舱外航天服防护基布的成形及耐久性研究

论文摘要

针对国内外舱外航天服外层防护材料的应用和研制现状,在课题组已有研究成果的基础上,本课题进一步在纤维的混合、交织上,筛选可用柔性高性能纤维,设计了更优化的加工工艺,并表征了所制外层防护材料基布的基本力学性能,耐光热和耐高低温等性能,为航天服研究提供更确切的相关数据和小样。试验材料主要选用杜邦公司生产的Kevlar和国产芳纶1313长丝进行加捻、织造准备、织造形成基布,并对基布进行在太空环境中主要防护性能的测试与评价。具体内容涉及:①基布的成形,其包括:原料的确定、纱线加捻参数的设计和优化、基布加工方式的选择、机织基布的组织设计与织造工艺等过程,以确定基布加工中的捻度和基本力学性能指标达标;测试分析了加工过程中的纤维机械性能损伤,并与理论估算值进行了比较,结果显示能够达到理论值;②基布各主要防护性能的测试与评价,包括原料的光热机械稳定性能测试、原料在光热复合作用条件下的机械损伤情况、成形基布的基本机械性能、高低温防护、光热辐射防护、性能测试与评价,分析了混纺对各防护性能的改善情况、不同组织之间各防护性能的优劣、加工紧度对基布防护性能的影响等;③进行高温下的力学性质、低温下的力学性能及刚柔性等高低温下的稳定性防护评价;测试在240nm-2600nm光波范围内的反射、吸收及透射性能和紫外光照射下机械性能得损失程度来进行一定的光热辐射和稳定性评价,通过材料力学如:拉伸、撕裂、刺割及耐磨等进行材料耐久性评价。由上所述试验研究发现:从基布的成形而言,整个开发与研制从纤维原料的选取到纱线的加工、织物成形及织物加工工艺都是可行的。四枚破斜纹组织结构对称稳定、浮长适中极具有可行性;五枚三飞缎纹具有良好的反射性能,通过分析可以得知织物加工工艺采用低变形、少磨损的松式加工能提高强度利用率。材料的高低温稳定性良好。织物经过200℃烘箱2小时长时间的热处理后,织物的断裂强力损失率基本上在12%以下,尤其混纺织物都小于10%。在液氮温度下织物的抗弯弹性模量略有增加,材料变硬,但实验进行处理后摔打、折叠,没有发现明显折痕,织物耐低温性能良好。混纺和纯纺织物光热辐射防护效果均不甚明显,尤其在紫外区反射率很低,紫外线进入防护材料会引起材料的严重破坏。从基布的最终防护性能而言,材料的断裂强力良好,抗撕裂欠佳,通过混纺设计很好的改善了Kevlar织物的耐磨性能;但是,单纯使用基布材料完成太空中的光热防护和高低温防护仍然比较困难,必须进行相应的涂层后加工工艺。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 舱外航天服外层防护要点及对材料的要求
• 1.2 舱外航天服外层防护材料的基本研究
• 1.3 课题研究重点
• 2 材料的选取和性能比较
• 2.1 高性能纤维的比较及选择
• 2.2 试验
• 2.3 实验结果及分析
• 2.4 本章小结
• 3 舱外航天服外层基布面料的成形
• 3.1 外层防护基布面料的结构与要求
• 3.2 课题防护基布织物的最终成形
• 3.3 本章小结
• 4 基布的基本力学性能
• 4.1 基布力学性能试验与测试结果
• 4.2 各主要力学性能评价
• 4.3 加工过程中的机械性能损伤
• 4.4 本章小结
• 5 基布的光辐射及光照稳定性
• 5.1 纺织品光辐射和光照作用的表征方法
• 5.2 基布光反射与透射性能测试
• 5.3 光处理后织物机械性能的损失
• 5.4 本章小结
• 6 基布的高低温性能测试
• 6.1 高低温性能要点及测试要求
• 6.2 高低温性能测试实验
• 6.3 实验结果及分析
• 6.4 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 附录1 三种纱线处理后的机械性能保持率
• 附录2 基布织物加工设计
• 附录3 织物经纬向的断裂强力和断裂伸长保持率
• 攻读学位期间发表的论文目录
• 致谢