[发明专利]基于自由基含量预测热循环对聚合物基复合材料热膨胀系数影响的方法

说明书

一种基于自由基含量预测热循环对聚合物基复合材料热膨胀系数影响的方法，它属于复合材料的尺寸稳定性的评价技术领域，本发明解决了航天器在轨运行期间，由于受到实验条件和设备条件的限制，对结构复杂的聚合物基复合材料的热膨胀系数的测量需要的时间较长，且测量难度较高的问题。本发明在真空度小于1Pa条件下，对需要测定热膨胀系数的聚合物基复合材料进行热循环实验，得出该聚合物基复合材料的自由基含量随着热循环次数的变化规律与热膨胀系数随着热循环次数的变化规律一致，因此，在轨运行期间，可以仅测量自由基含量来预测聚合物基复合材料的热膨胀系数。本发明可以应用于复合材料的尺寸稳定性的评价技术领域用。

技术领域

本发明属于复合材料的尺寸稳定性的评价技术领域，具体涉及一种基于自由基含量预测热循环对聚合物基复合材料热膨胀系数影响的方法。

背景技术

在航天领域，聚合物基复合材料主要应用于主承力筒、太阳电池阵基板、光学遥感器及抛物面天线等结构中。由于航天器在轨运行期间需反复进出地球阴影区域，所以航天器所处的外界环境温度在-160℃～120℃范围内交替变化。美国航天局、欧空局和我国都明确规定了航天器及其组件验收时的真空热循环实验规范，可见研究真空热循环条件下聚合物基复合材料的行为对于保证航天器在轨安全运行，提高服役的可靠性及使用寿命具有重要的意义。

由于聚合物基复合材料与增强纤维热膨胀系数相差一个数量级，聚合物基复合材料在交变温度场的作用下材料内将产生热应力，随着热应力累积会使材料内产生微裂纹，最终导致材料力学性能和尺寸稳定性下降，因此，预测聚合物基复合材料的热膨胀系数对研究聚合物基复杂材料的结构具有重要意义。然而，航天器在轨运行期间，由于受到目前实验条件和设备条件的限制，对于很多结构复杂的聚合物基复合材料来说，直接测其热膨胀系数需要的测量时间较长，而且，由于热膨胀系数的测量必须将聚合物基复合材料制成标准件才能进行，所以测量难度较高。

发明内容

本发明的目的是为解决航天器在轨运行期间，由于受到实验条件和设备条件的限制，对结构复杂的聚合物基复合材料的热膨胀系数的测量需要的时间较长，且测量难度较高的问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

步骤一、选用聚合物基复合材料作为实验样品，在真空度小于1Pa的条件下，对所选用的实验样品进行热循环试验；设定每组热循环试验的热循环次数不少于200次，热循环试验的组数不少于3组；

步骤二、每次热循环后均取出实验样品，并对取出的实验样品进行热膨胀系数测试；分别记录每组热循环试验的不同热循环次数下的热膨胀系数；计算各组热循环试验的相同热循环次数对应的热膨胀系数的平均值，得到不同热循环次数下的热膨胀系数变化规律；

步骤三、对步骤二中每次取出的实验样品进行自由基含量测试，计算各组热循环试验的相同热循环次数对应的自由基含量的平均值，得到不同热循环次数下的自由基含量变化规律；

步骤四、对比步骤二中的热膨胀系数随热循环次数的变化曲线和步骤三中的自由基含量随热循环次数的变化曲线，得出自由基含量和热膨胀系数均随着热循环次数的增加而减小，且自由基含量随着热循环次数的变化规律与热膨胀系数随着热循环次数的变化规律一致；

步骤五、对于某种需要测量热膨胀系数的聚合物基复合材料，按照步骤一至步骤三的方法，得到该聚合物基复合材料的热膨胀系数随热循环次数的变化规律和自由基含量随热循环次数的变化规律；在轨运行期间，只需要按照步骤三的方法测量该聚合物基复合材料的自由基含量；

步骤六、根据步骤五测量得到的自由基含量，通过查该聚合物基复合材料的热膨胀系数随热循环次数的变化规律和自由基含量随热循环次数的变化规律，来预测该聚合物基复合材料的热膨胀系数。