近些年，随着我国科学技术的发展，空间结构对工程材料的性能要求也越来越高，除要求材料具有轻质、高强的性能外，还有很多其他的性能指标要求。如要求材料在一定温度场内热变形达到最小或趋于零，使结构在恶劣的空间热环境条件下严格保持尺寸稳定性等。

　　碳纤维增强环氧复合材料以其优越的高比强度、高比刚度、透波性、电绝缘或导电性、抗冲击、高阻尼特性、零或负热膨胀系数、尺寸稳定性、抗疲劳等优点越来越多地被空间结构所采用。空间光学结构如光学平台、精密仪器支撑结构件、太空望远镜支架、碳纤维轻体光学反射镜镜体等陆续开始采用碳纤维增强环氧复合材料。碳纤维增强环氧复合材料的密度只有1.5~1.6g/cm3，是钢的1/5。通常情况下，采用碳纤维增强环氧复合材料可以比铝合金结构减重30%以上，与钛合金相比，结构质量轻、热膨胀系数小，与殷钢材料相比，质量可以减轻50%以上。

　　碳纤维增强环氧复合材料的性能由作为增强材料的碳纤维和作为基体材料的环氧树脂确定，也就是说材料性能不仅仅取决于增强材料纤维，树脂基体也起了非常关键的作用。因此，在确定增强材料的同时要选择适当的树脂体系，研制满足要求的树脂配方。一方面，作为空间结构，通常对结构的刚度要求很高，所以广泛选用具有高模量的碳纤维做增强材料，同时由于碳纤维本身具有负的热膨胀系数，因此由碳纤维作为增强材料的复合材料可以设计成接近于“零”或负的热膨胀系数。占有国际高性能碳纤维市场35%份额的日本东丽公司生产的碳纤维，作为空间结构，复合材料的基体材料通常选用高性能的环氧树脂体系，要求具有耐高低温、高强度、高模量的特性。

　　碳纤维增强环氧复合材料除了具有高比强度、高比模量等显著优点外，一个突出优点就是可以设计成接近于“零”或负的热膨胀系数。而这是空间光学结构，尤其是用于光学精密仪器上的空间结构件所要求的关键技术指标，例如和主镜直接接触的支撑材料就要求其线胀系数应与所选主镜材料的线胀系数良好匹配。这就使碳纤维增强环氧复合材料在不同热环境温度下具有良好的尺寸稳定性。

　　用于空间结构的材料必须满足空间环境的要求，空间环境包含的内容很多，对于碳纤维增强环氧复合材料的空间污染参数，碳纤维是稳定的相，大多数情况下，环氧树脂是对环境敏感的相，在空间会出现真空出气，同时伴有冷凝物质挥发，出现质量损失。不同的使用情况有不同的技术要求，比如欧洲空间环境要求总质量损失（TML）<1%，可凝挥发物（CVCM）则应低于总质量的0.1%。但这不是材料能否使用的绝对界限，材料能否使用还要根据具体情况确定。

　　碳纤维增强环氧复合材料的成型工艺有多种，本文重点研究了纤维缠绕成型技术。这些工艺成型技术可以制作成各种形状复杂的结构件，有的结构件甚至是金属工艺无法实现的。纤维缠绕成型工艺（FW）纤维缠绕成型工艺是复合材料成型中最常用的工艺成型技术之一，适宜研制轴对称结构和部分对称结构的产品，缠绕成型工艺是机械化程度较高的成型工艺，复合材料材质及方向性均匀，质量稳定，可靠性高。用缠绕成型研制的“零”膨胀系数杆件，通过合理设计缠绕角，可以使杆件沿着轴向的热膨胀系数接近“零”或负值，这种杆件也是空间结构采用较多、工艺最成熟的产品之一。采用缠绕成型工艺研制的遮光筒，产品结构尺寸为外径200mm、长250mm、壁厚1mm的圆筒，其中筒内壁的光拦片只有0.5mm厚，这是金属结构在工艺上很难达到的。

　　阅读延伸：《碳纤维复合材料在空间相机上的应用》