不同纺丝工艺T800炭纤维及其缠绕压力容器性能差异性研究（英文）

对比分析了采用不同纺丝工艺制备的T800HB炭纤维与T800SC炭纤维之间的微观形态、NOL环性能、压力容器应变分布及水压实验的性能差异。结果表明,纺丝工艺不同使得T800HB炭纤维较T800SC炭纤维脆性更大,与树脂基体结合更强,导致复合材料拉伸破坏时吸收能量较少而影响其拉伸性能的发挥。采用T800HB炭纤维制备的复合材料压力容器在封头上靠近赤道位置处产生了更高的压缩应变,更易在此处发生低压爆破。Φ150 mm压力容器水压检测结果表明,T800HB炭纤维压力容器由于低压破坏,环向纤维强度发挥率仅为72%,容器特性系数为34.8 km;而T800SC炭纤维压力容器环向纤维强度发挥率达92.3%,容器特性系数达47.2 km。因此,采用干喷湿纺工艺所制T800SC炭纤维更适合缠绕工艺制备压力容器。

两种纺丝工艺T800级炭纤维复合材料容器性能对比

采用万能材料试验机、水压爆破试验对两种不同纺丝工艺的T800级炭纤维在缠绕浸渍过程中的耐磨性及φ150 mm容器性能进行了系统研究,并对φ150 mm容器缠绕层应力分布进行了对比分析。结果表明,由干喷湿纺T800SC炭纤维缠绕制备的φ150 mm容器性能优于湿法纺丝T800HB炭纤维。这主要是由于相比T800HB炭纤维,T800SC炭纤维在缠绕过程中不易磨损,可保持其纤维强度。因此,T800SC炭纤维具有更佳的缠绕适配性,更适合作为固体火箭发动机复合材料壳体的增强体。此外,由于T800HB炭纤维复合材料容器的封头靠近赤道位置处产生压缩应变较大,易在该位置发生复杂的破坏模式。因此,需采用较小的应力平衡系数进行容器设计。

国产T800级炭纤维表面特性及其复合材料微观界面性能

采用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱(XPS)等测试方法表征了两种国产上浆/去浆T800级炭纤维的表面特性,并通过单丝断裂实验测试了单丝复合体系微观界面剪切强度(IFSS),在此基础上研究了炭纤维表面特性对单丝复合体系微观界面性能及其耐湿热性能的影响。结果表明:去浆后炭纤维表面含氧活性官能团含量降低,粗糙度增加,与基体树脂的界面结合强度增大;湿热环境对复合材料的微观界面性能影响显著,尤其是破坏了纤维/基体间的化学键合作用,但去湿后部分界面性能可恢复。