυακρυλονιτριλίου.
Σύνθετα μήτρας ρητίνης αεροδιαστημικής
Σύμφωνα με σχετικά στοιχεία, κάθε 1 κιλό της μάζας του διαστημικού σκάφους μπορεί να μειώσει το βάρος του οχήματος εκτόξευσης κατά 500 κιλά και το κόστος μιας εκτόξευσης δορυφόρου είναι δεκάδες εκατομμύρια δολάρια. Ο παράγοντας υψηλό κόστος καθιστά τα δομικά υλικά ελαφριά σε βάρος και υψηλή απόδοση. Το συμπαγές κάλυμμα κινητήρα με βάση την εποξειδική ένωση που κατασκευάζεται με τη διαδικασία περιέλιξης νήματος είναι ανθεκτικό στη διάβρωση, την υψηλή θερμοκρασία και την ακτινοβολία και έχει χαμηλή πυκνότητα, καλή ακαμψία, υψηλή αντοχή και σταθερό μέγεθος. Για παράδειγμα, οι κεφαλές πυραύλων και τα φέρινγκ δορυφόρων, τα ανθεκτικά στη θερμότητα υλικά για διαστημόπλοια και τα υποστρώματα συστοιχιών ηλιακών κυψελών είναι όλα κατασκευασμένα από υλικά ενισχυμένα με ίνες εποξειδικής και εποξειδικής φαινολικής βάσης. Για την εξέταση της αεροδιαστημικής πτήσης και την ασφάλειά της, ως δομικό υλικό, θα πρέπει να έχει μικρό βάρος, υψηλή αντοχή, υψηλή αξιοπιστία και σταθερότητα, και το σύνθετο υλικό από εποξειδικές ίνες άνθρακα έχει γίνει απαραίτητο υλικό.
Τα ενισχυτικά υλικά που χρησιμοποιούνται σε εποξειδικά σύνθετα υλικά υψηλής απόδοσης είναι κυρίως ίνες άνθρακα (CF) και υβριδικές ίνες CF και ίνες αραμιδίου (K-49) ή ίνες γυαλιού υψηλής αντοχής (S-GF). Η εποξειδική ρητίνη που χρησιμοποιείται ως υλικό μήτρας αντιπροσωπεύει περίπου το 90 τοις εκατό της σύνθετης ρητίνης υψηλής απόδοσης. Η διαδικασία χύτευσης των σύνθετων υλικών υψηλής απόδοσης υιοθετεί ως επί το πλείστον μονής κατεύθυνσης προεμποτισμό ξηρής διάταξης και σκλήρυνση και χύτευση σε αυτόκλειστο. Τα εποξειδικά σύνθετα υλικά υψηλής απόδοσης έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως σε διάφορα αεροσκάφη. Λαμβάνοντας ως παράδειγμα τις Ηνωμένες Πολιτείες, στη δεκαετία του 1960, χρησιμοποιήθηκαν σύνθετα υλικά βόριο/εποξειδικά για δέρματα αεροσκαφών και επιφάνειες λειτουργίας. Λόγω του υψηλού κόστους των ινών βορίου, τα σύνθετα άνθρακα/εποξειδικά υλικά μετατράπηκαν σε σύνθετα άνθρακα/εποξειδικά στη δεκαετία του 1970 και αναπτύχθηκαν γρήγορα. Μπορεί να χωριστεί χονδρικά σε τρία στάδια. Το πρώτο στάδιο εφαρμόζεται σε εξαρτήματα με μικρή δύναμη, όπως διάφορες επιφάνειες ελέγχου, επιφάνειες πηδαλίου, αεροτομές, πτερύγια, πτερύγια, πλάκες έλξης, πόρτες του συστήματος προσγείωσης, καλύμματα κινητήρα και άλλες δευτερεύουσες δομές. Το δεύτερο στάδιο εφαρμόζεται σε δομικά μέρη με μεγάλο φορτίο, όπως σταθεροποιητές, οριζόντιες ουρές πλήρους κίνησης και κύρια φέροντα δομικά φτερά. Το τρίτο στάδιο εφαρμόζεται σε σύνθετες κατασκευές με πίεση, όπως άτρακτο, κεντρικό κιβώτιο πτερυγίων κ.λπ. Γενικά, η απώλεια βάρους μπορεί να είναι 20 τοις εκατό έως 30 τοις εκατό . Επί του παρόντος, η ποσότητα των σύνθετων υλικών στα στρατιωτικά αεροσκάφη έχει φτάσει περίπου το 25 τοις εκατό του βάρους της δομής, αντιπροσωπεύοντας το 80 τοις εκατό της επιφάνειας του σώματος. Υπάρχουν πολλά παραδείγματα εφαρμογής εποξειδικών σύνθετων υλικών υψηλής απόδοσης σε ξένα στρατιωτικά και πολιτικά αεροσκάφη.
Εκτός από τα αφαιρετικά σύνθετα υλικά στην αεροδιαστημική βιομηχανία, χρησιμοποιούνται επίσης ευρέως σύνθετα υλικά υψηλής απόδοσης. Για παράδειγμα, μετά την υιοθέτηση του C/EP, ο κώνος της καμπίνας οργάνων του πυραύλου Trident μπορεί να μειώσει το βάρος κατά 25 τοις εκατό έως 30 τοις εκατό και να εξοικονομήσει εργασία κατά περίπου 50 τοις εκατό. Χρησιμοποιείται επίσης ως στήριγμα οργάνων και 55 βοηθητικά δομικά μέρη όπως στήριγμα γυροσκοπίου, δακτύλιος στήριξης κυλίνδρου εκτίναξης, στήριγμα κυλίνδρου εκτίναξης, εσωτερική στήριξη συσκευής αδράνειας και υποστήριξη μπαταρίας στο βλήμα Trident. Λόγω μείωσης βάρους, η αυτονομία αυξάνεται κατά 342 χλμ. Οι ασπίδες και τα ενδιάμεσα στάδια για πυραύλους Delta κατασκευάζονται επίσης από την C/EP. Οι κεραίες, οι βραχίονες κεραίας, τα πλαίσια ηλιακών κυψελών και τα φίλτρα μικροκυμάτων σε αμερικανικούς δορυφόρους και αεροσκάφη παράγονται όλα από την C/EP. Το C/EP χρησιμοποιείται για την κατασκευή δομής στήριξης κεραίας και δομής μεγάλου χώρου στο Intelsat V. Το διαστημόπλοιο Air Voyager χρησιμοποιεί K-49/EP για τους υποανακλαστήρες κεραίας υψηλής απολαβής και το εσωτερικό και το εξωτερικό δέρμα της δομής σάντουιτς κηρήθρας. Το διαστημικό λεωφορείο χρησιμοποιεί σύνθετα υλικά Nomex κηρήθρας C/EP για την κατασκευή μεγάλων καταπακτών, δομικών πλαισίων καμπίνας ουράς C/EP κ.λπ.
