近日，美國Patz材料技術公司與美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL，Lawrence Livermore National Laboratory）合作開發了一種新型的光學單體殼，具有減重80%、近零熱膨脹等特性，同時適用于商業航天領域的規?；a。

       當下，全球的商業航天業發展突飛猛進。根據2023年1月，麥肯錫（McKinsey）管理咨詢公司發布的一份報告，全球小型衛星的發射數量將從2022年的1740顆猛增到2030年的3000顆以上。美國航天技術咨詢公司NSR也預測，在2021到2030年間，全球將共計發射24700顆衛星。Patz公司總裁Nick Patz表示，公司已經為大型衛星制造商生產了20多年的高模量、高性能碳纖維預浸料，而現在生產模式發生了巨大變化。過去每月生產一顆衛星的時代已經一去不返，商業航天產業正在經歷每月生產數百顆衛星的技術變革。盡管商業衛星正在向小型化發展，但對零部件高強度、高模量、低密度和低熱膨脹系數的性能要求一直未變。為此，Patz公司專門開發了一種碳纖維增強環氧樹脂模塑料，以適應商業航天的生產節拍。

       美國LLNL實驗室空間計劃的硬件開發團隊也在持續推進小型衛星相關技術的發展。2012年以來，LLNL一直在為立方體衛星（邊長10厘米）開發光學成像裝備，用于監測空間碎片和其他任務。與具有獨立主鏡和次鏡的傳統光學設計相比，LLNL開發了一種單體式光學器件，將這些反射鏡組合成一個元件。這些單體式光學器件適合小型衛星的緊湊封裝空間，但足夠堅固，可以承受發射期間的振動負載和太空中的極端溫度。然而，它們需要具有極低熱膨脹系數的外殼。目前，該外殼采用因瓦合金（Invar）制造，其熱膨脹系數約為1.3（微米/米）/ºC。Invar是一種含鐵36%的鎳合金，重量重、價格昂貴，需要幾個月的交貨期。

 

       2021年，Patz公司與LLNL合作開發因瓦合金外殼的替代品——采用60%6K高模量碳纖維增強碳納米管（CNT）改性PMT-F16環氧樹脂復合材料生產的單體光學外殼。該項目成果不僅證明了能夠以小重量滿足所有金屬外殼性能的要求，而且在充分挖掘復合材料性能和成型工藝優勢的設計過程中也展現出了更多的優勢。

       復合模塑料由預浸料短切后模壓制成部件，其中的增強體為單向碳纖維絲束，基體為改性環氧樹脂。CNT的加入，很好地提高了基體樹脂的力學性能，同時有效提高了增強纖維和樹脂之間的載荷傳遞能力。換句話說，復合模塑料是包含有CNT增強環氧樹脂復合材料的碳纖維增強環氧樹脂復合材料。其出眾的性能還同時解決了金屬預埋件易拔出的問題。