碳纤维复合材料壳体湿法缠绕用高性能树脂基体的研究

树脂基体的低黏度和长适用期是大型固体火箭发动机复合材料壳体长周期湿法缠绕成型的基本保证。通过与高活性固化剂物理相容的活性溶剂的添加,研制出一种具有低黏度、长适用期、优异力学性能及耐热性能的环氧树脂基体。采用差式扫描量热法(DSC)、动态热机械仪(DMA)、万能材料试验机、水压爆破系统等对该树脂体系的固化行为、黏度、浇铸体力学及耐热性能和碳纤维增强复合材料力学性能、容器爆破性能进行了系统的研究。结果表明,该树脂基体黏度低,黏度变化平缓,适用期超过10h,满足大型发动机壳体湿法缠绕成型工艺要求;且该树脂基体以及碳纤维复合材料具有优异的力学性能,缠绕成型的Ф150mm容器的容器特性系数>50km,纤维强度发挥率>90%。

树脂基复合材料湿法缠绕成型研究进展

缠绕成型可获得性能优异的复合材料及其制品。相对于干法缠绕成型而言 ,湿法缠绕成型可有效降低复合材料的制造成本。本文简要介绍了湿法缠绕用增强材料的状况 。

碳纤维湿法缠绕基体配方及成型研究

研究了碳纤维增强复合材料用湿法成型工艺、基体配方的性能和使用期。研究的 HT1 1 A、HT1 1 B两种配方浇注体拉伸强度达到 1 0 0 MPa以上 ,模量为 3.9GPa,力学性能优良。配方具有较高的耐热性 ,使用期大于 9h,完全适用于湿法缠绕成型。缠绕的 Φ1 50 mm碳纤维增强复合材料容器特性系数 ( PV/W)均大于 34 km,纤维强度转化率 ( K)达到 82

碳纤维湿法缠绕用高模量高韧性环氧树脂基体

设计了一系列针对碳纤维湿法缠绕的环氧树脂基体,测试了树脂浇注体及其复合材料的力学性能和热机械性能,研究了树脂基体对碳纤维复合材料界面性能的影响。试验结果表明,对韧性树脂体系,树脂基体的模量是发挥纤维强度的关键因素,模量的提升将大幅提高复合材料的综合性能。经复配和优化的树脂体系兼具高模量和高韧性,其T700碳纤维复合材料NOL环拉伸强度达到2480MPa,T800碳纤维复合材料NOL环拉伸强度达到2780MPa,玻璃化温度(Tg)超过200℃,具有优异的界面性能和耐热性能。

一种水容器壳体湿法缠绕环氧树脂体系

研究开发了一种适合以聚乙烯塑料为内衬的水容器壳体湿法缠绕成型用新型环氧树脂复合体系。进行了粘度、力学性能、耐疲劳、爆破实验。结果表明,改性环氧复合体系室温下粘度低(0.6～0.7Pa·s),凝胶期长(≥5h),可在较低温度下(60℃左右)凝胶、固化;环氧浇注体强度较高,韧性好;环氧/玻纤湿法缠绕壳体具有力学性能优异、长期耐疲劳性好、爆破强度高、成本低等优点,能够满足水处理容器湿法缠绕成型要求。

湿法缠绕用环氧配方适用期研究

用DSC、IR、GPC等测试技术对芳纶纤维湿法缠绕复合材料用环氧配方在贮存过程中的粘度、固化度、固化动力学参数以及分子量及其分布特征进行了研究，研究结果表明，HR18环氧配方的室温适用期较长且随存放温度升高而变短，在较低的温度条件下可延长树脂系统的使用寿命。

湿法缠绕用次中温固化的环氧树脂配方

采用自制改性液态芳香胺制得一种低粘度次中温固化环氧树脂体系 ,通过不同升温速率下的固化过程DSC扫描 ,研究了该体系的固化反应动力学 ,并据其优化了体系的固化制度。结果表明 ,该体系的表观固化反应活化能为 38.5 4kJ/mol,反应级数为 0 .84。固化度和FT -IR测试表明 ,体系可在 90℃的次中温环境中达到固化完全。体系综合性能优良 ,可满足复合材料湿法缠绕成型对高性能树脂基体的要求。

碳纤维湿法缠绕用环氧树脂基体研究

以TDE-85树脂和AFG-90树脂为主体树脂,混合芳香胺为固化剂,研究了一种适合于碳纤维复合材料湿法缠绕成型的树脂配方。结果表明,该树脂的黏度低(＜550 mPa·s)、适用期长,其浇铸体具有优异的力学性能,其拉伸强度为107 MPa,拉伸模量为4．09 GPa,弯曲强度为161 MPa,弯曲模量为3．88 GPa,断裂伸长率超过6%。用其制备的T-700碳纤维缠绕复合材料界面粘接好,NOL环层间剪切强度达到66．8 MPa,拉伸强度达到2．44 GPa。

湿法缠绕用树脂体系黏度及固化动力学研究

采用旋转黏度计测试了液晶环氧树脂改性E-51树脂体系黏度,结果表明,在7h内该树脂体系黏度小于2000mPa·s,满足缠绕工艺黏度要求;用DSC法研究了该树脂体系固化动力学,T-β外推法推导出固化工艺参数,并确立固化工艺参数为75℃/2h+130℃/2h+180℃/2h,为液晶环氧树脂改性E-51树脂湿法缠绕工程化应用提供了理论依据。

大尺寸CFRP固体火箭发动机壳体湿法缠绕用树脂配方研制

针对大尺寸炭纤维增强复合材料(CFRP)固体火箭发动机壳体的制备要求,研制了一种具有良好粘度-温度及粘度-时间特性的炭纤维复合材料湿法缠绕成型树脂配方A。采用差示扫描量热法(DSC)、傅立叶红外光谱(FT-IR)等分析技术对树脂基体的固化反应进行了系统地研究,并测试了配方的粘度、力学性能及容器爆破强度。结果表明,该树脂配方A的反应表观活化能为41.71kJ/moL,室温下粘度低(≤0.5390Pa.s),适用期较长(>48h),不仅完全满足大尺寸CFRP固体火箭发动机壳体的湿法缠绕成型工艺要求,而且其树脂基体及其炭纤维复合材料表现出优良的力学性能。炭纤维复合材料界面粘接良好,缠绕的Φ150mm容器的PV/W均大于48km,纤维强度转化率达到89.0%以上。

湿法缠绕用T800碳纤维复合材料基体研究

针对T800碳纤维和湿法缠绕的特点,开发了一种适合T800碳纤维湿法缠绕用的树脂基体,测试了该树脂基体与T800碳纤维制成复合材料的力学性能和耐湿热性能。结果表明,该树脂体系的粘度和适用期可满足湿法缠绕成型工艺要求,制备的T-800碳纤维复合材料界面粘接好,层间剪切强度达到101 MPa,NOL环拉伸强度高于2500MPa;单向复合材料经95℃蒸馏水浸泡150h后的平衡吸湿率低于1%、力学性能保留率高,耐湿热性能优良。

湿法缠绕成型T700碳纤维/氰酸酯树脂复合材料力学性能研究

研究了湿法缠绕成型的T700碳纤维/氰酸酯树脂复合材料NOL环及单向板力学性能。测试了树脂配方的粘度-温度特性,T700碳纤维/氰酸酯树脂复合材料NOL环的拉伸及剪切性能,采用SEM对NOL环拉伸试样破坏形貌进行了观察。测试了T700碳纤维/氰酸酯树脂单向板复合材料的常温拉伸性能、弯曲性能、层间剪切性能和高温弯曲性能。结果表明,树脂配方在25℃下的粘度为800 cps,可以直接在室温条件下用于复合材料湿法缠绕成型,并具有充分的使用期。NOL环的拉伸强度为2220 MPa,剪切强度为56. 8 MPa,树脂基体对碳纤维具有良好的浸润性,能够较好地发挥出碳纤维的高强度特性。T700碳纤维氰酸酯树脂单向板复合材料的高温力学性能优异,200℃下弯曲强度保留率高达60. 4%,250℃下弯曲强度保留率高达45. 0%。

水处理容器湿法缠绕用环氧树脂体系

设计了一种适合水处理容器湿法缠绕使用的环氧树脂体系 ,该体系在室温有较长的凝胶期 ,粘度低 ,可在室温下凝胶、固化 ,在 80℃固化良好。树脂浇铸体力学性能优良 ,与玻璃纤维之间粘结良好 ,NOL环复合材料力学性能好 ,产品爆破强度高。结果表明 ,纤维强度转化率较高 。

NOL环层间剪切强度对T700S级干喷湿纺碳纤维湿法缠绕复合材料性能的影响

为研究影响碳纤维湿法缠绕复合材料性能的因素,通过国内外T700S级碳纤维表面状态、NOL环及φ150容器的性能试验,研究了NOL环层剪强度对T700S级干喷湿纺碳纤维湿法缠绕复合材料性能的影响。结果表明,T700S级干喷湿纺碳纤维φ150mm容器爆破性能与复合材料NOL环层剪强度相关,层剪强度越高,其φ150mm容器爆破性能越低。

双阿累尼乌斯方程在湿法缠绕环氧树脂中的应用

为解决双阿累尼乌斯方程在模拟湿法缠绕用酸酐固化环氧树脂和芳香胺固化环氧树脂黏-温特性时出现较大误差的问题，对方程频率因子4和活化能因子M进行了探讨，在其表达式中增加时间变量t，得到新的双阿累尼乌斯方程表达式，并模拟实际固化温度下两种树脂的黏-温特性，对所建立的方程进行了验证。结果表明，时间变量的加入是合理的，新方程可准确模拟两种树脂的黏-温特性，预报不同工艺条件下树脂的黏度，确定酸酐固化环氧树脂在40-50℃符合湿法缠绕的要求，最佳缠绕温度为45℃；芳香胺固化环氧树脂在40℃和45℃符合湿法缠绕的要求，最佳缠绕温度为45℃。

湿法缠绕苯并噁嗪/碳纤维复合材料的性能

分析了3种环氧树脂改性苯并噁嗪(BZ)树脂固化体系的黏温特性、凝胶时间、浇铸体力学性能等,从而优选出一种适用于湿法缠绕且具有优异性能的树脂体系,其由100份BZ树脂预聚体,10份混合环氧树脂,5份芳香胺类固化剂组成。以该树脂体系为基体,利用湿法缠绕工艺制备了NOL环,探究了缠绕张力对NOL环力学性能的影响;在较优缠绕张力下,制备了内径150mm标准压力容器,并进行了相关性能测试。结果表明,优选的树脂体系具有优异的黏温特性,适用期超过8h,浇铸体具有较好的力学性能(如拉伸强度达到78MPa,拉伸弹性模量达到4.56GPa),拉伸断裂面出现些许韧窝;随着缠绕张力的增大,NOL环的拉伸及层间剪切强度先增大后减小,当缠绕张力为10N时,拉伸强度达到2 680MPa,层间剪切强度达到66MPa,且高温条件下(160℃),拉伸与层间剪切强度保持率均超过85%;在较优缠绕张力(10N)下,压力容器的特征系数为41.3km,纤维强度转化率达到89.1%,基本发挥了碳纤维的力学性能。

湿法缠绕成型工艺研究进展

湿法缠绕成型工艺是获得高性能树脂基复合材料的重要工艺之一,并且可以实现低成本制造。简要介绍了增强材料以及成型工艺方面的研究进展,综述了湿法缠绕成型所用树脂体系的黏度特性以及相关力学性能方面的研究,并指出了今后的发展方向。

芳纶Ⅲ纤维湿法缠绕工艺研究

在综合考虑力学性能、耐热性能、浸润性能以及工艺性能的基础上,研制了一种适用于芳纶Ⅲ纤维湿法缠绕的基体配方。实验结果表明,该配方35℃下的初始黏度低(430mPa·s),适用期长(≥8h),完全满足湿法缠绕要求。配方浇铸体拉伸强度、延伸率和弯曲强度分别为88.8MPa、3.23%和142.8MPa,马丁耐热温度为155.1℃,玻璃化转变温度为171.5℃。用其制备的芳纶Ⅲ纤维复合材料NOL环层间剪切强度、拉伸强度和模量分别达51.3MPa、2102MPa和96.1GPa,Φ150mm容器的容器特性系数平均值和纤维强度转化率平均值分别为34.8km和68.9%,均可达到干法缠绕成型的芳纶Ⅲ/R04复合材料性能水平。

低成本中温固化湿法缠绕用树脂基体及其国产碳纤维复合材料

针对国产T700碳纤维、中温固化及湿法缠绕的特点,制备了一种适合国产T700碳纤维湿法缠绕用的低成本树脂基体,研究了树脂基体热性能、力学性能、使用期和成本,测试了该树脂基体与国产T700碳纤维制备的复合材料的力学性能。结果表明:该树脂体系耐热性良好且力学性能优异,适宜中温固化,粘度和使用期满足湿法缠绕工艺要求,成本降低超过65%;该树脂基体与国产T700碳纤维制备的复合材料力学性能优异,0°拉伸强度为1988.15 MPa,0°压缩强度为821.02 MPa,弯曲强度为1839.94 MPa,剪切强度为89.51 MPa。

发射箱湿法缠绕用树脂体系黏度及固化动力学研究

目的研究液晶环氧树脂改性E-51树脂体系的黏度和固化动力学,为发射箱湿法缠绕成形提供理论依据。方法采用旋转黏度计测试树脂体系在25,30和35℃下的静态黏度,用非等温DTA法研究树脂体系固化动力学,并用T-β外推法推导固化工艺参数。结果在25,30和35℃下,8 h后树脂体系的黏度分别为1219,1568和1789 m Pa·s;固化工艺参数为Ti=71℃,Tp=131℃,Tf=181℃,并获得了固化动力学方程。结论树脂体系黏度小于2 Pa·s,满足发射箱湿法缠绕工艺要求,固化工艺制度为70,100,130和180℃下分别恒温固化2 h。