国产高模量碳纤维抗真空紫外辐照性能试验研究-论文.pdf

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1、第30卷第4期航天器环境工程2013年8月SPACECRAFTENVIR0NMENTENGINEERING397国产高模量碳纤维抗真空紫外辐照性能试验研究陈维强，张玉生，黎昱，彭得群，吴晓宏(1．北京卫星制造厂，北京100190；2哈尔滨工业大学应用化学系，哈尔滨150001)摘要：通过地面模拟试验研究了真空紫外辐照对国产BHM3高模量碳纤维质量损失率的影响，并采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和x射线光电子能谱(XPS)仪对辐照前后的样品进45-4~观分析。结果表明，随着真空紫外辐照剂量增加，碳纤维质损率呈现先增

2、加后平缓现象，质量损失率较少；紫外辐照作用前后碳纤维表面形貌和元素组成基本未变，说明其具有良好的抗紫外辐照性能。关键词：真空紫外辐照；高模量碳纤维；质量损失；表面形貌；元素组成；地面试验研究中图分类号：V259：T0342．7文献标志码：A文章编号：1673—1379(2013)04—0397-04DoI：10．3969~．issn．1673-1379．2013．04．0110引言l试验材料和方法航天器在轨期间会受到真空、紫外、带电粒1．1试验材料子、热循环、原子氧等环境因素作用[1-51，使其表试验材料为国产BHM3高模量碳纤维。

3、面材料性能退化，尤其真空紫外辐照对有机材料1．2试验方法损伤较大。紫外辐照在太阳总辐射能中所占比例按照行业标准oJ1558—1988《真空中材料挥很小，但其影响不可忽视：紫外作用于材料表面，发性能测试方法》规定，在紫外辐照环境模拟设备将导致材料内的分子产生光致电离和光致分解效上进行碳纤维材料的性能测试。辐照光谱为真空紫应，进而可能会引起航天器表面高分子的活化以及化学键的断裂。。美国NASA的LDEF试验外谱段，辐照波长范围10~200nm，70mm范围平台和俄罗斯“和平号”空间站的搭载试验结果内辐照不均匀度≤10％。在辐照前及曝辐照

4、度达到100ESH、200ESH、500ESH和1000ESH(ESH表明，在低地球轨道空间环境中，真空紫外辐照对无保护层的聚合物材料具有极强的破坏作用：为等效太阳小时)时，分别对材料进行性能测试。试样的颜色会发生改变，并有明显的质量损失和1．2．1碳纤维质损率测量析气现象发生Il引。采用Sartorius公司的MC2S高精度微量天平碳纤维具有比强度和比模量高、耐腐蚀能力强、进行质量损失测量，测量精度为10～g。分别测量尺寸稳定性好及热膨胀系数低等优点，作为航空、辐照前后试样的质量，每个试样测量6次，取平均值后按以下公式计算质损率：

5、航天增强树脂基结构材料，在卫星结构、反馈天线、精密光学仪器及飞机结构件中获得大量应用。本文。=[(^磊一M0／×100％。(1)采用地面模拟技术研究国产BHM3高模量碳纤维对式中：为真空紫外辐照前试样的质量，g；真空紫外辐照环境的适应性，掌握其在真空紫外辐为真空紫外辐照后试样的质量，g。照环境下的质量损失率，以及表面组成、形貌和微1．2．2表面形貌分析观结构的变化规律，为国产碳纤维在航天器复合材采用日立公司的S-570型扫描电镜(SEM)观料结构上的应用提供依据。察碳纤维表面裂纹、附着物、微孔分布等形貌和收稿日期：2013—05—1

6、8；修回日期：2013—07—08基金项目：航天创新基金重点项目(编号：CASC200906)作者简介：陈维强(1975～)，男，硕士学位，高级工程师，主要从事卫星复合材料结构的研制以及国产高模量碳纤维的评价工作。E—mail：chenwq．529@163．com。第4期陈维强等：国产高模量碳纤维抗真空紫外辐照性能试验研究3992．3真空紫外辐照对碳纤维表面组成的影响小于1．0％的要求；、褂籁02)SEM和AFM分析表明，真空紫外辐照前后图4是真空紫外辐照前后BHM3高模量碳纤国产BHM3高模量碳纤维表面形貌基本未变；维表面的XPS

7、全谱图。可通过谱图中的元素特征3)XPS分析表明，真空紫外辐照前后国产光电子峰和结合能推断碳纤维表面的组成元素，及BHM3高模量碳纤维表面的元素组成基本未变。其存在形式和变化情况。表1中列出了由XPS分上述研究结果说明国产BHM3高模量碳纤维析得到的真空紫外辐照前后BHM3高模量碳纤维具有良好的抗真空紫外辐照性能。表面的C、O、N元素质量分数变化情况。参考文献(References)[1]SkuratVE，DorofeevYI，BarbashevEA，eta1．Simulationofpolymerfilmandsurfacebeh

8、aviorinaspaceenvironment[J]．AppliedSurfaceScience．1996(92)：441-446[2]ZangZ，GuS，ShiL，eta1．Studyonspacecraftanomalycaus