环氧树脂固化过程中的流变分析及低缺陷成型机制

发布时间：2020-04-26 12:16

【摘要】：先进航天运载器为了实现更大程度的轻量化,关键之一就是减少燃料贮箱的重量,解决办法就是可将目前使用的含金属内衬的复合材料贮箱替换成无金属内衬的全复合材料贮箱。但全复合材料贮箱的渗漏问题是急需解决的首要问题,而固化过程中的缺陷是引发微裂纹泄漏的主要原因,因此,对缺陷的控制是十分必要的。本文从固化动力学、固化工艺参数确定、流变学等进行研究,以期望能够得到低缺陷的成型方法。首先,通过固化反应动力学分析,得到AM-8927 A环氧树脂/AM-8927 B固化剂体系的理论预固化温度、理论固化温度、理论后固化温度以及热分解温度。利用Kissinger方程以及Crane方程求得指前因子、固化反应表观活化能、反应级数以及n级固化动力学方程。其次,通过理论分析、流变分析以及非等温DSC方法,初步得到AM-8927 A环氧树脂/AM-8927 B固化剂体系的固化工艺参数,采用两台阶式固化制度,确定了AM-8927A环氧树脂/AM-8927 B固化剂体系的升温速率、低温台阶温度、高温台阶温度、第一个固化台阶的保温时间、第二个固化台阶的保温时间,并提出在第一个固化台阶保温完成后,温度升至第二个固化台阶温度前,采取梯度升温的方式逐步加热制件,当制件固化完成后,采用随炉冷却的方式降温,达到减小内应力的目的。最后,通过对AM-8927 A环氧树脂/AM-8927 B固化剂体系流变性质的分析发现,氧化石墨烯的加入会影响到固化体系的固化过程,并且氧化石墨烯的加入对固化体系的储能模量、损耗模量、黏度以及损耗因子的影响并非简单的线性关系,而是在固化过程的不同阶段具有不同的影响。随着氧化石墨烯含量的增加,AM-8927环氧树脂固化体系的力学性能呈现先增加后减少的总体规律。因为黏度的提高,导致真空脱泡处理不完全,试样的内部质量有随着氧化石墨烯含量的增加而变差的趋势。
【图文】：

效果图,贮箱,轻量化,经济性

可重复使用飞行器（RLV）、低成本飞行器（LCV）等航天器[1]。相比于固体（SPS），液体推进系统（LPS）具有更低的总重和更高的推进效率[2]，因此采进系统可显著降低推进系统的规模，从而提高机动性能。液体推进剂中以液氢温推进剂为典型代表，其比冲为 4500m/s，并且燃烧产物为无污染的水，所以液在国际上被普遍作为具有绿色经济、效率较高的化学低温推进剂[3]。根据发达国家公布的载人航天、火星登陆与深空探测等太空活动计划，均将液等低温液体推进剂作为航天运载器的首选燃料[4]。要实现液氢、液氧低温推进运载器上的应用，首要解决的问题是制备出符合使用条件的推进剂贮箱。并且剂贮箱在结构重量以及几何容积两个方面，都具有很高的占比，就拿一次性使火箭作为例子，推进剂贮箱约占结构重量的 60%[5]、占几何体积的 60%-70%，量化技术一直是研究热点。初期时候航天运载器的推进剂贮箱大多数是采用金制造的，其中铝合金是一个典型的金属材料代表，采用铝合金实现减重的途径强度更高与比刚度更高的材料，例如铝锂合金[6]，但是由于金属材料制造的贮然比较大，导致航天火箭的发射、运输效率较低，，成本较高。

示意图,贮箱,结构组成,示意图

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文的可设计性强，并且具有良好的抗疲劳性和抗振性；（3）由于采艺，能够大幅度的减少组件的数目以及使得装配流程更简单。复合经济性效果如图 1-1 所示[7]。对于贮存常规液体推进剂的碳纤维复合材料贮箱而言，多数由双层结结构，如图 1-2 所示，其主要功能有以下几点：（1）防止内部贮泄漏；（2）作为贮箱成型制造时的成型芯模，内衬端部的接头作与连接界面；（3）能够保护外面一层的碳纤维缠绕层不受到内部。外面一层是由碳纤维经缠绕固化而成的复合材料壳体，主要作用力载荷[8]。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ323.5;TB332;V46

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