碳纖維復合材料火箭發動機殼體用韌性環氧樹脂基體(三)


1.4復合材料纏繞成型方式
    纖維纏繞成型是在控制纖維張力和預定線型的條件下,將連續的纖維粗紗或布帶浸漬樹脂膠液,連續地纏繞在相應于制品內腔尺寸的芯?;騼纫r上,然后在室溫或加熱條件下使之固化制成一定形狀制品的方法。
1.4.1纏繞成型工藝分類
    纖維纏繞成型工藝按其工藝特點,通常分為三種。
   (1)干法纏繞成型采用該法制成的制品質量比較穩定,工藝過程易控制,設備比較清潔,可以改善勞動衛生條件.纏繞速度可以提高(速度可達100~200m/min),且工藝過程易控制。這種工藝方法容易實現機械化、自動化。但纏繞設備比較復雜,投資較大。
   (2)濕法纏繞成型工藝濕法纏繞工藝設備比較簡單,對原材料要求不嚴,便于可選用不同材料,因紗帶浸膠后馬上纏繞,對紗帶的質量不易控制和檢驗,同時膠液中尚存大量的溶劑,固化時易產生氣泡,纏繞過程中纖維的張力也不易控制,但生產效率很高。
   (3)半干法纏繞成型工藝這種工藝與濕法相比增加了烘干工序,與干法相比,縮短了烘干時間,降低了膠紗烘干程度,可在室溫下進行纏繞。這種成型工藝,既除去了溶劑,提高了纏繞速度,又減少了設備,提高了制品質量。
1.4.2纏繞制品的特點
    纖維纏繞成型玻璃鋼除具有一般玻璃鋼制品的優點外,它還具有其他成型工藝所沒有的特點,現例舉如下:
(1)比強度高 纏繞成型玻璃鋼的比強度三倍于鋼、四倍于鈦。
(2)避免了布紋交織點與短切纖維末端的應力集中
(3)可使產品實現等強度結構纖維纏繞成型工藝可使產品結構在不同方向的強度比佳。也就是說,在纖維纏繞結構的任何方向上,可以使設計的制品(如:纏繞玻璃鋼制品)的材料強度,與該制品材料實際承受的強度基本一致,使產品實現等強度結構,
1.4.3纏繞制品的應用
    由于纏繞玻璃鋼制品具有上述各特點,因此,在化工、食品、釀造業、運輸業及軍工等方面獲得比較廣泛的應用,主要有:
1.壓力容器
2. 大型貯罐和鐵路罐車
3. 化工管道
4. 軍工產品
1.5問題的提出
    碳纖維/環氧樹脂復合材料具有比強度、比模量高,密度小,結構尺寸穩定,耐熱、耐低溫以及材料性能可設計性等優點,而且碳復合材料既可以作為結構材料承載重荷又可以作為功能材料發揮作用,已經成為空間制品的選材料。早在70年代,美國和前蘇聯等發達就已成功地將碳復合材料用于航空航天領域的結構產品上,而我國的有關研究卻相對落后。近年來,國內有許多學者對碳纖維/環氧樹脂復合材料也進行了許多研究,并取得了可觀的成果,但往往只限于預浸工藝,對低成本、高效率的濕法纏繞工藝并不適用。因此,開展碳纖維濕法纏繞成型用高性能環氧樹脂基體及其碳復合材料性能方面的研究具有重要的工程實際意義。
    本文結合哈爾濱玻璃鋼研究所承擔的“九五”攻關項目“碳纖維復合材料固體火箭發動機殼體研究”,對固體火箭發動機復合材料殼體用韌性環氧樹脂基體及其碳復合材料的性能進行了實際工程研究,取得了令人滿意的成果,希望能對今后有關方面的研究起到一定的指導意義。
    1.6論文研究內容及方法
    論文先從實際出發,圍繞有望應用于濕法纏繞成型領域的環氧樹脂及其稀釋劑、增韌劑和固化劑,結合國內外相關方面的研究進行了篩選,設計了進一步試驗的配方,結合熱、力學性能的測試分析,對提出的配方進行了優化設計,確定了兩個配方進行復合材料及壓力容器性能試驗,對實驗結果給出了較為合理的解釋,并結合 DSC、FT-IR及凝膠化時間的測試分析,對固化制度進行了優化,對所選兩體系的固化反應及其動力學機理也進行了較為深入的探討。