高低温对碳纤维/环氧树脂复合材料高压气瓶的性能影响

为了获得T1000碳纤维/环氧树脂复合材料高压气瓶环境适应能力,有效地掌握气瓶高低温适应性固有规律,以容积50 L、工作压力30 MPa的复合材料气瓶(钛为内衬、碳纤维/环氧树脂为复合层)为研究对象,首先介绍了高低温循环下带压气瓶(在-40~80℃范围内成功通过热真空、热循环验证,具备高压承载能力)的热真空、热循环试验数据,然后采用与气瓶相同复合材料的拉伸试样(缠绕角分别为0°和90°),通过高低温极限摸底试验获得了复合材料经历不同梯度高低温后的拉伸性能数据,通过数据比对分析获得了高低温影响拉伸强度衰减的规律。同时,提出了一种高低温极限摸底试验的可靠性评估方法。结果表明,在-50~100℃范围内,试样拉伸强度及断裂伸长率变化较小;当温度高于100℃时,纤维和树脂的性能发生衰减,导致拉伸强度明显降低;当温度低于-50℃时,树脂的性能发生衰减,纤维受到的影响较小。试样高低温极限摸底试验的可靠度大于0.999,表明采用拉伸试样高低温拉伸强度数据的替代方式具有较高的等效性。

国产T1000级碳纤维性能

通过国产T1000级碳纤维表面状态、单向板、NOL环及φ185 mm壳体的实验研究,分析了两种国产T1000级碳纤维的表面物理和化学状态,复合材料的微观界面性能及力学性能。结果表明,两种国产T1000级碳纤维表面光滑,断口基本呈现为规整的圆形,国产T1000级碳纤维能获得较高的拉伸强度。两种国产T1000级碳纤维单向板0°拉伸强度均略低于进口T1000碳纤维,这是由于HF50S碳纤维单向板呈现部分纤维束型的破坏和部分断裂型的破坏;两种国产T1000级碳纤维单向板90°拉伸强度均略低于进口T1000碳纤维,这是由于国产T1000级碳纤维与树脂基体之间的机械锚钉作用较弱,界面粘接强度较低;两种国产T1000级碳纤维缠绕壳体爆破压强是进口T1000壳体爆破压强的0.93和0.88,这是由于SYT55碳纤维和HF50S碳纤维缠绕时容易起毛和界面粘接性能较差。

T1000级碳纤维及其复合材料研究与应用进展

本文介绍了T1000级碳纤维的发展历程,综述了T1000级碳纤维及其复合材料的研究及应用情况,指出了国产T1000级碳纤维应用研究需要关注的问题。

某T1000级碳纤维缠绕复合材料壳体承压特性

为探究T1000级高压强复合材料壳体承压力学特性,本文开展了国产T1000级碳纤维复合材料宏观力学性能横向对比测试,并以此为基础完成复合壳体材料选型,根据工艺铺层信息,结合3次样条厚度预测方法及非测地线缠绕角计算方法,实现壳体的高保真有限元建模,并基于渐进损伤分析方法,对复合壳体封头应力应变响应、复合壳体损伤演化过程、失效模式及爆破压强进行预示,最终通过液压强度试验验证了计算模型的准确性。结果表明:国产T1000碳纤维性能与东丽T1000G相当,且拓展CCF1000S综合性能表现最佳;封头段由壳体与金属接头段刚度不连续引起的变形不协调使该区域受弯曲、拉剪耦合作用,进而导致封头肩部应力水平明显高于两侧;基于三维Hashin损伤准则的渐进损伤模型能有效地描述壳体损伤与失效过程,更能准确地预测壳体爆破压强及破坏位置。

超薄钛内衬复合材料高压气瓶力学特性分析

以卫星用超薄钛内衬T1000碳纤维增强复合材料高压气瓶为研究对象,基于各向同性材料弹塑性理论及复合材料层合板理论,建立三维有限元分析模型。通过对比分析金属内衬和复合材料层在不同内压下的位移、应力和应变分布规律,得到了这种气瓶在各承压工况下的力学特性,最后通过压力试验结果验证了有限元模型的准确性。研究结果表明:当内压超过气瓶的工作压力时,复合材料气瓶主要发生轴向变形,且内衬既有弹性变形又有塑性变形,复合材料层始终处于弹性变形。此外,气瓶爆破失效薄弱点在筒体与封头的过渡区域,在不均匀应变的作用下易沿环向发生撕裂而爆破。本文的研究成果可为超薄内衬复合材料高压气瓶的设计、试验等提供参考依据。