2月20日,日本三菱公司官网宣布将于2024年2月20日至22日在ISIEX 2024东京国际航天工业展览会上展出公司先进产品,主要包括以下9款产品,下文中针对几款碳纤维复合材料产品进行了详细介绍。
耐高温碳纤维增强复合材料
耐高温碳纤维复合材料主要包括三种: C/C复合材料(碳纤维+碳基体)、碳纤维增强陶瓷基CMC复合材料(碳纤维+SiC基体)、碳纤维增强酚醛树脂复合材料和片状模塑料(碳纤维+酚醛树脂) 。
该型复合材料的典型优异特性包括:
C/C复合材料和碳陶复合材料主要用于刹车盘,而酚醛树脂基CFRP主要用于手工和成型加工, 典型应用场景如下图所示:
1500℃耐高温陶瓷基复合材料
作为一种沥青基碳纤维增强SiC复合材料,其目标应用主要为 航天器隔热瓦的耐热材料 。以下数据展示了这种复合材料在1500℃空气中热处理1小时前后强度和模量无退化。
热处理前后复合材料截面的SEM结果如下图(左:热处理前,右:热处理后)也未观察到外观的明显变化(劣化)。
2200℃耐高温陶瓷基复合材料
这款沥青基碳纤维增强碳复合材料主要是用作 火箭喷管和卫星姿态控制推进器喷管的耐热材料 。
目前,三菱公司正在与东京理科大学联合开发CMC耐热材料。通过对基材进行电弧加热风洞测试后发现,厚度为8mm的沥青基C/C复合材料的磨损量约为10% (0.8mm),后续计划用Zr-Ti等合金浸渍以提高耐热性能。
月球机器人YAOKI和氰酸酯树脂
月球机器人 YAOKI机身、外壳采用碳纤维增强氰酸酯树脂基复合材料 ,而YAOKI的轮胎则采用了PAI材料(超级工程塑料/聚酰胺酰亚胺),此外YAOKI镜片使用了抑制风化层粘连涂布剂。
而三菱公司#290型氰酸酯树脂的主要特性如下表和图所示:
柔性结构设计
三菱化学正在通过将设计技术融入公司在材料和成型专业知识方面的优势,来帮助创造新产品。 柔性机构是一种通过材料的柔软性实现运动的设计理念 。 通过用柔软的一体式塑料产品取代传统组装和制造的产品,可以产生各种优点,如提高性能和减轻重量 。
空间应用实例—YAOKI滑块的改进 :通常, 为了提高抗冲击性,通过增加壁厚以使其更坚固,或使用高强度金属的设计 。然而, 在太空应用中,基于运输成本考虑需严格减轻重量,使用树脂的柔性设计技术可能是有效的 。在一个正在开发的小型月球车的例子中,公司成功地将施加在部件上的最大应力降低到撞击时其原始值的1/8以下,同时将重量增加降至最低。
自由形状注塑成型 :这是一种利用专用3D打印机的新型注塑技术。无法从模具中取出的复杂形状可以由单件制成,强度与注塑成型相同。三菱集团公司拥有这项技术,使其能够在一个单一集成的过程中开发从柔性结构设计到建模的产品。
Kyron™ ULTRA型碳纤维热塑性单向预浸料
该型碳纤维复合材料中的 树脂基体主要包括K70型PEI树脂、K71型耐化学PEI树脂,以及K42型PEEK树脂 ,而 增强碳纤维主要包括标准模量/中模量PAN基碳纤维,以及超高模量沥青基碳纤维 。
此外,公司还有一系列的成型零件,如平板和支架。L形支架充分利用了CFRTP的高强度和批量生产能力优异的特点,标准规格产品厚度1.5/2.2mm、长度为350/500mm。
PYROFIL™GDL(气体扩散层)
Pyrofil™GDL是一种多功能电极材料,已针对聚合物电解质燃料电池(PEFC)和氧化还原液流电池(RFB)进行了优化。该材料的主要优点包括:
燃料电池应用场景如下所示:
氧化还原液流电池(RFB)应用场景如下所示: