充气展开结构用基于丙烯酸酯树脂的紫外固化技术研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liqiang20010
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结构的充气展开,是构建大型航天器的过程中,减少质量和提高包装效率的有效手段,可节省大量的质量和体积。结构的刚度需要后期固化来实现,紫外固化相比于其他方式具有诸多优点,研究充气展开结构的紫外固化具有重要意义。本课题研究选用了丙烯酸酯基紫外固化材料,提出了两种适用于充气展开结构的紫外固化方案。为解决在某些应用条件下现有树脂紫外固化速率过慢的问题,提出了快速紫外固化技术;为避免结构在折叠过程中因树脂流动带来的分布不均匀问题,提出一种光/光二阶段固化技术,为紫外光固化技术应用于大型空间充气展开结构提供新的思路。在快速紫外固化技术研究过程中,设计并制备了可快速光固化的丙烯酸酯树脂体系,调控丙烯酸酯树脂各组分的种类、用量以及固化制度等因素,探究其对丙烯酸酯树脂紫外固化聚合动力学的影响。实现辐照2s后C(28)C即可达到50%以上的固化转化率,树脂凝胶率达到75%以上;通过动态力学分析以及拉伸测试表征,证明树脂具有优异的性能。以玻璃纤维布为增强体制备可快速光固化的复合材料,其力学性能满足充气展开结构的需求。设计了一阶段自由基引发、二阶段阳离子引发的光/光分段固化体系,选用特定的引发剂,采用滤光装置控制不同固化阶段的紫外光波长,控制两个反应分步独立进行,制备出丙烯酸酯-环氧树脂二阶段固化树脂体系。通过调控丙烯酸酯树脂种类以及丙烯酸酯与环氧树脂的配比,制备出的第一阶段固化产物具有弹性,能实现180°折叠而不产生折痕,解决了充气展开结构折叠过程中的树脂流动问题。二阶段固化最终产物弹性模量为598.73MPa,满足了充气展开结构的需求。进一步将丙烯酸酯树脂体系中引入低聚物分子后,第二阶段固化后的树脂可具有形状记忆性能。室温下体系形状固定率为96.1%,在80℃条件下加热,1min内体系形状回复率为82.2%。这拓展了二阶段固化的应用场景,可实现结构空间展开后的形态微调,具有形状损伤的可修复性。本论文设计的丙烯酸酯树脂体系在充气展开结构领域具有广阔的应用前景。
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