Europejskie włókna węglowe i materiały impregnowane dla przemysłu kosmicznego
Materiały do przemysłu kosmicznego oraz technologiczne know-how są obecnie dostarczane przez firmy spoza Europy, stąd też istnieje potrzeba utworzenia zakładu produkcyjnego należącego do europejskich właścicieli. W ramach projektu EUCARBON (European space qualified carbon fibres and pre-impregnated based materials), naukowcy postanowili zmniejszyć zapotrzebowanie na zagraniczne produkty oraz ograniczyć ryzyko przyszłych misji, opracowując odpowiednią technologię w Europie. Naukowcy opracowali włókna węglowe o wysokim module sprężystości i odpowiednie materiały do prepegów przeznaczone do podsystemów satelitarnych. Prepegi musiały zostać ocenione na podstawie modyfikacji żywicy przy pomocy nanorurek węglowych, aby poprawić ich przewodność cieplną i elektryczną. Włókna węglowe o wysokim module sprężystości uzyskano na poziomie półprzemysłowym w europejskich zakładach produkcyjnych. Ponadto, opracowano prekursor włókien węglowych o ultrawysokim module sprężystości. Zespół stworzył także odpowiednie prepegi zawierające zatwierdzone do zastosowań kosmicznych włókna węglowe, a także z powodzeniem dokonał impregnacji europejskich włókien węglowych o wysokim module sprężystości. Testy dowiodły, że materiały te spełniają kluczowe wymagania dotyczące zastosowań kosmicznych, takie jak wygrzewanie wahadłowe, odgazowywanie oraz utrzymanie odpowiednich parametrów mechanicznych w niskich temperaturach. Równocześnie w projekcie EUCARBON opracowano odpowiedni proces wytwarzania prepegów z nanorurkami węglowymi. Określono też korelacje między funkcjonalnościami powierzchni nanorurek węglowych, współczynnikami ładowania oraz różnymi technikami dyspersji a kinetyką utwardzania, reologią, dyspersją i dystrybucją. W efekcie dokładnie przeanalizowano ich wpływ na proces impregnacji oraz ostateczne właściwości kompozytów. Na bazie prepegów zawierających włókna węglowe o wysokim module sprężystości zaprojektowano i zbudowano dwa demonstracyjne komponenty kosmiczne. Pierwszy z nich to przypominający rurkę pręt, a drugi to sub-reflektor anteny. Oba podzespoły uzyskały w testach materiałowych wyniki zgodne z oczekiwaniami i mogą być wytwarzane w skali przemysłowej. Osiągnięcia projektu EUCARBON nie ograniczają się do materiałów na prepegi przeznaczonych do zastosowań kosmicznych. Stworzenie infrastruktury przemysłowej jest również ważnym krokiem w kierunku założenia europejskiej sieci w dziedzinie kompozytów polimerowych wzmocnionych włóknem węglowym o wysokiej wytrzymałości.
Słowa kluczowe
Włókna węglowe, materiały impregnowane, zastosowania kosmiczne, EUCARBON, nanorurki węglowe