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防腐涂料

神七飞天 化工新型材料大显神威

时间:2010-02-28 07:04:45 来源:网络 作者:王健 点击:
神舟七号9月27日成功实施中国航天员首次空间出舱活动,完成固体润滑材料外太空暴露试验后,同时按计划释放一颗伴随卫星,以试验和验证伴星在轨释放技术,对“神七”载人飞船进行照相和视频观测并在返回舱返回后,由地面控制择机对“神七”轨道舱形成伴飞试验。神七较以往航天发射技术有重大提高,突破了多项关键技术。据中国环氧树脂行业协会专家介绍,而从材料角度看更是借得肯定,其中化工新材料发挥了重要作用。神七发射有如下几个亮点:第一3人升空,飞船容积设计和自由度得到大大改善;第二航天服取得成功,已经掌握了航天服的技术;第三实现飞船和小卫星分离,这是是一种卫星发射的新方式;第四太空行走,这是航天技术的核心,意义是里程碑式的;第五运载火箭新的特性,共有36项技术改进,包括监控、减震、安全等。成功是一点一点的积累的,背后是很多专家辛勤的工作,化工新材料是其中重要组成部分。

   ??复合材料,减重大显手身

  复合材料在飞船上的应用程度,是一个国家航天水平的标志之一。在“神七”飞船的研制中,哈尔滨玻璃钢研究院自主研制的碳纤维复合材料结构件,用于承载飞船推进系统的心脏变轨发动机、氧化剂储箱、燃料储箱等关键设备。据哈玻璃钢研究院“神七”飞船结构件项目总负责人林再文介绍,碳纤维复合材料密度是钢的四分之一。用它做成的结构件与铝合金相比,可以减重30~40%。在“神七”上共5个结构件是哈玻院用碳纤维复合材料制成的,其中推进舱承力结构件是目前世界上在载人飞船上使用的尺寸最大、开口最大的碳纤维复合材料主承力结构件,直径达2.5米。通俗来讲,这个结构件的作用相当于一个固定在飞船推进舱中的大盒子,盒子里要精确地固定成百上千件仪器设备

  如此轻的碳纤维复合材料做成的薄壁结构件真的能承载那么大的重量吗?最初很多专家都有这种疑惑。为解决结构件的成型技术,林再文反复进行工艺试验;为攻克复杂大型模具设计技术,他查阅的中外文资料摞起来足有一人高,最终解决了复合材料结构件尺寸变形、精度控制、开口补强等多项技术关键。经过模拟试验,在加13倍以上载荷的情况下,结构件经受住了考验,完全达到了整体基座的各项标准。42岁的林再文有着超然淡定的神情,他建立的质量保证体系,将质量控制贯彻到每一种原材料、每一个螺钉、每一步成型工序上,确保了从他手上交付的产品百分之百合格。林再文说:“能为国家的荣誉工作很神圣”。

   ??预浸料、结构胶,满足巡天要求

  出舱活动对航天员的装备提出了新的要求,航天员的服装所使用的材料在耐温性、环境适应性及力学性能上必须满足太空环境的特殊要求。2004年黑龙江省石化院在无专项经费支持的情况下,承担了“神七”航天员出舱服的头盔、挂包下壳体及边条的复合材料预浸料的配套研究工作。由于技术保密、可借鉴的国内外资料少,在短短的一年多研制周期里,科研人员经历了很多挑战。这其中既需要高分子合成、物理化学、分析化学等化学领域的知识,又需要预浸料工艺研究知识和经验的积累,还需要热熔法设备制造、自动化控制等一系列跨学科的机械领域知识。科研人员以资料室、实验室、生产车间为家,加班加点,投入了大量的时间和精力,攻破了一个又一个难题,最终研制出了合格的基体树脂,自筹资金自主设计并建立了一条自动化热熔法预浸料生产线,并研制成功了特殊预浸料。目前用该特殊材料作的“神七”舱外宇航服头盔,挂包下壳体及边条已达到了设计要求。

  黑石院研制的高性能结构胶粘剂也将发挥超强粘力,使“神七”的天线、地板、座舱等关键部位在经受太空超强高、低温变化和强冲击力的巨大考验时,依然紧紧地粘连在一起,确保飞船安全行驶。据介绍,科研人员承受着化学制剂给身体带来的刺激性影响,自主研发,经过无数次试验,研制出的十余种特种结构胶粘剂,已成功应用于“神五”、“神六”、“神七”。  ??特种玻璃纤维,制成“内衣”

  和“神五”、“神六”一样,南京玻璃纤维研究院七所,这次还是负责“神七”舱船内饰。由于太空中有很多有害辐射,会对航天器内宇航员和精密仪器造成伤害,因此对两者保护提出了更高要求。据工作人员介绍,返回舱内的航天器用特种玻璃织物是一种保温、防火材料,主要起着保护舱内电缆、仪器控制线以及装饰的作用。这种材料需要达到阻燃、无毒、抗辐射等15项综合指标。在外观上看,这种布要求洁白无瑕、干净平整,而且不能有接头。众所周知,普通布比较容易散丝,剪开布时可能会有扬尘,但在失重状态下,即使很微小的玻璃纤维都会钻进宇航员的鼻孔、口腔,对人体健康造成很大伤害,所以航天器用特种玻璃织物在生产工艺上就要解决扬尘问题,否则一旦散丝将会造成难以补救的后果。用玻璃纤维做成的航天器返回舱内饰布看似和普通的玻璃纤维差不多,实际上其结构和生产过程要复杂得多。“就像人的内衣一样,‘神七’的内衣也是非常重要的,不能有任何问题。”

   ??塑料王,保障返回舱气温稳定

  在地面上实现对一个密封结构的温度控制并不难,而把这一切搬入太空却非易事。如何保障“神七”宇航员生存环境的稳定?聚四氟乙烯将起到重要的作用。神七上这种超强性能的塑料就是由武汉市工程塑料有限公司提供的。神舟飞船在飞行过程中,向阳面舱外温度超过100摄氏度,背阳面为零下100摄氏度。温度的快速剧烈变化和强大反差不仅不能满足航天员的基本生存,也会对一些仪器造成影响。因此,飞船全密封结构的舱壁上必须有一层隔热层,把舱内外温度完全隔断。据介绍,在飞船最外面的防护层,就是由聚四氟乙烯和玻璃纤维组合制成,这是飞船与外界的第一层接触。在防护层下面是隔热层,隔热层里面才是金属壳体。用聚四氟乙烯和玻璃纤维合成第一层防护层,首先是玻璃纤维耐热性好,其次最重要的一点就是聚四氟乙烯具有超强的耐气候性。聚四氟乙烯的性能不受气候的影响,无论置于何种气候条件下,不改变原来的优良性能,且不受湿气、霉、菌及紫外线的影响。这保证了飞船在飞行过程中,隔热层及金属壳体在聚四氟乙烯的保护下,能不受影响,从而达到保障舱内温度的作用。

  同时神舟系列飞船内有各种电缆几十公里,各种电路节点也有几万个,“如果有一毫米的电缆或者一个电路节点出现短路或者泄漏,这都将危及整艘飞船的安全。”该公司副总经理奚世英介绍,聚四氟乙烯塑料起到的另一个重要作用就是制成这些控制线路的包裹材料。据介绍,聚四氟乙烯构成分子的极性很低,在很宽的温度、频率区间的变化很小。用其制作控制线路的包裹材料,不但可以减弱控制线自身产生的辐射,降低控制线的电损耗,而且最重要的一点就是它具有塑料中最强的电绝缘性,可杜绝电路因为漏电而产生的各种事故。该公司提供的聚四氟乙烯塑料堪称“神舟七号”上面的“万金油”。目前,在神七上包括密封件、控制系统等多个部件都是由聚四氟乙烯制作的。

   ??特殊复合材料,解决内急、抵御外击

  从我国第一次神舟五号飞船载人航天开始,东华大学研制的尿收集装置就已经派上用场,经过二次研制神舟六号升空时已从Ⅰ型发展到Ⅱ型,至今神七上仍在使用东华大学研制的Ⅰ型尿收集装置,因为这种产品使用方便、仅有几两重,以内衣形式穿着在航天员身上轻便舒适。在最开始研制的初期,按照要求必须达到对人体24小时的尿量迅速完全地吸纳,不反溢,要减少氨气对航天员的毒害,要对人体皮肤无伤害,这些要求要同时达到还真不容易。东华大学发挥材料与染整学科所长,从研究人体尿液成分开始,试验了无数种吸湿材料、抗菌材料,最后以8种纺织材料复合而成这种吸尿量大、吸收快、抗菌除臭的高效“尿不湿”内衣。 舱外航天服与舱内航天服有着非常大的差别,舱内服只有十几公斤重,而舱外服达到120公斤,它的作用远远超过肌体保护,要为航天员出舱提供适当的大气压力、足够氧气、适宜温湿度,而且要具备防辐射、防撞击、保障通信的诸多功能。可以说它不仅是衣服,而是一套功能完备的系统。由于舱外要面对高至200℃?250℃的高温,低至-150℃的低温,要防撞防辐射,舱外服的外层材料非常关键。东华大学从2001年起承担舱外航天服外层材料的研究,将高性能纤维材料、现代织造技术和材料涂覆技术相结合,试验了若干次,在抗高温、抗辐射等指标上实现了突破,如今形成的防护材料具有防撕裂、耐磨损、防多种辐射、耐化学腐蚀等多重功能。为舱外航天服外层材料的生产提供了可靠的参数和理论依据。

  ??其它,涂料防护、电刷保障

  从“两弹一星”到“长征”系列等多种运载火箭,再到“神五”、“神六”和“神七”载人飞行,灯塔牌油为我国航天航空事业的发展立下了汗马功劳。据介绍,神舟七号及运载火箭外壳使用的航天涂料,均由天津灯塔涂料有限公司自主研制生产,该产品具有牢固性好,耐热性强,在摄氏几百度温差范围内不会发生变化,而且能承受一定的压力。具有近百年历史的天津灯塔涂料有限公司,是我国涂料工业的发源地和重要基地,依靠自主创新,先后自主研制开发出一大批具有世界先进水平的高科技产品,广泛应用于我国航天航空工业。“灯塔”牌航天航空用曾多次受到中央军委嘉奖。灯塔涂料公司科研人员围绕飞机平尾大轴内腔防腐涂料、高固体分装饰性飞机蒙皮涂料、薄层隔热反射保温涂料、水性通用磁等4个课题;湿固化环氧防腐涂料、船舶系列涂料的应用研究,飞机蒙皮抗沾污性能改进等12个产品项目,取得了重要研发成果。

  合肥工大复合材料高新技术开发有限公司,开发的高性能银基?碳纤维复合材料电刷,因技术性能指标处于国际先进水平,继神五、神六后再次服务于“神舟七号”。高性能银基?碳纤维复合材料电刷,是合肥工业大学多位教授经过数年精心研究,在多项发明专利技术基础上开发研制而成的,并且得到了国家、省、市级重点支持,2006年被列为国家重点新产品,先后获国家级、省、市级科技进步奖。在国内为独家生产,成为国内相关行业的首选配套产品,一直被我国航天航空工程长期选用。作为“神舟七号”地面测控、卫星通讯设备两大系统的关键部件之一。该产品与传统银电刷相比,具有更好的导电性和抗磨、减摩性能,电阻系数显著下降,接触电压降稳定性显著提高,使用寿命大为延长,在国内处于领先水平,与国际同类产品相比属先进水平。
关键词: 材料新型化工
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