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气囊辅助RTM工艺成型复合材料构件研究

张明龙  
【摘要】: 固体火箭发动机壳体连接复合材料裙段构件常采用缠绕成型,由于难以实现整体成型,构件性能受连接处强度的制约。本文首次提出采用硅橡胶气囊辅助RTM工艺整体成型裙段,该工艺易于通过控制气囊充压压实预成型体来提高构件的纤维体积含量,使其满足使用要求。 本文分别研究了模具的设计与制备、气囊辅助RTM工艺条件的确定、预成型体厚度变化模型的建立、裙段性能的测试等内容,主要结论如下: 根据裙段结构特点及气囊辅助RTM工艺对模具系统的要求,设计和制备了满足实际使用要求的模具系统。模具系统中最关键的部分是硅橡胶气囊。通过试验比较,硅橡胶选用COCA31-11。根据成型构件的要求,计算出气囊厚度为5mm。 研究和确定了气囊辅助RTM工艺条件,如注射压力、注射温度、充压大小和保压时间等。当气囊充压压力为0.6MPa时,构件纤维体积含量超过60%。为保证构件性能,充压压力需保持至树脂固化完全。根据确定的工艺条件,用气囊辅助RTM工艺成功制备了裙段构件,纤维浸润性良好,外形尺寸满足要求。 测试了裙段性能,并与其它工艺成型的裙段进行了比较。气囊辅助RTM工艺所制备的试件纤维体积含量达61.2%,弯曲强度达280.3MPa,弯曲模量达12.79GPa,分别比VARTM工艺制备的试件提高了27%、23%、34%。气囊辅助RTM工艺制备的试件纤维排布密实,孔隙率小。与软模辅助RTM工艺比较发现,气囊辅助RTM工艺具有成型压力容易控制、挤胶效果良好等优点。但在成型内部结构复杂的构件时,该工艺可能造成主筋条偏离预定位置。


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