[发明专利]一种碳纤维/氰酸酯复合材料管接头及其制备方法

说明书

本发明涉及空间相机技术领域，具体公开一种碳纤维/氰酸酯复合材料管接头及其制备方法。本发明的管接头由低热胀系数碳纤维/氰酸酯复合材料通过预浸料铺放工艺一体成型制得，不存在界面问题，能够用于空间光学桁架结构，可提高桁架结构环境稳定性，对于改善环境温度变化对空间光学结构的精度、稳定性影响，具有重要意义，解决现有金属管接头低热胀性与高比强度两方面性能无法兼具的技术缺陷。

技术领域

本发明涉及空间相机技术领域，特别涉及一种桁架结构用碳纤维/氰酸酯复合材料管接头及其制备方法。

背景技术

桁架结构作为空间相机的主流结构，通常希望其具有低热胀系数：在环境温度变化时结构稳定，不影响成像精度、稳定性。

桁架杆结构通常采用复合材料，可以通过选择纤维、树脂以及铺层角度，在杆件轴向获得低或零膨胀。

桁架管接头，由于结构、载荷情况复杂，因此常用材料为铝合金、钛合金、低热胀系数合金。铝合金、钛合金承载能力高，能够加工成复杂形状的管接头，但是材料自身热胀系数大(铝合金热胀系数2.3×10-5/℃，钛合金热胀系数9.4×10-5/℃)。低热胀系数合金，热胀系数低(如殷钢，热胀系数为0)，然而密度较大，比强度低、比刚度低。

发明内容

本发明旨在克服现有技术中金属管接头低热胀性与高比强度两方面性能无法兼具的技术缺陷，提供一种新型桁架结构用碳纤维复合材料管接头及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种碳纤维/氰酸酯复合材料管接头，所述管接头由低热胀系数碳纤维/氰酸酯复合材料通过预浸料铺放工艺一体成型制得。该复合材料管接头可用于空间相机的桁架结构中。

一些实施例中，所述管接头在管件轴向方向上热涨系数绝对值小于1×10^-6/K。

一些实施例中，所述低热胀系数碳纤维/氰酸酯复合材料，在单层0°方向热胀系数为α₁，-1×10^-6/K＜α₁＜1×10^-6/K；在单层90°方向热胀系数为α₂，15×10^-6/K＜α₂＜35×10^-6/K。

一些实施例中，所述碳纤维/氰酸酯复合材料由高强型碳纤维/氰酸酯材料与高模型碳纤维/氰酸酯材料混合得到。

一些实施例中，所述高强型碳纤维/氰酸酯材料中碳纤维的强度为2000MPa～4000MPa，模量为200GPa～300GPa；所述高模型碳纤维/氰酸酯材料中碳纤维的模量在300GPa以上。

一些实施例中，所述碳纤维/氰酸酯复合材料的铺层角度为(0₂/±θ)_n，60°≤θ≤80°。

一些实施例中，以碳纤维/氰酸酯复合材料的体积为100％，所述碳纤维/氰酸酯复合材料中，碳纤维的体积含量为57％～63％。

再另一方面，本发明提供一种上述的管接头的制备方法，所述制备方法包括：S1、按照铺层角度和顺序，在模具上铺放氰酸酯/碳纤维预浸料；S2、通过金属对模或真空袋法压实铺层；S3、整体入炉固化成型得到所述管接头。

一些实施例中，所述模具为金属阳模。

一些实施例中，所述氰酸酯/碳纤维预浸料由高强型碳纤维/氰酸酯预浸料与高模型碳纤维/氰酸酯预浸料两种预浸料混合制得。

本发明的有益效果在于：本发明的低热胀系数碳纤维/氰酸酯复合材料管接头，通过一体成型固化获得，不存在界面问题，能够用于空间光学桁架结构，可提高桁架结构环境稳定性，对于改善环境温度变化对空间光学结构的精度、稳定性影响，具有重要意义。