【摘 要】
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新一代大空域、跨速域飞行器具有大尺寸、高精度、轻量化的特点,这要求作为主承力结构的复合材料加筋壳体在湿热条件下具有高尺寸稳定性。改善树脂基体的耐湿热能力和降低成型过程中的残余应力是提高复合材料结构件耐湿热性能的有效方法。本文将吸水率低的氰酸酯树脂基复合材料与耐湿热性的双马来酰亚胺（双马）树脂基复合材料组合使用,通过共固化技术整体设计并制备了外径Φ500mm、高500 mm的复合材料加筋壳体。构建了
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新一代大空域、跨速域飞行器具有大尺寸、高精度、轻量化的特点,这要求作为主承力结构的复合材料加筋壳体在湿热条件下具有高尺寸稳定性。改善树脂基体的耐湿热能力和降低成型过程中的残余应力是提高复合材料结构件耐湿热性能的有效方法。本文将吸水率低的氰酸酯树脂基复合材料与耐湿热性的双马来酰亚胺（双马）树脂基复合材料组合使用,通过共固化技术整体设计并制备了外径Φ500mm、高500 mm的复合材料加筋壳体。构建了双马树脂体系和氰酸酯树脂体系并实现了二者的共固化。通过DielsAlder双稀加成反应（D-A反应）,将双马单体与液态二烯丙基双酚A（DBA）共聚,利用多官能团环氧树脂调整共聚物的粘度和粘性得到双马树脂体系（TBMI）。TBMI树脂室温下为半固态、120℃时粘度小于2 Pa.s,适用于热熔预浸工艺制备高性能预浸料,240℃固化后树脂的断裂延伸率为1.90%,吸水率为1.13%。采用双酚A型氰酸酯（BACY）与热塑性聚酰胺-酰亚胺（PAI）共聚得到预浸料用氰酸酯树脂体系（BCE）。BCE树脂室温下为半固态、100℃时粘度小于1Pa.s,对纤维的浸润性好,固化后树脂的断裂延伸率为2.92%,吸水率0.25%。通过DBA与酚醛型氰酸酯（PT-15）共混得到低粘度的氰酸酯树脂体系（PCE）,DBA上的-OH催化PT-15上的-OCN,使树脂固化温度降低到250℃,断裂韧性得到提高。改性后的三种树脂都具有固化温度低、吸水率低和断裂韧性高的特点,有利于提高复合材料的耐湿热性能。TBMI与BCE,TBMI与PCE可以共固化,为实现复合材料加筋壳体的共固化成型创造条件。通过热熔预浸工艺将BCE、TBMI分别与T800碳纤维（T800CF）复合,制备了T800CF/BCE预浸料和T800CF/TBMI预浸料,预浸料的铺覆性、随形性、粘附性适合复杂形面的铺放。T800CF/BCE和T800CF/TBMI复合材料具有较高的力学性能和耐湿热性能。共固化形成的界面层T800CF/BCE-TBMI清晰可见,无明显缺陷。界面层的剪切强度、90?拉伸强度高于T800CF/BCE和T800CF/TBMI的强度。通过应力环开口尺寸分析发现T800CF/BCE-T800CF/TBMI结构的残余应力降低,湿热下的稳定特性提高。以T800CF/BCE为加强筋、T800CF/TBMI为蒙皮,通过模压成型工艺制备了S-HT-壳体。T800CF/BCE-TBMI作为过渡层协调了蒙皮与加强筋之间强度和模量上的差异,提高壳体的抗轴压能力和湿热条件下的尺寸稳定性。与T800CF/BCE壳体和T800CF/TBMI壳体相比,S-HT-壳体的尺寸稳定性介于两者之间,抗轴压能力最高,达到344 k N。提出的Preg-CRTM成型工艺结合了预浸料铺放与C-RTM成型工艺的优势,可用于制备外形复杂的结构功能一体化产品,取代传统的“分体加工、二次装配”工艺。以T800CF/TBMI为加强筋和内蒙皮,以T800CF/PCE为外蒙皮,通过一次固化制备A-HT-壳体。分析Preg-CRTM工艺中真空度、注射压力和腔内压力三种参数对复合材料内部质量的影响。A-HT-壳体的成型工艺参数设置为:腔内真空度-0,06 MPa,注射压力1 MPa,模腔内压力3 MPa。壳体内部质量均匀,未发现明显的分层、空隙等缺陷,轴压试验的抗压强度高于计算值达到293 k N,破坏形式为失稳破坏,与仿真结果一致,说明Preg-CRTM工艺在制备复合材料加筋壳体时可以充分发挥出材料性能及特点。
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