耐低温环境复合材料树脂基体的设计、制备及性能表征
发布时间：2021-10-05 13:57
在当前技术水平下,发展重型运载火箭是人类实现星际旅行与深空探测的前提。低温推进剂贮箱作为运载火箭中质量和体积占比最大的部件,其轻质化水平决定着火箭的总体服役性能。在新一代轻型低温推进剂贮箱的众多候选材料中,碳纤维增强环氧树脂基复合材料因其优异的综合性能而被优先考虑。然而,作为低温推进剂贮箱的结构材料,碳纤维复合材料必须面对严苛的超低温环境（液氧/液氢:-183/-253 ℃）。本文针对复合材料基体树脂（环氧树脂）存在质脆、韧性差和耐冲击性差等缺点,通过向环氧树脂中引入柔性分子链和纳米粒子增强相的方法来改善环氧树脂在超低温下的力学性能。然而,鉴于液氧的特殊性（树脂基体需面临液氧相容性问题）,本文首先通过98J液氧冲击试验从4种商用环氧树脂型号中筛选出与液氧相容性相对较好的NPEF-170环氧树脂,以该型号环氧树脂为研究对象进行改善树脂低温力学性能的方法研究。此外,本文对NPEF-170环氧树脂进行Br元素接枝改性,研究了 Br元素对环氧树脂液氧相容性的影响机理。随后,本文提出了 一种通过向环氧树脂分子结构中引入柔性有机硅（-Si-O-Si-）分子链来改善环氧树脂超低温力学性能的方法。同时...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：161 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
金属贮箱和复合材料贮箱对比情况f}l
司（ＭＤＡ）开始进行树脂基复合材料液氢贮箱的研宄到２０１６年Ｓｐａｃｅ?Ｘ公司制造出直径??１２米的复合材料贮箱，复合材料低温推进剂贮箱从小直径小容量逐渐向大直径大容量的??方向发展，如图１．２所示［２（）＿２２］。??减重?２０￣４０％??成本降低约２５％??１５?＿擊??＾＞２．４?ｍ?ｐ?ｗ?ｓ??２５祕??Ｉ麵倉“??１９９６?２０１４?２０１６??年份??图１．２国外复合材料贮箱发展历程ｌ２（）＿２２］??Ｆｉｇ．?１．２?Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ?ｈｉｓｔｏｒｙ?ｏｆ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ?ｔａｎｋｓ，２０＂２２］??国外最先开展的是含有内衬结构的复合材料压力容器的研究工作，美国林肯复合材??料公司于２０世纪５０年代已开始进行复合材料压力容器的研宄工作［２３］。最初的内衬材料??为橡胶，随后发展为铝合金、钛合金等金属材料，而纤维主要以玻璃纤维和芳纶纤维为??主［２４］。国外复合材料压力容器的快速发展期始于２０世纪７０年代，美国林肯复合材料公??司、美国空间压力系统公司、波音公司及法国ＡｅｒｏｓＳｐａｔｉａｌｅ空间研究中心等机构均开展??了相关研宄工作［２３＿２６］。??从２０世纪８０年代开始，国外相关公司和研宄机构开始进行全复合材料液氧贮箱和??液氢贮箱的研究工作。研制液氧贮箱面对的主要难题是复合材料与液氧的相容性问题，??所谓材料与液氧相容是指材料置于液氧环境中，受到外界能量作用时（如撞击、摩擦等），??－３?＊？－??
司（ＭＤＡ）开始进行树脂基复合材料液氢贮箱的研宄到２０１６年Ｓｐａｃｅ?Ｘ公司制造出直径??１２米的复合材料贮箱，复合材料低温推进剂贮箱从小直径小容量逐渐向大直径大容量的??方向发展，如图１．２所示［２（）＿２２］。??减重?２０￣４０％??成本降低约２５％??１５?＿擊??＾＞２．４?ｍ?ｐ?ｗ?ｓ??２５祕??Ｉ麵倉“??１９９６?２０１４?２０１６??年份??图１．２国外复合材料贮箱发展历程ｌ２（）＿２２］??Ｆｉｇ．?１．２?Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ?ｈｉｓｔｏｒｙ?ｏｆ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ?ｔａｎｋｓ，２０＂２２］??国外最先开展的是含有内衬结构的复合材料压力容器的研究工作，美国林肯复合材??料公司于２０世纪５０年代已开始进行复合材料压力容器的研宄工作［２３］。最初的内衬材料??为橡胶，随后发展为铝合金、钛合金等金属材料，而纤维主要以玻璃纤维和芳纶纤维为??主［２４］。国外复合材料压力容器的快速发展期始于２０世纪７０年代，美国林肯复合材料公??司、美国空间压力系统公司、波音公司及法国ＡｅｒｏｓＳｐａｔｉａｌｅ空间研究中心等机构均开展??了相关研宄工作［２３＿２６］。??从２０世纪８０年代开始，国外相关公司和研宄机构开始进行全复合材料液氧贮箱和??液氢贮箱的研究工作。研制液氧贮箱面对的主要难题是复合材料与液氧的相容性问题，??所谓材料与液氧相容是指材料置于液氧环境中，受到外界能量作用时（如撞击、摩擦等），??－３?＊？－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同纳米核壳粒子增韧环氧树脂体系的性能及机理研究[J]. 王婧,薛忠民,李刚,杨小平. 玻璃钢/复合材料. 2018(07)
[2]Preparation and Characterization of DGEBA/EPN Epoxy Blends with Improved Fracture Toughness[J]. Morteza Khalina,Mohammad Hosain Beheshty,Ali Salimi. Chinese Journal of Polymer Science. 2018(05)
[3]端氨基丁腈橡胶与纳米SiO2粒子增韧环氧树脂性能[J]. 卢亚汝,张森,刘源仁,周影影. 工程塑料应用. 2018(05)
[4]混杂比对碳纤维-玄武岩纤维混杂增强环氧树脂基复合材料弯曲性能的影响[J]. 马芳武,杨猛,蒲永锋,支永帅. 复合材料学报. 2019(02)
[5]单向碳纤维增强树脂基复合材料的超低温力学性能[J]. 刘新,武湛君,何辉永,许乔奇. 复合材料学报. 2017(11)
[6]低表面能改性聚丙烯酸酯的合成及防污性能研究[J]. 沈宇新,刘志强,王新波,宋岩. 表面技术. 2017(10)
[7]混杂比对单向碳-玻层间混编复合材料0°压缩和弯曲性能的影响[J]. 马腾,贾智源,关晓方,刘世扬,李炜. 复合材料学报. 2017(04)
[8]超低温介质对碳纤维增强树脂基复合材料力学性能的影响[J]. 刘新,武湛君,何辉永,许乔奇. 复合材料学报. 2017(09)
[9]端环氧苯基三(二甲基硅氧烷基)硅氧烷改性环氧树脂的性能研究[J]. 刘艳,王静,高军鹏,邓华,王文忠,段东平. 有机硅材料. 2016(06)
[10]超低温对T700碳纤维/环氧复合材料弯曲性能的影响[J]. 刘新,许乔奇,武湛君,刘世祥,何辉永. 宇航学报. 2016(05)
博士论文
[1]液氧环境用改性氰酸酯树脂体系的制备与性能研究[D]. 王冠.哈尔滨工业大学 2017
[2]环氧树脂液氧相容性与低温力学性能研究[D]. 李家亮.大连理工大学 2017
[3]纳米颗粒改性环氧树脂及其复合材料力学性能研究[D]. 刘方.哈尔滨工程大学 2014
[4]环保型高强高韧端氨基聚醚—环氧树脂的研究[D]. 赵立英.武汉理工大学 2010
[5]双酚F环氧树脂的有机硅改性及低粘度固化体系研究[D]. 洪晓斌.国防科学技术大学 2009
[6]纳米填料改性环氧树脂低温力学性能研究[D]. 陈振坤.中国科学院研究生院（理化技术研究所） 2009
[7]纤维复合材料低温强冲击适用性研究[D]. 刘康.上海交通大学 2007
[8]与液氧相容性聚合物及其复合材料研究[D]. 王戈.国防科学技术大学 2005
硕士论文
[1]聚氨酯接枝环氧与碳纳米管对环氧复合材料常温及低温力学性能影响机制的研究[D]. 张飞.北京化工大学 2017
[2]适用于超低温环境的环氧基复合材料设计与力学性能表征[D]. 丛庆.哈尔滨工业大学 2016
[3]本征柔性环氧树脂的制备及其增韧中温固化预浸料的研究[D]. 孙文丹.北京化工大学 2016
[4]T700碳纤维/环氧复合材料超低温力学性能研究[D]. 许乔奇.大连理工大学 2016
[5]深海用环氧树脂封装材料的制备及性能研究[D]. 王传秀.中国海洋大学 2014
[6]Cf/改性环氧复合材料低温界面性能及液氧相容性研究[D]. 舒鹏.哈尔滨工业大学 2013
[7]改性环氧树脂/氰酸酯液氧相容性及其力学性能研究[D]. 刘丽楠.哈尔滨工业大学 2013
[8]核壳橡胶粒子增韧多官能环氧树脂及其在碳纤维复合材料中的应用研究[D]. 肖甜.北京化工大学 2012
[9]超低温用环氧树脂及其碳纤维织物增强复合材料的研究[D]. 翁春晓.武汉理工大学 2012
[10]碳纤维增强树脂基复合材料低温液氧相容性研究[D]. 张建峰.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3419883
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：161 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
金属贮箱和复合材料贮箱对比情况f}l
司（ＭＤＡ）开始进行树脂基复合材料液氢贮箱的研宄到２０１６年Ｓｐａｃｅ?Ｘ公司制造出直径??１２米的复合材料贮箱，复合材料低温推进剂贮箱从小直径小容量逐渐向大直径大容量的??方向发展，如图１．２所示［２（）＿２２］。??减重?２０￣４０％??成本降低约２５％??１５?＿擊??＾＞２．４?ｍ?ｐ?ｗ?ｓ??２５祕??Ｉ麵倉“??１９９６?２０１４?２０１６??年份??图１．２国外复合材料贮箱发展历程ｌ２（）＿２２］??Ｆｉｇ．?１．２?Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ?ｈｉｓｔｏｒｙ?ｏｆ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ?ｔａｎｋｓ，２０＂２２］??国外最先开展的是含有内衬结构的复合材料压力容器的研究工作，美国林肯复合材??料公司于２０世纪５０年代已开始进行复合材料压力容器的研宄工作［２３］。最初的内衬材料??为橡胶，随后发展为铝合金、钛合金等金属材料，而纤维主要以玻璃纤维和芳纶纤维为??主［２４］。国外复合材料压力容器的快速发展期始于２０世纪７０年代，美国林肯复合材料公??司、美国空间压力系统公司、波音公司及法国ＡｅｒｏｓＳｐａｔｉａｌｅ空间研究中心等机构均开展??了相关研宄工作［２３＿２６］。??从２０世纪８０年代开始，国外相关公司和研宄机构开始进行全复合材料液氧贮箱和??液氢贮箱的研究工作。研制液氧贮箱面对的主要难题是复合材料与液氧的相容性问题，??所谓材料与液氧相容是指材料置于液氧环境中，受到外界能量作用时（如撞击、摩擦等），??－３?＊？－??
司（ＭＤＡ）开始进行树脂基复合材料液氢贮箱的研宄到２０１６年Ｓｐａｃｅ?Ｘ公司制造出直径??１２米的复合材料贮箱，复合材料低温推进剂贮箱从小直径小容量逐渐向大直径大容量的??方向发展，如图１．２所示［２（）＿２２］。??减重?２０￣４０％??成本降低约２５％??１５?＿擊??＾＞２．４?ｍ?ｐ?ｗ?ｓ??２５祕??Ｉ麵倉“??１９９６?２０１４?２０１６??年份??图１．２国外复合材料贮箱发展历程ｌ２（）＿２２］??Ｆｉｇ．?１．２?Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ?ｈｉｓｔｏｒｙ?ｏｆ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ?ｔａｎｋｓ，２０＂２２］??国外最先开展的是含有内衬结构的复合材料压力容器的研究工作，美国林肯复合材??料公司于２０世纪５０年代已开始进行复合材料压力容器的研宄工作［２３］。最初的内衬材料??为橡胶，随后发展为铝合金、钛合金等金属材料，而纤维主要以玻璃纤维和芳纶纤维为??主［２４］。国外复合材料压力容器的快速发展期始于２０世纪７０年代，美国林肯复合材料公??司、美国空间压力系统公司、波音公司及法国ＡｅｒｏｓＳｐａｔｉａｌｅ空间研究中心等机构均开展??了相关研宄工作［２３＿２６］。??从２０世纪８０年代开始，国外相关公司和研宄机构开始进行全复合材料液氧贮箱和??液氢贮箱的研究工作。研制液氧贮箱面对的主要难题是复合材料与液氧的相容性问题，??所谓材料与液氧相容是指材料置于液氧环境中，受到外界能量作用时（如撞击、摩擦等），??－３?＊？－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同纳米核壳粒子增韧环氧树脂体系的性能及机理研究[J]. 王婧,薛忠民,李刚,杨小平. 玻璃钢/复合材料. 2018(07)
[2]Preparation and Characterization of DGEBA/EPN Epoxy Blends with Improved Fracture Toughness[J]. Morteza Khalina,Mohammad Hosain Beheshty,Ali Salimi. Chinese Journal of Polymer Science. 2018(05)
[3]端氨基丁腈橡胶与纳米SiO2粒子增韧环氧树脂性能[J]. 卢亚汝,张森,刘源仁,周影影. 工程塑料应用. 2018(05)
[4]混杂比对碳纤维-玄武岩纤维混杂增强环氧树脂基复合材料弯曲性能的影响[J]. 马芳武,杨猛,蒲永锋,支永帅. 复合材料学报. 2019(02)
[5]单向碳纤维增强树脂基复合材料的超低温力学性能[J]. 刘新,武湛君,何辉永,许乔奇. 复合材料学报. 2017(11)
[6]低表面能改性聚丙烯酸酯的合成及防污性能研究[J]. 沈宇新,刘志强,王新波,宋岩. 表面技术. 2017(10)
[7]混杂比对单向碳-玻层间混编复合材料0°压缩和弯曲性能的影响[J]. 马腾,贾智源,关晓方,刘世扬,李炜. 复合材料学报. 2017(04)
[8]超低温介质对碳纤维增强树脂基复合材料力学性能的影响[J]. 刘新,武湛君,何辉永,许乔奇. 复合材料学报. 2017(09)
[9]端环氧苯基三(二甲基硅氧烷基)硅氧烷改性环氧树脂的性能研究[J]. 刘艳,王静,高军鹏,邓华,王文忠,段东平. 有机硅材料. 2016(06)
[10]超低温对T700碳纤维/环氧复合材料弯曲性能的影响[J]. 刘新,许乔奇,武湛君,刘世祥,何辉永. 宇航学报. 2016(05)
博士论文
[1]液氧环境用改性氰酸酯树脂体系的制备与性能研究[D]. 王冠.哈尔滨工业大学 2017
[2]环氧树脂液氧相容性与低温力学性能研究[D]. 李家亮.大连理工大学 2017
[3]纳米颗粒改性环氧树脂及其复合材料力学性能研究[D]. 刘方.哈尔滨工程大学 2014
[4]环保型高强高韧端氨基聚醚—环氧树脂的研究[D]. 赵立英.武汉理工大学 2010
[5]双酚F环氧树脂的有机硅改性及低粘度固化体系研究[D]. 洪晓斌.国防科学技术大学 2009
[6]纳米填料改性环氧树脂低温力学性能研究[D]. 陈振坤.中国科学院研究生院（理化技术研究所） 2009
[7]纤维复合材料低温强冲击适用性研究[D]. 刘康.上海交通大学 2007
[8]与液氧相容性聚合物及其复合材料研究[D]. 王戈.国防科学技术大学 2005
硕士论文
[1]聚氨酯接枝环氧与碳纳米管对环氧复合材料常温及低温力学性能影响机制的研究[D]. 张飞.北京化工大学 2017
[2]适用于超低温环境的环氧基复合材料设计与力学性能表征[D]. 丛庆.哈尔滨工业大学 2016
[3]本征柔性环氧树脂的制备及其增韧中温固化预浸料的研究[D]. 孙文丹.北京化工大学 2016
[4]T700碳纤维/环氧复合材料超低温力学性能研究[D]. 许乔奇.大连理工大学 2016
[5]深海用环氧树脂封装材料的制备及性能研究[D]. 王传秀.中国海洋大学 2014
[6]Cf/改性环氧复合材料低温界面性能及液氧相容性研究[D]. 舒鹏.哈尔滨工业大学 2013
[7]改性环氧树脂/氰酸酯液氧相容性及其力学性能研究[D]. 刘丽楠.哈尔滨工业大学 2013
[8]核壳橡胶粒子增韧多官能环氧树脂及其在碳纤维复合材料中的应用研究[D]. 肖甜.北京化工大学 2012
[9]超低温用环氧树脂及其碳纤维织物增强复合材料的研究[D]. 翁春晓.武汉理工大学 2012
[10]碳纤维增强树脂基复合材料低温液氧相容性研究[D]. 张建峰.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3419883
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