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聚酰亞胺又火了,竟可讓“玉兔”、“嫦娥”身上的國旗鮮紅靚麗

2019-01-14 10:34:25來源:CPRJ 中國塑料橡膠 閱讀量:9936

  【中國塑料機械網 熱點關注】最近有在關注中國探索月球大新聞的朋友們,是否有注意到一個小小細節,在極端的月球氣溫環境中(白天最高溫度可達160攝氏度,夜間最低溫度低到零下180攝氏度),嫦娥四號著陸器及玉兔二號巡視器身上的五星紅旗依然色彩鮮艷,亮麗的“中國紅”在每次傳回地球的探月照片中十分吸睛。
 
  如何讓五星紅旗在月面近300度的溫差和強紫外環境下,依然鮮亮且長久不褪色?這其中大有學問!
 
  據悉,航天科技人員選擇了聚酰亞胺的有機高分子薄膜材料用于制作嫦娥四號著陸器及玉兔二號巡視器身上的五星紅旗。
 
  聚酰亞胺是綜合性能最佳的有機高分子材料之一,耐高溫達400℃以上 ,長期使用溫度范圍-200~300℃,部分無明顯熔點,高絕緣性能。這一特性,再適合月球生存不過了!
 
  為了讓國旗牢牢附著在探測器表面,采用背膠與鉚釘相結合的固定方式,國旗質量從200克下降到20克,最大限度地降低對星用載荷儀器的影響。
 
  位置也有講究!研制團隊進行了上百次模擬演練,幾乎試遍了每一個可用的區域,驗證了每一個可能的光線范圍和拍攝角度、拍攝距離。
 
  最終選定綁定國旗的C位,讓著陸器和巡視器上的國旗,都在對方的攝像范圍之內,確保清晰可見。
 
  國旗的上色工藝也是量身定制。
 
  據悉最初選用激光噴繪,表面細小的顆粒物總讓人感覺色彩不均勻。
 
  最后完全更換了工藝,特別委托研制了一套高精度的絲網印刷設備,印制出的五星紅旗比鏡面還光滑,在陽光下熠熠生輝。
 
  可試驗中還是出了問題,當真空環模試驗溫度增加到一定水平時,紅旗的色彩和圖案全部蒸發,只剩下一片光禿禿的長方形材料。
 
  科研人員經過一個多月加班加點,連續進行了七次熱真空試驗,以5℃為一個步進單位逐步調整試驗溫度,終于找到了癥結所在。
 
  最終,在±170℃范圍內,整整一個月的真空環境試驗,五星紅旗都能保持本色,鮮艷如新!
 
  厲害了,聚酰亞胺!
 
  不過,這已不是聚酰亞胺第一次助力人類航空航天事業啦!
 
  1. 早在上世紀60年代末,阿波羅成功登月舉世轟動。要知道,阿波羅要承受的可是月球上-233°C到 123°C溫差驟變,以及無時不刻的外輻射,在這種極端環境下,就是聚酰亞胺在默默地充當“保護傘” 。
 
  2. 2013年底歐空局發射升空的蓋亞(Gaia),是一顆大型太空望遠鏡。同樣地,運行中的蓋亞面臨著零下200多攝氏度的低溫和超強太空輻射的嚴峻考驗,這時候也是聚酰亞胺在保護著它,并且一守護就是5年!
 
  3. 2015年,冥王星第一張高清彩色“證件照”的新視野號深刻探測器上面,也是滿滿一層采用聚酰亞胺制成的多層隔熱層。
 
4. 除了聚酰亞胺薄膜,聚酰亞胺泡沫材料也在航天航空應用中玩轉得溜溜溜。
 
  比如美國火星探測車使用聚酰亞胺泡沫塑料填充物,用于減緩車輪轉動中的振動,在嚴酷的火星環境中經受了考驗。
 
  5. Delta II衛星運載火箭的儀表艙整流罩及其艙間連接填充了聚酰亞胺泡沫塑料,其優異的耐蠕變性能可保證符合材料在固化過程中不發生形變。
 
  6. 哈勃太空望遠鏡太陽能電池帆中所用夾層中間填充的聚酰亞胺泡沫塑料可減小發射過程中光電太陽能電池的振動,起到緩沖保護作用。
 
7. 此外,采用高性能聚酰亞胺復合材料還能大大延長飛機壽命!
 
  英國與意大利合資的Agusta Westland直升機公司研制的EH-101直升機主槳葉旋翼,采用具有超耐用性能及超耐疲勞的聚酰亞胺復合材料,使其能承受使用過程中旋翼所產生的高動力載荷,讓直升機旋翼的使用壽命有了質的飛躍。
 
  另外,空中客車A340-500、600均采用聚酰亞胺復合材料加強氣密機艙的球面框,大幅度提高其抗疲勞性和質量。
 
  9. 聚酰亞胺材料還可以用在飛機發動機零件上,發動機部分關鍵部件要求在300-400°C的高溫工作,如軍機戰略巡航時,發動機需要在這一溫度環境下使用數百小時。
 
  最早期的是上世紀70年代,由美國NASA Lewis研究所在聚酰亞胺材料上開發的PMR-15基體制件,使用溫度高達300°C;
 
  隨后其又研究出升級版DMBZ-15降冰片烯封端聚酰亞胺復合材料,可耐343 °C高溫。
 
  近年來,業界可謂不斷挑戰樹脂基復合材料的耐熱極限。
 
  例如美國成功研制了第四代有機無機雜化聚酰亞胺復合材料樹脂基體,可在450℃下長期使用,使PI復合材料耐溫能力逼近鈦合金。
 
  根據Research and Markets研究,2017年全球聚酰亞胺薄膜市場總值約為15.2億美元,預計到2022年將達到24.5億美元,年復合增長率為10%。
 
  報道還指出,全球聚酰亞胺薄膜主要應用行業為電子、汽車、航空及標簽行業等,亞太區將成為最大的聚酰亞胺薄膜市場。
 
  當中,預計航空航天行業的聚酰亞胺薄膜市場總值于2017-2022年中將錄得最大的增幅。
 
看來,聚酰亞胺在航空航天的應用,前景可期啊!
 
  不過,聚酰亞胺技術在世界范圍內呈寡頭壟斷局面,技術封鎖嚴密。聚酰亞胺薄膜發展較好,擁有技術的巨頭企業較多,但聚酰亞胺薄膜仍屬于高技術壁壘行業。
 
  目前全球產能仍然主要由國外少數企業所壟斷,包括美國杜邦、日本鐘化、韓國SKPI以及日本宇部興產株式會社等。
 
  “玉兔”、“嫦娥”雖然登月了,中國的聚酰亞胺產業也要繼續加油啊!

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