耐160℃环氧树脂及其在缠绕壳体上的应用技术探讨论文

时间：2023-03-15 22:08:51 其他类论文我要投稿

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　　1引言

耐160℃环氧树脂及其在缠绕壳体上的应用技术探讨论文

　　目前适用于纤维缠绕固体火箭发动机的环氧树脂耐温性通常都在130℃以下，国外对于提高环氧树脂的耐温性研究，主要有添加各种耐高温改性固化剂，采用双马来酰亚胺类单体对环氧树脂体系进行改性等。较国外的研究，国内在技术途径与国外相差无几，但研究都不系统，主要应用于T300碳纤维，在T700/T800碳纤维应用较少，在基体树脂的强度、模量、韧性和耐热性等方面还存在差距，不能同时满足高强、高模、高韧、高耐热以及工艺性能要求。

　　2树脂配方及试样制备

　　选用含有多官能团的环氧树脂，配合耐高温的固化剂，使环氧树脂在固化后，交联密度大，提高耐温性，同时为满足缠绕工艺粘度小于800mPa·s（常温），以及配方树脂韧性要求等，在配方设计中，选择添加了活性稀释剂进行一定的调节。

　　2.1主要原料及设备

　　原料：TDE-85环氧树脂、混合胺类固化剂JBCR02、AFG-90环氧树脂、6360环氧活性稀释剂、T700碳纤维。

　　设备：CR165/1200缠绕机、INSTRON4505型电子万能材料试验机、DNJ-7型旋转粘度计。

　　2.2试样制备

　　2.2.1浇铸体试样制备

　　将上述环氧树脂、固化剂、稀释剂按照TDE-85∶AFG-90∶固化剂JBCR02∶6360稀释剂=50∶50∶50.2∶10的配比均匀混合，浇铸到试样标准模具中，在烘箱中按照100℃/2h＋120℃/2h＋160℃/3h＋180℃/4h固化，升温速率是1～2℃/s。

　　2.2.2 复合材料试样制备

　　单向板平板的制备：将树脂胶液按照上述浇铸体制作的比例配好，在平板成型模具上缠绕成350mm×300mm×2mm 和 350mm×300mm×1.5mm 的单向纤维平板，按照浇铸体固化制度完成固化。

　　NOL环试样的制备：将按照浇铸体制作的比例配制好的胶液倒入缠绕机浸胶槽，恒定张力10N，在缠绕机上按照GB/T1458—2008的要求进行NOL环缠绕成型，并按照浇铸体固化制度完成固化。

　　2.3 分析测试

　　用DNJ-7型旋转粘度计进行树脂胶液的粘度测试；按照GB/2570—2008进行浇铸体性能测试；按照GB/T3354、GB/T3356、GB/T3357对单向复合材料在常温及160℃下的拉伸、弯曲和层间剪切性能进行测试；按照GB/T1458—2008对NOL环的力学性能进行测试，并采用DMA法进行复合材料和浇铸体的动态热机械性能测试和玻璃化转变温度测试。

　　3 试验结果与讨论

　　3.1 树脂胶液的粘度和适用期

　　树脂胶液的粘度与适用期是纤维湿法缠绕工艺中一个重要评价指标。通常湿法缠绕用树脂胶液粘度一般要求是0.2～0.8Pa·s，室温下的适用期在8h以上，才可以更好地浸润纤维。经测试，室温下该耐高温树脂配方胶液的适用期在12h以上，胶液的粘度小于0.8Pa·s。图2是30℃下的配方胶液粘度随时间变化的曲线。从图2中可知，30℃下，胶液在很长的一段时间内保持相对较低的粘度。经测试，在35℃下，配方胶液的粘度小于0.55Pa·s。可见，配方的粘度与适用期都非常适合于纤维的湿法缠绕成型。

　　3.2 树脂浇铸体性能

　　AFG-90和TDE-85树脂的环氧值都很高，固化后的基体材料较脆，必须加入适量具有增韧性的改性剂进行改性。为了使纤维具有更好的浸润性，本配方采用了6360作为增韧稀释剂，经过多次试验找到了上述合适的配方，具体性能见表1。从表1中可见，配方树脂的韧性好，拉伸和弯曲性能也都很突出。树脂的热变形温度达到了172℃，玻璃化转变温度达到了220.46℃。

　　4 树脂在缠绕壳体上的应用

　　为了验证配方树脂的工艺性能以及综合力学性能，采用Ф400mm标准壳体进行缠绕成型试验。

　　4.2 壳体爆破试验

　　4.1.1 常温爆破

　　按照上述缠绕工艺进行3台Ф400mm壳体的试制，爆破强度分别为13.6MPa、14.8MPa以及13MPa。爆破位置为壳体筒身段。

　　4.1.2 高温爆破

　　a．所用加热设备

　　加热设备采用可控式LCD绳式陶瓷电加热器，最大输出功率为30kW，输出电压在0～220V之间可调，加热时间、保温时间均可调。

　　b．高温爆破

　　经过前期调试，在该壳体的爆破试验过程中，加热器采用两根绳式陶瓷电加热器加热，最大功率为20kW，实际用时 6min，且有 9℃的冲温，测得壳体表面最高实际温度为 169℃。壳体爆破强度为16.0MPa。

　　此外，目前该配方树脂已经在Φ1200mm的缠绕壳体上应用，树脂配方满足缠绕工艺要求，壳体顺利通过了水压爆破、全弹静力、联合冷摆以及地面试车等试验。

　　5 结束语

　　本课题所研究的环氧树脂配方体系的耐热性能和力学性能优良，浇铸体Tg高达220.46℃，碳纤维复合材料单向板的Tg达到了210.98℃；树脂配方室温下的粘度小于0.8Pa·s，常温适用期大于10h，满足湿法缠绕成型的工艺要求；通过DMA测试方法对复合材料动态热机械性能的表征，表明该树脂配方体系是一种较好的适用于纤维湿法缠绕成型的耐高温树脂基体，可以在160℃下长期使用。此外，缠绕成型的Φ400mm标准壳体常温、160℃爆破强度高，满足使用要求。目前树脂已在Φ1200mm的缠绕壳体上得到了应用，并顺利通过了相关的考核。

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