Situación actual y progreso de la investigación de la tecnología de fibra de carbono para aplicaciones aeroespaciales

Estado de la técnica y desarrollo de la fibra de carbono

Fibra de carbono y su aplicación en el campo aeroespacial.La razón por la que la fibra de carbono se puede utilizar ampliamente en el campo aeroespacial se debe principalmente a las siguientes ventajas:

Los compuestos de fibra de carbono pueden cumplir los requisitos de alta rigidez de las naves espaciales

Debido a que las naves espaciales, como los satélites, deben soportar una aceleración extremadamente alta y una fuerte vibración durante el lanzamiento, la consideración principal en el diseño de la estructura del satélite es resolver el problema de rigidez bajo la condición de satisfacer la fuerza. Sólo la estructura de alta rigidez puede garantizar la estructura del satélite. Integridad y funcionalidad. En general, el módulo unidireccional de los compuestos de fibra de carbono es 5 - 7 veces mayor que el de las aleaciones de aluminio. Por lo tanto, los compuestos de fibra de carbono de alto módulo son los mejores materiales para satisfacer los requisitos de rigidez estructural de naves espaciales como los satélites.

Los compuestos de fibra de carbono pueden cumplir los requisitos de estabilidad dimensional de las naves espaciales

El principal problema de las naves espaciales en el entorno espacial es la alternancia de alta y baja temperatura. Por ejemplo, cuando un satélite está en órbita geoestacionaria, su temperatura máxima es de 120 °C y su temperatura mínima es de - 160 °C. Los componentes de la estructura del satélite requieren una alta precisión y estabilidad dimensional en entornos alternativos de alta y baja temperatura. Los compuestos con un coeficiente de expansión térmica cercano a cero se pueden obtener mediante el uso de fibra de carbono como material de refuerzo y un diseño de recubrimiento razonable. Con el fin de satisfacer las necesidades de estabilidad dimensional de la nave espacial en el entorno de alta y baja temperatura.

Los compuestos de fibra de carbono pueden cumplir los requisitos de las naves espaciales ligeras

Las naves espaciales utilizan aproximadamente 5 millones de dólares por tonelada de combustible. El transporte de grandes cantidades de combustible aumentará el peso de despegue y vuelo de las naves espaciales, as í como los costos de fabricación y vuelo de las naves espaciales. Se estima que por cada kilogramo de masa ahorrada por satélite, el vehículo de lanzamiento puede ahorrar 500 kilogramos de combustible y 20.000 dólares en costos de lanzamiento. En comparación con los materiales metálicos, los compuestos de fibra de carbono no sólo satisfacen la Alta rigidez y estabilidad dimensional de las naves espaciales, sino que también tienen un efecto ligero significativo, lo que contribuye a reducir los costos de lanzamiento y funcionamiento.

En comparación con las excelentes propiedades anteriores, la fibra de carbono también tiene algunos factores limitantes. La siguiente tabla muestra las propiedades mecánicas de las fibras de carbono comerciales comunes.

De acuerdo con el módulo de tracción, los productos de fibra de carbono se dividen en módulo estándar (230 GPA), módulo medio (294 GPA) y módulo alto (más de 350 GPA). No es difícil ver en la tabla que la resistencia a la tracción de las fibras de carbono de módulo alto es generalmente menor que la de las fibras de carbono de módulo medio como t800h y t800s. Por ejemplo, las fibras de carbono de grado m40j tienen una resistencia máxima de sólo 4.400 MPA, lo que da lugar a fibras de carbono de alto módulo a base de pan. El alargamiento a la rotura es inferior o igual al 1,2%, lo que reducirá aún más el alargamiento a la rotura y la resistencia al impacto de los compuestos de fibra de carbono de alto módulo. En los últimos años, la mayoría de las investigaciones y avances en el campo de la fibra de carbono de alto módulo a base de PAN se han centrado en la mejora de la resistencia a la rotura y el alargamiento de la fibra.