目前所常用的环氧树脂材料存在着低温下容易产生微裂纹、耐高温能力较差、抗剥离能力较差等明显缺点,航天器在外太空内会受到各种环境空间条件的强烈作用,而其中的低温、高真空等极度恶劣的环境条件会破坏高分子材料中的化学键。同时宇宙空间的高能射线和粒子可能对环氧树脂等不导电物质的表面形成局部放充电,其电位差非常大,甚至大到可以形成电弧。产生的电磁干扰会毁坏航天器内部的各种光学与电子仪器,造成无法挽回的严重后果。
所以,导电改性环氧树脂等树脂体系,减少航天器在轨运行期间表面材料与等离子体相互发生作用所形成的表面充放电效应,扩展航天器中树脂基复合材料的实际应用范围,减少复合导电高分子材料的电磁损耗,增强其电磁屏蔽与电导性等性能,这些都是研究的重点。
1.1 航天器上树脂材料的背景及其发展历史
树脂基型复合材料,也叫纤维增强型塑料。是目前全世界最为广泛应用且技术成熟的一类复合材料。其采用连续或短切纤维与其织物,增强热固性、热塑性树脂基体并复合最终而成。在世界范围内,将玻璃纤维作增强相的树脂基型复合材料已形成成熟产业。
1932年,美国第一次出现了树脂基型的复合材料。二十世纪40年代中期,用手糊的成型方法制成了玻璃纤维增强型聚酯的军用飞机雷达罩。其后,1944年3月,一架由美国莱特空军发展中心设计制造的,机身与机翼由玻璃纤维增强树脂制造的飞机,于莱特-帕特空军基地成功试飞。继1946年纤维缠绕成型技术出现提供了玻璃缠绕压力容器的技术基础之后,1949-1961年期间相继研制成功玻璃纤维预混料、真空袋与压力带成型工艺、北极星与土星等大型固体火箭发动机的壳体以及片状模塑料等,使得树脂基复合材料技术更为成熟,应用领域更为广泛。1963年前后,多国先后研究开发了可连续生产的、高产量且大幅宽的玻璃纤维型复合材料生产线,使复合材料制造品第一次实现量产。复合材料从20世纪60年代发展,并开始应用于航天器结构。截至目前,世界上普遍将环氧树脂作为航天器结构用复合材料的基体材料。
1.2 航天器上树脂材料的发展现状
据有关资料显示,每减少 航天飞行器的质量,便可减少 运载火箭的治疗。因此,高性能而质轻的材料便尤为重要。环氧树脂等树脂体系作为重要的航天器结构用材料而广泛应用于航天领域。这种材料制造的固体发动机罩具有耐高温、辐射、腐蚀,且刚性好、强度高、密度小、尺寸稳定等优点,而卫星整流罩与太阳能电池阵基板等也大多采用环氧基树脂复合材料制造。环氧基树脂型复合材料因为其高可靠性与稳定性,以及其质轻高强的特点,成为了航天器结构的主流材料。
然而航天器在轨服务时会直接面临太空中的各种极端恶劣环境,低温且高真空条件下的带电粒子辐辐照与太阳电磁辐照可能会破坏航天器高分子材料的化学键,甚至可能产生机械性能高度恶化、质量丢失等严重后果。
1.3 石墨烯材料的背景及其发展历史
1.4 石墨烯材料的现状与研究进展
1.5 本文的研究内容
本课题主要是对航天器上的结构性树脂材料的结构和电磁性质进行文献调研,探索结构性树脂的结构与电磁性质之间的联系,并尝试利用石墨烯材料与结构性树脂材料的的结构与性能的关系,设计与合成具有良好导电性与磁屏蔽功能的新型航天用树脂材料。
本文的结构如下:
第一章主要简单介绍了航天器上树脂材料的发展历史源]自\优尔|文}论(文]网[www.youerw.com,研究背景,及其发展现状,同时也介绍了石墨烯材料的发展历史与研究进展。