艙段用碳纖維-環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料及其整體成型工藝.pdf

1、碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料以其高比強(qiáng)度和高彈性模量、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、抗疲勞斷裂性能好、耐腐蝕、結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定性好以及便于大面積整體成型的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在航空、航天等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。熱壓罐-鋪層技術(shù)是現(xiàn)階段航空、航天復(fù)合材料構(gòu)件的主要成型方法，但使用該技術(shù)對(duì)航天領(lǐng)域大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)艙段進(jìn)行整體成型的相關(guān)工藝研究很少。本文則針對(duì)這些問(wèn)題，進(jìn)行了較為深入的研究。
　　碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料艙段由碳纖維增強(qiáng)材料和樹(shù)脂基體兩部分組成。在本課題的研究中，

2、選取T70012K碳纖維和T3001K碳布作為增強(qiáng)材料，使用616環(huán)氧樹(shù)脂和AG-80環(huán)氧樹(shù)脂作為樹(shù)脂體系的基體樹(shù)脂。復(fù)合材料艙段整體成型工藝主要包括樹(shù)脂膠配制工藝、碳纖維預(yù)浸料制備工藝、艙段鋪層工藝、整體成型工藝和固化工藝等組成，本文重點(diǎn)對(duì)其中的樹(shù)脂改性、固化制度、鋪層設(shè)計(jì)等相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行研究。
　　本文研究了熱塑性樹(shù)脂PEK-C對(duì)616環(huán)氧樹(shù)脂和AG-80環(huán)氧樹(shù)脂體系的改性效果，制備了環(huán)氧樹(shù)脂基體澆鑄體并對(duì)其性能進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果

3、表明經(jīng)改性后的樹(shù)脂體系具有優(yōu)異的耐高溫性能，其力學(xué)性能能夠滿足設(shè)計(jì)要求，可以用于高性能復(fù)合艙段的成型。
　　運(yùn)用樹(shù)脂體系T-β圖外推法和固化動(dòng)力學(xué)原理近似獲得復(fù)合材料艙段的固化制度，使用該固化制度按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制備相應(yīng)的性能試樣，并進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)。使用經(jīng)典層合板理論對(duì)艙段的力學(xué)性能進(jìn)行了計(jì)算，通過(guò)對(duì)艙段性能實(shí)測(cè)值和計(jì)算值的對(duì)比分析，表明經(jīng)典層合板理論可以對(duì)整體的力學(xué)性能進(jìn)行預(yù)測(cè)，為整體艙段的鋪層工藝設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)，同時(shí)也驗(yàn)證了該固化制

4、度對(duì)艙段固化成型的適用性。
　　硅橡膠軟膜材料在高溫條件下具有良好的熱膨脹性能，能夠在艙段固化過(guò)程中為艙段內(nèi)型面、犄角等不易加壓的部位提供壓力，使艙段固化的表觀尺寸可以達(dá)到使用要求。本文對(duì)硅橡膠線膨脹系數(shù)和體積膨脹系數(shù)關(guān)系進(jìn)行了推導(dǎo)，得到硅橡膠加熱條件下尺寸和對(duì)艙段壓力與溫度變化的關(guān)系。
　　根據(jù)整體艙段結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)了艙段的成型工藝。把艙段分為蒙皮、大端框、小端框、縱向筋、環(huán)向筋、窗口等六個(gè)部分，蒙皮分為外蒙皮和內(nèi)蒙皮兩部分