炭纖維延伸率對殼體性能的影響①

張世杰，王汝敏，廖英強，周偉江，程 勇

(1.西北工業(yè)大學理學院應(yīng)用化學系，西安 710129;2.西安航天復(fù)合材料研究所，西安 710025;3.高性能碳纖維制造及應(yīng)用國家地方聯(lián)合工程研究中心，西安 710089)

0 引言

復(fù)合材料發(fā)動機殼體的發(fā)展經(jīng)歷了玻璃纖維、芳綸纖維及炭纖維復(fù)合材料3個階段，性能不斷提高，功能日臻完善。其中，炭纖維是20世紀60年代研制的一種新型高強度、高模量增強材料。80年代以后，炭纖維在力學性能方面取得重大突破，其比強度、比模量躍居各先進纖維之首。采用炭纖維制造的發(fā)動機殼體剛性好、變形小，可減少推進劑藥柱的變形，且與絕熱層的粘接牢固，是復(fù)合材料發(fā)動機殼體增強材料的新寵［1］。炭纖維種類較多，按其性能可分為超高模炭纖維(模量在440 GPa以上)、高模炭纖維(模量320～440 GPa)、中模炭纖維(模量265～320 GPa)、高強炭纖維或標準模量炭纖維(模量在265 GPa以下)［2］。

T800、T1000炭纖維為中模炭纖維典型代表，同類產(chǎn)品還有美國赫克里斯公司的IM6、IM7炭纖維及阿莫科公司的T-40炭纖維。中模炭纖維在航天領(lǐng)域的典型應(yīng)用是固體火箭發(fā)動機殼體，如美國的三叉戟IID5導(dǎo)彈、侏儒導(dǎo)彈、大力神-4火箭，法國的阿里安-2火箭改型、日本的M-5火箭等發(fā)動機殼體都選用了中模型炭纖維［3］。根據(jù)國內(nèi)外資料報道，中模型炭纖維在復(fù)合材料發(fā)動機殼體上應(yīng)用的性能發(fā)揮水平有高有低［4－7］。

本文以炭纖維的延伸率為切入點，結(jié)合發(fā)動機殼體結(jié)構(gòu)特點，分析不同延伸率的炭纖維對發(fā)動機殼體性能帶來的影響，通過試驗驗證后，提出進一步改善殼體性能的工藝措施，提升了T800炭纖維在發(fā)動機殼體模擬件上的強度轉(zhuǎn)化率。……