碳纤维复合主要材料箭发动机壳体用韧性环氧树脂基体

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1、碳纤维复合材料火箭发动机壳体用韧性环氧树脂基体韩　冰（高电压与绝缘技术 硕士）  陈　平1前言随着航空航天工业的迅速发展，对材料的要求也日益苛刻，一个国家新材料的研制与应用水平，在很大程度上体现了一个国家的国防和科研水平，因此许多国家都把新材料的研制与应用放在科研工作的重要地位。1.1先进复合材料用碳纤维及环氧树脂基体的研究进展1.1.1碳纤维的研究应用进展碳纤维是先进复合材料中最重要的增强材料,世界各国对发展碳纤维都给予了高度重视。国外碳纤维在经历了90年代初期的相对稳定后,进入了一个发展的新阶段,其发展特点可归纳为以下四个方面:（1）碳纤维进入高速发展的新时期8

2、0年代,世界上碳纤维的年增长率约为29。90年代初,随冷战的结束和军费开支的削减,碳纤维的需求量一度受到严重影响。近年来,碳纤维需求量又不断增加。国外预测,在今后几年内，碳纤维的需求量随新应用领域的开发将会成倍增长。因此,国外碳纤维主要生产公司都纷纷建立新的生产线,以扩大其生产能力。（2）T-700将取代T-300成为最主要的碳纤维品种日本东丽公司是世界上研制生产碳纤维最有代表性的公司。东丽公司过去生产的T-300是应用得最广泛的代表性碳纤维，已广泛应用于航空航天工业。但T-300将逐步被T-7OOS所取代。东丽公司目前重点开发T-700S和M3OS碳纤维。T-7O

3、OS和M30S都是不打捻碳纤维,属高强中模型，它们有较好的分散性,加工性能也较好。这两种碳纤维都有较高的效费比。（3）碳纤维价格大幅度降低碳纤维价格是制约碳纤维发展的主要因素。世界上碳纤维生产公司都在致力于降低碳纤维价格。美国岩石山研究所(ROCKYMOUNTAININSTITUTE)对汽车工业应用的碳纤维作了研究分析,结论是:“当碳纤维价格降至每千克16.5美元以下时,碳纤维与钢材相比就有竞争性了”。美国卓尔泰克(ZOLTEK)公司碳纤维的售价是当前世界上最便宜的。卓尔泰克（ZOLTEK)公司还在进一步努力,它的目标是到2000年把碳纤维价格降到每千克约11美元。

4、美国卓尔泰克(ZOLTEK)公司降低碳纤维价格的主要措施是降低碳纤维用的原丝成本,该公司已经掌握了用一般纺织用的丙烯腈原丝来生产碳纤维的技术，这为广泛应用碳纤维创造了条件,也为高速发展碳纤维奠定了基础。10/10（4）新的应用范围不断开辟国外预测碳纤维除了在航空航天以及体育用品进一步应用外,在近年内还将扩大开辟新的应用领域,包括土木建筑、交通运输、汽车、能源等领域将会大规模采用工业级的碳纤维。国外预测认为虽然目前宇航级的碳纤维多于一般工业用碳纤维,但1999年以后,一般工业用的碳纤维就会超过宇航级碳纤维,1997～2000年,宇航级碳纤维的年增长率估计是31,而工业

5、用碳纤维增长率估计会达到130。1.1.2环氧树脂的研究应用进展为了适应航空航天领域日益苛刻的要求，通用环氧树脂已不能满足要求，世界各国都在致力于开发各种高性能环氧树脂，以便于开发同高性能增强材料（如芳纶、碳纤维等）相匹配的树脂体系。但总结起来，大都是在保证环氧树脂优异的工艺性的前提下，实现环氧树脂的多官能化，以改善其固化物的耐热性和粘接性。比较常用的有4，4‘-二氨基二苯甲烷四缩水甘油胺（TGDDM），鉴于性能价格比，它可能是最实用的高性能环氧树脂。它具有优良的耐热性，长时高温性能和机械强度保持率，固化收缩低，化学和辐射稳定性好，还可用于高性能结构胶粘剂，结构层压

6、板和耐高能辐射材料，国内外有许多学者从事TGDDM环氧体系的研究与开发工作，并取得了较大成绩。特别值得指出的是，我国科技工作者经多年研究，开发了商品名为TDE-85的三官能团环氧树脂，其化学名为4，5-环氧己烷-1，2-二甲酸二缩水甘油酯，其分子中含有两个反应活性高的缩水甘油酯基和一个反应活性与前者差别很大的脂环环氧基。该树脂是一种工艺性、耐热性均很优异的高性能环氧树脂，西北工业大学、哈尔滨玻璃钢研究所等单位用TDE-85环氧树脂为基体材料制作的复合材料，应用在某些有特殊需要的产品上已获得令人满意的结果。1.2碳纤维增强树脂基复合材料及其在航空航天中的应用复合材料正

7、在迅速发展成为航天航空工业的基本结构材料。高性能聚合物基复合材料在航空航天工业的用量占其全部用量的80。由于碳纤维具有高比强度、比模量、低热膨胀系数和高导热性等独特性能，因而由其增强的复合材料用作航空航天结构材料，减重效果十分显著，显示出无可比拟的巨大应用潜力。1.2.1在航天飞机上的应用碳纤维增强树脂基复合材料用做航天飞机舱门、机械臂和压力容器等。1.2.2在火箭与导弹上的应用10/10在火箭和导弹上使用碳复合材料减重效果十分显著。因此,采用碳纤维复合材料将大大减轻火箭和导弹的惰性重量，既减轻发射重量又可节省发射费用或携带更重的弹头或增加有效射程和落点精度。1