Situation actuelle et progrès de la recherche sur les fibres de carbone utilisées dans l'aérospatiale

État actuel de la technologie et progrès de la recherche sur les fibres de carbone

Carbon Fiber and Its Application in Aerospace.La fibre de carbone est largement utilisée dans l'aérospatiale en raison des avantages suivants:

Les composites de fibres de carbone peuvent satisfaire aux exigences de rigidité élevée des engins spatiaux.

Étant donné que les engins spatiaux, tels que les satellites, doivent supporter une surcharge d'accélération extrêmement élevée et de fortes vibrations pendant le lancement, la principale considération de la conception de la structure des satellites est de résoudre le problème de rigidité à condition que la résistance soit satisfaite. Seule une structure à haute rigidité peut garantir la structure du satellite. Intégrité et fonctionnalité. En général, le module unidirectionnel des composites de fibres de carbone est 5 à 7 fois plus élevé que celui des alliages d'aluminium. Par conséquent, les composites de fibres de carbone à haut module sont les meilleurs matériaux pour répondre aux exigences de rigidité structurale des engins spatiaux tels que les satellites.

Les composites de fibres de carbone peuvent satisfaire aux exigences de stabilité dimensionnelle des engins spatiaux.

Le principal problème du fonctionnement des engins spatiaux dans l'environnement spatial est l'alternance de températures élevées et basses. Par exemple, lorsque le satellite est en orbite géostationnaire, sa température maximale est de 120 °C et sa température minimale est de - 160 °C. Les éléments structuraux du satellite exigent une grande précision et une grande stabilité dimensionnelle de la structure dans un environnement alternatif à haute et basse température. Les composites dont le coefficient de dilatation thermique est proche de zéro peuvent être obtenus en utilisant la fibre de carbone comme matériau de renforcement. Afin de satisfaire aux exigences de stabilité dimensionnelle des engins spatiaux dans un environnement alternatif à haute et basse température.

Les composites de fibres de carbone peuvent satisfaire aux exigences des engins spatiaux légers.

Le coût du carburant utilisé par les engins spatiaux est d'environ 5 millions de dollars la tonne. Le transport de grandes quantités de carburant augmentera la masse au décollage et au vol de l'engin spatial et augmentera considérablement ses coûts de fabrication et de vol. On estime que pour chaque kilogramme de masse économisé par satellite, le lanceur pourrait économiser 500 kilogrammes de carburant et réduire les coûts de lancement de 20 000 dollars. Par rapport aux matériaux métalliques, les composites de fibres de carbone non seulement répondent à la rigidité élevée et à la stabilité dimensionnelle des engins spatiaux, mais ils ont également un effet de légèreté remarquable, ce qui contribue à réduire les coûts de lancement et d'exploitation.

Par rapport à l'excellente performance ci - dessus, la fibre de carbone a également certains facteurs limitatifs. Le tableau ci - dessous montre les propriétés mécaniques des fibres de carbone couramment utilisées dans le commerce.

Selon le module de traction, ses produits en fibre de carbone sont divisés en module standard (230 GPA), module moyen (294 GPA) et module élevé (plus de 350 GPA). Il n'est pas difficile de voir dans le tableau que la résistance à la traction des fibres de carbone à module élevé est généralement inférieure à celle des fibres de carbone à module moyen t800h, t800s, etc. Par exemple, les fibres de carbone de la classe m40j ont une résistance maximale de seulement 4400 MPa, ce qui donne des fibres de carbone à haut module à base de PAN. L'allongement à la rupture est inférieur ou égal à 1,2%, ce qui réduit encore l'allongement à la rupture et la ténacité à l'impact des composites de fibres de carbone à haut module. Au cours des dernières années, les recherches et les percées dans le domaine des fibres de carbone à haut module à base de Polyacrylonitrile se sont concentrées sur l'amélioration de la résistance et de l'allongement à la rupture des fibres.