气囊辅助rtm制备复合材料承力筒内腔尺寸控制技术

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1、国防科技大学学报第28卷第6期JOURNALOFNATIONALUNIVERSITYOFDEFENSETEC~NOLOGYVol.28No.62006文章编号：1001-2486（2006）06-0011-06!气囊辅助RTM制备复合材料承力筒内腔尺寸控制技术杜刚，张明龙，曾竟成，刘钧，彭超义，肖加余（国防科技大学航天与材料工程学院，湖南长沙410073）摘要：根据气囊充压压力与复合材料承力筒内径之间的变化关系，给出了成型复合材料承力筒内表面的气囊尺寸计算方程。分析了气囊充压压力增大对承力筒的壁厚、纤维含量和弯曲性能的影

2、响。采用气囊辅助RTM工艺整体制备出复合材料承力筒。试验结果表明，气囊充压压力使复合材料承力筒的壁厚减薄，纤维体积含量增加，弯曲性能提高；选择适当的气囊充压压力可以制备出满足设计要求的复合材料承力筒。关键词：承力筒；树脂传递模塑（RTM）；气囊；复合材料中图分类号：V214.8文献标识码：APrecisemanufactureofCompositeBearingCylinderbyBladder-assistedRTmProcessDUGang，Z~ANGMing-long，ZENGJing-cheng，LIUJun，P

3、ENGChao-yi，XIAOJia-yu（CollegeofAerospaceandMaterialEngineering，NationalUniv.ofDefenseTechnology，Changsha410073，China）Abstract：TheeCuationforcalculatingBladderdimensionisderivedbasedontherelationshipbetweenbladderpressureandtheinnerdiameterofcompositebearingcylind

4、er.Effectsofbladderpressureonthethickness，fibervolumefractionandbendingpropertiesofcompositebearingcylinderwereinvestigated.Thecompositebearingcylinderwasmanufacturedbybladder-assistedresintransfermolding（BARTM）process.Theexperimentalresultshowsthathigherbladderp

5、ressuredecreasesthicknessofcompositebearingcylinder，increasesfibervolumefractionandimprovesthebendingproperties.ThisindicatesthatcompositebearingcylindercanbemanufacturedwithpreciseinnerdiameterbyBARTMprocesswithaproperbladderpressure.Keywords：bearingcylinder；res

6、intransfermolding（RTM）；bladder；composites复合材料承力筒是一闭合变壁厚的圆筒状结构，主要用于实现固体火箭发动机壳体级间段连接或与其他部件的连接，要经受轴压、弯矩、剪切等多种载荷，受力情况比较复杂。以往通常采用铝合金结构，重量较重，对发动机性能的提高有很大影响。复合材料承力筒承载能力与铝合金结构相当，但重量却减轻了30%以上［1］。圆筒状承力结构适合采用RTM工艺整体成型。但传统RTM工艺存在制品纤维含量低、纤维浸渍不均（或不良）和孔隙率高等缺点［2］，故采用气囊辅助RTM工艺制备［

7、3］。气囊辅助RTM工艺的特点是将纤维预成形体铺敷在气囊表面，通过向封闭气囊中充入空气，使气囊产生由内向外的膨胀，由于刚性阴模的空间限制，预成形体将被压实，其基本原理如图1所示。与传统RTM工艺相比，气囊辅助RTM工艺具有以下优点：（1）在树脂固化反应初期，气囊膨胀，挤压尚处于流动状态的树脂流向未浸渍完全的部位，消除纤维浸渍不良问题；（2）通过调节气囊压力，可以调整树脂含量，提高复合材料承力筒的纤维含量；（3）气囊产生的膨胀压力作用于承力筒体内表面，固化后的制品孔隙率降低，致密性和机械性能提高。由图1可知，复合材料承力筒

8、的成型模具主要由刚性阴模、刚性芯模和气囊组成。在成型过程中，复合材料承力筒的外型面和尺寸由刚性阴模控制，而内型面和尺寸由充气气囊控制；刚性芯模主要对气囊起支撑和定位作用。由于复合材料承力筒内型面是通过气囊膨胀加压成型，因此气囊的设计是工艺!收稿日期：2006-04-07基金项目：国家863高技术资助项目（2002AA