高刚度、低热膨胀系数的热塑料复合材料航天器结构的设计

摘要

采用宏观力学原理编制的复合材料层板分析计算机程序来确定普通航天器用热塑性塑料基部件的机械性能和热学性能。用图表方式表示了几种对称的层板镝层顺序按不同的层板铺层角度制造的层板的刚度和热膨胀系数值。评价了用高弹性模量石墨纤维Pitch75增强刚度的热塑性塑料PEEK和用低弹性模量(E=221GPa)的石墨纤维做横向增强的热塑料。研究了一般单向刚性的板状预浸带和最新的可吸音的石墨纤维/PEEK混合编织的纤维织品。选择了单张层状片的铺层角度取向和层板铺放顺序以满足下列设计要求:(1)最低比刚度为172.5GPa(25.0MSi);(2)热膨胀系数为0±1.8×10^(-6)cm/cm℃;(3)板厚范围为0.05～1.3cm。此外,还提供了用超塑膜片成形技术由预浸带和纤维织品两者制成的普通零件上测得的弹性模量和热膨胀系数的实验值并将它与计算机导出的层板性能预测值相比较。