[实用新型]平面内全方位零膨胀复合材料层压板

说明书

本实用新型涉及一种平面内全方位零膨胀复合材料层压板。本实用新型由碳纤维树脂层和芳纶层经过固化成型制成。所述的碳纤维树脂层和芳纶层按一定的厚度比间隔铺层。碳纤维树脂层纤维方向沿0°/90°/45°/135°循环铺层。芳纶层的经线方向沿0°/45°循环铺层。碳纤维树脂层和芳纶层的铺层厚度和纤维方向关于中性面对称。本实用新型利用现有材料的混和铺层设计，使层压板其沿面内各个方向的热膨胀系数均为0，实现了材料的平面内全方位零膨胀。可应用于空间超高频遥感反射器，使其型面精度满足电气性能要求，即反射面热变形RMS≤10μm。

技术领域

本实用新型属于航天器高频段通讯及遥感反射器材料技术领域，涉及平面内全方位零膨胀复合材料层压板。

背景技术

随着卫星技术的发展，星载超高频微波反射器在卫星通讯及观测中的使用频率越来越高。卫星在轨运行时，由于太阳辐照、地球对太阳光的反射以及地球红外辐射等外热流会随时间变化，卫星反射器在轨运行过程中会经历较大的温差变化，因此需要减少反射器的在轨热变形，以满足反射面电性能的要求。反射器电气性能一般要求反射器型面精度(RMS值)不超过工作频段微波波长的五十分之一，因此，空间超高频遥感反射器(工作频段100GHz-600GHz)要求其反射面RMS≤10μm。

星载超高频微波反射器的反射面多为由碳纤维复合材料制成的抛物面结构，常规碳纤维复合材料制作的反射器，一般热变形RMS值大于50μm。降低星载超高频微波反射器热变形的方法可以分为结构和材料两方面，结构上通过增加反射面厚度可大幅降低热变形，但会使反射器质量过重，不满足反射器轻量化的发展要求。因此应从降低材料热膨胀系数方面考虑，使用低膨胀材料甚至零膨胀材料作为反射器的主要材料，才能使反射器达到热变形指标要求；由此提出一种零膨胀复合材料层压板，沿板的平面内各方向热膨胀系数均为零，可用作反射面材料、反射面背架材料、反射器支臂材料及其他固定连接件材料。

实用新型内容

本实用新型的目的就是提供一种平面内全方位零膨胀复合材料层压板。

本实用新型所述的平面内全方位零膨胀复合材料层压板由碳纤维树脂层和芳纶层经过固化成型制成。所述的碳纤维树脂层和芳纶层间隔铺层，每隔n层，n≥1碳纤维树脂层，铺设一层芳纶层。碳纤维树脂层纤维方向沿0°/90°/45°/135°循环铺层。芳纶层的经线方向沿0°/45°循环铺层。碳纤维树脂层和芳纶层的铺层厚度和纤维方向关于中性面对称。碳纤维树脂层和芳纶层的厚度比为：

h_C为碳纤维树脂层的总厚度，h_K为芳纶层的总厚度；α_C、α_K分别为碳纤维树脂层和芳纶层的热膨胀系数，E_C、E_K分别为碳纤维树脂层和芳纶层弹性模量。

所述的碳纤维树脂层是由碳纤维浸润在树脂基体中形成的成品预浸料。碳纤维采用存在单方向热膨胀系数小于0的碳纤维。树脂选用环氧树脂、醋酸乙烯树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、双马来酰亚胺树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂或氰酸酯树脂。

所述的芳纶层采用芳纶纤维。

所述的碳纤维树脂层和芳纶层采用机械剪裁或者手工剪裁，手工铺层，每 4～5层抽真空一次，铺层完毕后用真空袋密封，通过热压真空固化成型。

芳纶纤维选用Kevlar29、Kevlar49、Kevlar149、Twaron、Kevlar Ht(129)、 KevlarHp(68)、Kevlar Hm(149)、Kevlar Hc(119)，纤维层形态包括芳纶纤维平纹织物、其他编织形式的织物、以及单向纤维正交铺层。