Исследования функциональных и механических свойств полимерного композитного материала с памятью формы для рефлектора космической антенны

В рамках научно-технических работ по созданию перспективных конструкций рефлекторов космических антенн проведены экспериментальные исследования полимерного композитного материала с эффектом памяти формы. Исследованный материал состоит из трех слоев углеродной биаксиальной ткани Ст 12073, пропитанных полимерной матрицей Diaplex MP5510 на основе полиуретана. Данный материал предназначен для изготовления шпангоута, применяемого в конструкции прецизионного композитного рефлектора космической антенны. Шпангоут при раскрытии рефлектора в транспортное положение принимает ранее заданную форму посредством нагрева, что позволяет увеличить жесткость оболочки рефлектора на периферии и повысить точность отражающей поверхности. Для изучения функциональных и механических свойств материала шпангоута при его изготовлении и различных режимах работы были проведены испытания образцов с различными схемами армирования: [0₃], [0/±60] и [0/±45]. Исследовали степень фиксации, степень восстановления и скорость восстановления формы в зависимости от схемы армирования, скорости деформирования и времени выдержки в деформированном состоянии. Для этого была разработана программа испытаний образцов, которая включала несколько этапов. На первых этапах проводили испытания на фиксацию и восстановление формы при трехточечном изгибе плоских образцов при скоростях деформирования 1,5 и 10 мм/с и времени выдержки в деформированном состоянии в течение 24, 48 и 96 ч. По результатам испытаний материал со схемой армирования [0₃] принят как оптимальный для изготовления шпангоута, поскольку имел максимальные степень и скорость восстановления формы. Для выбранного материала на заключительном этапе исследований определяли модуль упругости и предел прочности при различных температурах эксплуатации шпангоута: –50, +20 и +60 °C. Проведенные исследования показали, что исследованный композитный материал обладает требуемым эффектом памяти формы и является перспективным для изготовления шпангоута при условии применения теплоизоляции.

1. Meng H., Li G. A review of stimuli-responsive shape memory polymer composites / Polymer. 2013. Vol. 54. N 9. P. 2199 – 2221.

2. US Pat. 5128197. Kobayashi K., Hayashi S. Woven fabric made of shape memory polymer.

3. Nelson A. Stimuli-responsive polymers: engineering interactions / Nat Mater. 2008. N 7. P. 523 – 525.

4. Leng J., Lan X., Yanju Liu Y., Du S. Shape-memory polymers and their composites: Stimulus methods and applications / Progress in Materials Science. 2011. Vol. 56. N 7. P. 1077 – 1135.

5. Mather P., Luo X., Rousseau I. Shape Memory Polymer Research / Annu. Rev. Mater. Res. 2009. N 39. P. 445 – 471.

6. Liu Y., Du H., Liu L., Leng J. Shape memory polymers and their composites in aerospace applications: a review / Smart Materials Structures. 2014. Vol. 23. N 2. P. 23001 – 23022.

7. Keller P., Lake M., Codell D., Barrett R., Taylor R., Schultz M. Development of Elastic Memory Composite Stiffeners for a Flexible Precision Reflector / 47th AIAA/ASME/ ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference. 2006.

8. Lake M. S., Beavers F. L. The fundamentals of designing deployable structures with elastic memory composites / 43rd Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference. 2002.

9. Goldobina Y. L., Shalkov V. V. Perspective large-sized transformable reflector of umbrella type / Proc. 19th Inter. Sci. Conf. «Reshetnev readings». 2015. N 19. P. 99 – 101.

10. Okhotkin K. G., Vlasov A. Yu., Zakharov Yu. V., Annin B. D. Analytical modeling of the flexible rim of space antenna reflectors / Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2017. Vol. 58. N 5. P. 924 – 932.

11. Moskvichev E. V., Khakhlenkova A. A. Surface accuracy analysis of rigid reflector in mechanical and thermal loading / AIP Conf. Proc. 2017. Vol. 1915.

12. Zhang C. S., Ni Q. Q. Bending behavior of shape memory polymer based laminates / Compos. Struct. 2007. N 78. P. 153 – 161.

13. Merline J. D., Reghunadhan Nair C. P. Carbon/Epoxy Resin Based Elastic Memory Composites / Eurasian ChemTech Journal. 2012. N 14. P. 227 – 232.

14. Abrahamson E. R., Lake M. S., Munshi N. A., Gall K. Shape Memory Mechanics of an Elastic Memory Composite Resin / Journal of Intelligent Material Systems and Structures. 2003. N 14. P. 623 – 632.

15. Sutton M., Orteu J., Shreier H. Image correlation for shape, motion and deformation measurements: basic concepts, theory and applications. — Springer Science + Bussines media, 2009. — 321 p.