碳纤维复合材料作为一种先进的结构材料,从未来材料的发展趋势看,碳纤维复合材料开始逐步取代一些更多的金属材料,尤其是在卫星上有明显的体现,由于高性能碳纤维不断优化,尤其是兼具高强度高模量MJ系列碳纤维研发成功,卫星天线用复合材料增强纤维逐渐从从凯夫拉纤维、中模碳纤维转变成了高模碳纤维,目前几乎所有卫星天线均采用了高模量碳纤维,有些卫星上碳纤维复合材料的应用率高达85%。
3、与此同时,高模量碳纤维具有优异导电性,在一定的频率范围内能够完成天线电磁波的发射或接收,并能承受一定的功率。碳纤维为导电材料,在一定的频率范围内,其自身能够完成天线的电磁波反射和接受功能,尤其是需要指出的是,随着碳纤维石墨化程度的提高,碳纤维导电性能也显著增加,高模量碳纤维在导电性能上基本接近金属的导电性能。因此,高模量碳纤维制作复合材料天线完全可以满足卫星天线电性能指标,能承受高低温循环、热真空等严酷的环境试验的考核,使其成为星载天线的..材料。
4、碳纤维热膨胀系数低,并且随着纤维拉伸模量的增加,纤维热膨胀系数会出现负值。基于低膨胀的性能特点,在天线成型过程中通过复合材料内碳纤维铺层设计,可以使天线在成型过程和实际工作环境中做到“零膨胀”。卫星运行在地球静止轨道中的温差变化很大,高温约+120℃,低温约-160℃,对于工作在热交变剧烈的太空环境中的星载天线,采用这种“零膨胀”系数材料来使其结构和型面精度保持稳定是非常有效的。
5、碳纤维复合材料耐疲劳、阻尼减震性能好。卫星在发射阶段承受运载火箭的振动和冲击,在卫星上有着众多的精密仪器、电子线路、继电器等对振动十分敏感,利用碳纤维复合材料良好的阻尼性能,可以根据需要设计具有一定阻尼特性的阻尼结构。
长寿命、高可靠、轻型化和高精度是卫星的发展趋势,卫星结构质量占整个卫星的百分比一般要小于7%甚至4%。卫星结构材料的发展则趋向于高性能、高功能及多功能、复合化、智能化、低成本以及高环境相容性。先进的碳纤维复合结构材料既是研制生产卫星产品的物质保障,又是推动卫星产品更新换代的技术基础。