在綜合考慮樹脂黏度、力學(xué)性能、耐熱性能的基礎(chǔ)上,開發(fā)了適用于碳纖維復(fù)合材料火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體濕法纏繞成型工藝用耐高溫和韌性環(huán)氧樹脂基體。用差示掃描式量熱法(DSC)、傅里葉紅外光譜FT- IR等分析技術(shù)對(duì)該韌性樹脂基體的固化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)、樹脂基體固化物的性能和復(fù)合材料的性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。結(jié)果表明,該韌性樹脂基體黏度低,適用期長,韌性好,與碳纖維界面粘接強(qiáng)度高,所制得的復(fù)合材料火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體纖維強(qiáng)度轉(zhuǎn)化率高,為今后相關(guān)方面的研究指明了方向。
20世紀(jì)80年代中期以來,國外碳纖維開發(fā)迅猛發(fā)展,性能水平大幅度提高,抗強(qiáng)度由初期的215 GPa提高到目前的710 GPa并且有了優(yōu)良的表面處理劑和樹脂基體配合,強(qiáng)度轉(zhuǎn)化率提到85%以上。
環(huán)氧樹脂是先進(jìn)復(fù)合材料普遍應(yīng)用的熱固性樹脂基體,是最早應(yīng)用的纏繞大型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體用樹脂基體。按照增強(qiáng)材料分類,固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體發(fā)展大致經(jīng)歷了3個(gè)階段,即從玻璃纖維到芳綸纖維再到碳纖維。目前各國在新研制的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)上幾乎都采用碳纖維復(fù)合材料殼體,基體仍然普遍采用環(huán)氧樹脂,這是與環(huán)氧樹脂較好的耐熱性、良好的粘接性以及優(yōu)異的工藝性能是分不開的。盡管近年來為滿足新型航空航天器件的需要,不斷提高其使用溫度,也采用了雙馬來酰亞胺樹脂等聚酰亞胺樹脂等高性能樹脂基體,但是由于其工藝性的制約,僅在采用模壓工藝制造的航空航天制品中得到了應(yīng)用。目前,火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體用樹脂基體仍然以環(huán)氧樹脂為主,許多科技工作者都致力于開發(fā)高性能環(huán)氧樹脂基體,以與不斷提高的纖維增強(qiáng)材料的性能相匹配,更好地適應(yīng)航空航天技術(shù)發(fā)展的新要求。對(duì)于碳纖維復(fù)合材料發(fā)動(dòng)機(jī)殼體,目前仍存在著兩種不同的觀點(diǎn):一種認(rèn)為斷裂延伸率是影響容器特性系數(shù)(pV/ W)的主要因素,為此建議大力開發(fā)高延伸率的韌性環(huán)氧樹脂基體:另一種認(rèn)為耐熱性是主要影響因素,應(yīng)致力于開發(fā)高耐熱環(huán)氧樹脂基體。鑒于以上兩種不同的觀點(diǎn),本攻關(guān)項(xiàng)目擬分別開發(fā)高韌性和耐高溫兩種濕法纏繞樹脂基體配方,這也代表了當(dāng)今環(huán)氧樹脂改性的兩個(gè)主要方向。
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