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碳纤维复合材料C波段天线反射面（上） 2011-06-10 北京空间机电研究所, 沃西源 , 房海军摘要：简述了碳纤维复合材料C波段天线的组成，着重对天线反射面制造工艺过程、材料选择及特性、铺层分析、成型模具设计、固化成型工艺参数选择和产品质量控制等内容进行了分析1 前 言碳纤维复合材料是一种新型结构材料，与金属材料相比具有较高的比强度、比刚度、热膨胀系数小、阻尼性能好等优点，且可按制件在不同方位受力大小进行铺层设计，工艺上可以整体成型，减少零件数目，因此近年来在航天器上得到日益广泛的应用天线是任何卫星都不可缺少的星载设备天线移种分类方法，按天线形状分类，通常可分为线天线、喇叭天线、反射面天线和阵列天线等无论是哪种类型的天线，由于其反射面的曲面精度和尺寸稳定性会直接影响天线的增益，因此天线反射面研制过程中一个重要任务是如何来保证反射面的型面精度和尺寸稳定性本文以我单位研制的C 波段天线反射面为例，分别从制造工艺过程、材料选择及特性试验、铺层分析、成型模具设计、固化成型工艺参数选择和产品质量控制等内容进行分析，为确保天线反射面研制质量奠定基础本研究成果已用于某通信卫星抛物面天线中，经受多次飞行试验考验，取得满意的结果。

2. C波段天线的组成及主要技术指标2.1 C波段天线的组成c波段天线主要由天线反射面、加强筋、角锥喇叭、连接法兰和下法兰组成，见图1其中，天线反射面由碳／环氧面板、铝蜂窝芯和各种预埋件等零件采用真空袋-- 热压罐法胶接成型工艺复合成蜂窝夹层结构；加强筋、角锥喇叭、连接法兰通过采用碳／环氧预浸料按照铺层设计要求进行手工铺层，然后再按工艺要求进行模压成型；下法兰采用铝金属机加成型最后，通过组装成型模对天线反射面、加强筋、角锥喇叭、连接法兰和下法兰五个部分定位，采用胶接工艺组成一整体结构2.2 主要技术指标c波段天线主要技术指标为：①天线反射面形状法向偏差不大于0.3 mm（均方根值）；②确定抛物面焦点位置，实测焦点与理论焦点的空间位置偏差不大于0.5 mm；③角锥喇叭每侧面平面度不大于0.2mm ；④纤维体积含量63±3% ；⑤对复合材料结构进行无损探伤，不允许有气泡、分层和夹杂3 主要研究内容3.1 C波段天线的制造工艺c波段天线主要由天线反射面及其它支撑结构组成本文着重介绍其反射面型面精度和尺寸稳定性控制，根据我单位承担某型号任务要求，其天线反射面的制造工艺流程，见图23.2 材料的选择及其特性由于天线反射面必须能够反射电磁波，蜂窝夹层结构复合材料中面板材料必须由导电材料制成。

碳纤维具有良好的导电性能，且具有良好的力学性能沿高模量碳纤维轴向的热膨胀系数为-0.7x10-6／℃， 而其垂直于纤维方向的热膨服系数为23x10-6 ／℃ 它具有明显的各向异性特点，可通过工艺设计，满足各种天线反射面的性能要求实践表明碳纤维是天线反射面面板材料的理想选择之一Kevlar-49纤维同样具有良好的力学性能，从结构性能角度考虑也是天线面板材料的理想选择但由于其不导电，当用于天线反射面时，必须对其反射表面进行金属化处理由此可知，天线反射面的结构设计与所用材料性能有着密切的关系选用不同的材料会使天线反射面的结构特性有很大的差异，为了满足C波段天线结构的设计要求，在进行了大量的材料性能试验的前提下，最终选用材料的性能测试结果列于表1 至表 5 中3.3 天线反射面面板铺层分析在传统的蜂窝夹层结构复合材料天线反射面中，碳纤维通常制备成预浸无纬布或平纹织物预浸料使用由于面板和蜂窝芯子各向异性容易造成反射面在外载荷下产生翘曲变形，所以反射面面板一般按准各向同性铺层设计要求进行选择预浸无纬布一般选择以[0 ／± 45/90]T或[0/ 45/90]T铺层形式，有时也选择[0／± 60]T 的铺层形式；平纹碳布一般选择「0/45 」T 铺层形式。

蜂窝夹层结构还应设计研制成沿中面对称铺层一般情况下正六边形的蜂窝芯子的各向异性对反射面型面精度的影响是不可忽略的在研制中一般采取将蜂窝芯子加工成分片结构，然后在专用型面模具上将各片蜂窝芯子进行拼接，其蜂窝夹层结构纵向热膨胀系数为1.62 × 10-6／℃，横向热膨胀系数为1.84 ×10-6/ ℃3.4 天线反射面的成型模具设计天线反射面的成型模具是根据成型工艺方案和设计图纸要求进行设计的在研制过程中，又根据实际使用情况作了局部修改，其主要考虑的内容有：①天线反射面结构中面板采用M40/环氧 648 预浸料铺叠成型，其固化温度与脱模温度（室温）存在较大差异若固化成型工艺过程中使用模具材料热膨胀系数较大，则会造成面板中存在较大的残余变形，故对一般精度要求的反射面可采用铸铁模具，对精度要求高的反射面则应采用殷钢或复合材料模具；②模具结构要有足够的强度和刚度，耐高温性能好，操作简单，脱模方便；③天线反射面型面精度要求为0.3 mm，因此模具需在精确编程后的数控车床上完成，且制得的模具型面精度小于0.15mm 3.5 天线反射面的重量控制卫星结构对天线分系统重量有严格要求，抛物面天线反射面的研制过程中一个重要的内容是在保证其型面精度和尺寸稳定性的前提下，尽可能减少天线反射面的重量，主要控制如下内容：①为减少抛物面天线反射面在制造过程中和在轨温度环境下的变形，如采用平纹织物，至少需2 层平纹织物布。

一般情况下可采用 [0 ／± 45/90]T4层预浸无纬布， 有附也可采用[0/ ±60]T3 层预浸无纬布， 以保证其准各向同性铺层形式；②抛物面天线结构的面板与蜂窝芯子之间采用中温固化结构胶粘剂胶接，一般均采用底胶和胶膜为严格控制反射面重量，应对胶膜的厚度要求和底胶用量加以严格控制；③为确保反射面的结构刚度，通过优化选择蜂窝芯子的规格和高度来控制反射面的重量；④为减小反射面不同部位在轨温度梯度，必须采取热控措施，为此还应严格控制热控材料或零件的使用重量3.6 固化成型工艺参数选择复合材料固化成型工艺参数主要包括升温速率、真空度、加压时机和压力、固化温度和保温时间及降温速率等固化成型工艺参数的合理选择能够保证复合材料制品中树脂含量、减少制品中的孔隙率、提高复合材料性能，从而保证产品质量目前，复合材料固化成型工艺参数主要通过试验取得，其技术主要包括流变测量技术、热分析技术、波谱分析技术、 色谱分析技术和动态分析技术等我单位复合材料固化成型工艺参数主要以树脂材料的DSC曲线分析，并通过不断尝试进行优化固化工艺参数，最终得到合适的固化工艺曲线，经实施效果甚好责编： 翟静Email ： news@ ： 400-880-6780 碳纤维：新材料之王踏上征途 2011-06-10 本周四， A 股再度跌破2700 点让很多个股很受伤，连续下跌也令市场各方噤若寒蝉。

本周四， A股再度跌破2700 点让很多个股很受伤，连续下跌也令市场各方噤若寒蝉正是在这样的恐慌中，以大橡塑、中钢吉炭为代表的碳纤维股强势上攻，为大盘带来一些生机被业内人士誉为“新材料之王”的碳纤维，由于它的“外柔内刚”，已成为重要的战略物资碳纤维：新材料之王碳纤维是一种含碳量在95% 以上的新型纤维材料，它是用一些含碳的有机纤维，如腈纶丝、 沥青及粘胶纤维等做原料，跟塑料树脂结合在一起，放在惰性气体中，经碳化而成的新型纤维材料碳纤维具有出色的力学性能和化学稳定性，是目前已大量生产的高性能纤维中具有最高的比强度和最高的比模量的纤维此外，碳纤维还兼有其他多种优良性能，如低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、震动衰减性高、电及热导性高、热膨胀系数低、X 光穿透性高，非磁体但有电磁屏蔽性等，可以称之为新材料之王因此可以广泛应用于飞机制造等军工领域、风力发电叶片等工业领域、GOLF球棒等体育休闲领域国内需求基本依赖进口世界碳纤维格局：发达国家成熟产业，行业集中度高世界碳纤维的生产主要集中在日本、英国、美国、法国、韩国等少数发达国家，主要生产商为日本的东丽、东邦人造丝、三菱人造丝三大集团，三家企业就占据了世界78% 左右的产量。

从需求情况来看，世界碳纤维的消费结构集中在工业应用、航天航空和体育休闲三个方面，目前工业应用约占总消费量的58% ；航空航天方面应用约占23% ，体育运动器材应用约占19% 1991-2009 年，碳纤维在工业应用领域的消耗是持续增长的，航空航天领域基本保持平衡，而体育用品在碳纤维应用的比例则持续下降，碳纤维应用逐渐从航空航天、体育用品向民用工业应用转移，特别是随着大丝束碳纤维的大规模生产，其价格将不断降低，民用工业用量将继续保持大幅度增加的趋势我国碳纤维产业基本依赖进口我国碳纤维的生产尚处于起步阶段，国内碳纤维生产能力仅占世界高性能碳纤维总产量的0.4%左右， 2009 年自给率提高到16% 以上，仍主要依赖进口，无论是质量和规模与国外相比差距都很大有专家统计，现在中国的碳纤维复合材料需求量很大，数字大约是10000 吨，而产能只有 4000 至 5000 吨随着国家的重视，产能正在进一步提高中国目前专门生产碳纤维的厂家只有十多家，但高端应用技术还有待突破产业化意义重大“我国在碳纤维复合材料上还处于发展阶段，没有形成真正意义上的产业化规模”，中国复合材料学会一位负责人告诉记者复合材料就是将两种材料混合在一起，其性能就比单一的材料更加明显，如碳纤维、芳纶纤维等。

中信建投研究员韩梅在接受采访时说，“碳纤维、玻璃纤维本身重量和材质都比较轻，这样的材料就非常适合运用到航空航天、轨道交通等领域当中韩梅认为，如果碳纤维等复合材料产业能够顺利得到发展，对我国的节能减排也有举足轻重的意义比如汽车，如果外壳用复合材料制成，车体重量就会减轻，那么油耗也就会降低据中信建投的研究报告显示，碳纤维供过于求的格局将维持到2011 年，到 2012 年基本供需平衡，2013 年后快速增长的行业需求将有望使行业向供小于求的趋势发展七君子”抢跑中钢吉炭：碳纤维龙头股公司是一家专业化的碳纤维生产企业，技术实力雄厚，新项目进展顺利，盈利有望不断改善公司在江城投资的碳纤维项目于2008 年开建， 一期 500 吨 / 年的生产线建设将于今年8月投产， 二期 1500 吨/ 年的生产线建设将于2012 年年底投产， 届时江城碳纤维公司年产能将达到2000 吨，成为国内重要碳纤维生产基地公司目前拥有江城碳纤维公司30% 股权金发科技：碳纤维项目今年6 月前投产首期产值预计可达10 亿元，全面投产后将实现年产2000 吨高性能 PAN碳纤维的生产规模，年产值将达100 亿元大元股份：子公司碳纤维新产品通过专利初级审查。

吉林化纤：大股东力推碳纤维研发和建设计划于2011 年 7 月建成年产5000 吨碳纤维原丝项目，并根据市场拓展情况，进一步扩大生产规模，力争在高性能新型纤维材料的研发和生产方面取得跨越式发展大橡塑：设备涵盖碳纤维等多领域博云新材：公司是我国先进复合材料领域的龙头企业，在炭/ 炭复合材料领域具备国际竞争力，打破了国外在该领域内的技术垄断保定天鹅：大股东将打造新型纤维拓展平台责编： 李莹Email ： news@ ： 400-880-6780 不饱和聚酯树脂百科名片不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂，一般是由不饱和二元酸二元醇或者饱和二元酸不饱和二元醇缩聚而成的具有酯键和不饱和双键的线型 高分子化合物通常，聚酯化缩聚反应是在190 ～ 220℃进行 ,直至达到预期的酸值(或粘度 )，在聚酯化缩反应结束后，趁热加入一定量的乙烯基单体，配成粘稠的液体，这样的聚合物溶液称之为不饱和聚酯树脂目录简述不饱和聚酯树脂性能特点不饱和聚酯树脂的物理和化学性质不饱和聚酯树脂结构与性能的关系不饱和聚酯树脂的固化机理不饱和聚酯树脂粘度测定方法。