舱段用碳纤维%2f环氧树脂复合材料及其整体成型工艺

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1、国内图书分类号：TB332国际图书分类号:620工学硕士学位论文舱段用碳纤维/环氧树脂复合材料及其整体成型工艺硕士研究生：王东导师：孙东立教授申请学位：工学硕士学科、专业：材料学所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2010年4月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex：TB332U.D.C:620DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONINTEGRATEDFORMINGOPERATIONOFCARBONFIBER/EPOXYRESI

2、NCOMPOSITECYLINDERCandidate：WangDongSupervisor：Prof.SunDongliAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsScienceAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence:April,2010Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechn

3、ology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要碳纤维/环氧树脂复合材料以其高比强度和高弹性模量、可设计性强、抗疲劳断裂性能好、耐腐蚀、结构尺寸稳定性好以及便于大面积整体成型的独特优点，已经在航空、航天等领域广泛应用。热压罐-铺层技术是现阶段航空、航天复合材料构件的主要成型方法，但使用该技术对航天领域大型复杂结构舱段进行整体成型的相关工艺研究很少。本文则针对这些问题，进行了较为深入的研究。碳纤维/环氧树脂复合材料舱段由碳纤维增强材料和树脂基体两部分组成。在本课题的研究中，选取T70012K碳纤维和T3001K碳布作

4、为增强材料，使用616环氧树脂和AG-80环氧树脂作为树脂体系的基体树脂。复合材料舱段整体成型工艺主要包括树脂胶配制工艺、碳纤维预浸料制备工艺、舱段铺层工艺、整体成型工艺和固化工艺等组成，本文重点对其中的树脂改性、固化制度、铺层设计等相关问题进行研究。本文研究了热塑性树脂PEK-C对616环氧树脂和AG-80环氧树脂体系的改性效果，制备了环氧树脂基体浇铸体并对其性能进行了测试。结果表明经改性后的树脂体系具有优异的耐高温性能，其力学性能能够满足设计要求，可以用于高性能复合舱段的成型。运用树脂体系T-β图外推法和固

5、化动力学原理近似获得复合材料舱段的固化制度，使用该固化制度按国家标准制备相应的性能试样，并进行试验检测。使用经典层合板理论对舱段的力学性能进行了计算，通过对舱段性能实测值和计算值的对比分析，表明经典层合板理论可以对整体的力学性能进行预测，为整体舱段的铺层工艺设计提供参考依据，同时也验证了该固化制度对舱段固化成型的适用性。硅橡胶软膜材料在高温条件下具有良好的热膨胀性能，能够在舱段固化过程中为舱段内型面、犄角等不易加压的部位提供压力，使舱段固化的表观尺寸可以达到使用要求。本文对硅橡胶线膨胀系数和体积膨胀系数关系进行

6、了推导，得到硅橡胶加热条件下尺寸和对舱段压力与温度变化的关系。根据整体舱段结构特点设计了舱段的成型工艺。把舱段分为蒙皮、大端框、小端框、纵向筋、环向筋、窗口等六个部分，蒙皮分为外蒙皮和内蒙皮两部分使用单向碳纤维预浸料分两次铺层成型，大端框、小端框、纵向筋和环向筋将碳布预浸料分别在专用模具中铺层成型，然后将各部分在模具中整体进行组装、贴硅橡胶、制作真空袋；最后，舱段在热压罐中真空加热加压进行固化。关键词：环氧树脂基复合材料，热固性树脂，固化，整体成型，力学性能I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractCar

7、bonfiberreinforcedepoxyresinmatrixcompositeshavegoodperformanceinspecificstrength,elasticmodulus,corrosionresistance,dimensionstability,fatigueresistance,andmolding,therefore,theyhavebeenwidelyusedinthefieldofaerospace.Nowadaysautoclave-overlaytechnologyisth

8、emainmoldingmethodtofabricatecompositecomponentsappliedinaerospace.However,theapplicationofthistechnologyintheintegratedmoldingprocessoflargeandcomplexcylinderislackofstudyinthispaperintegratedm