炭纤维延伸率对壳体性能的影响①

张世杰，王汝敏，廖英强，周伟江，程 勇

(1.西北工业大学理学院应用化学系，西安 710129;2.西安航天复合材料研究所，西安 710025;3.高性能碳纤维制造及应用国家地方联合工程研究中心，西安 710089)

0 引言

复合材料发动机壳体的发展经历了玻璃纤维、芳纶纤维及炭纤维复合材料3个阶段，性能不断提高，功能日臻完善。其中，炭纤维是20世纪60年代研制的一种新型高强度、高模量增强材料。80年代以后，炭纤维在力学性能方面取得重大突破，其比强度、比模量跃居各先进纤维之首。采用炭纤维制造的发动机壳体刚性好、变形小，可减少推进剂药柱的变形，且与绝热层的粘接牢固，是复合材料发动机壳体增强材料的新宠［1］。炭纤维种类较多，按其性能可分为超高模炭纤维(模量在440 GPa以上)、高模炭纤维(模量320～440 GPa)、中模炭纤维(模量265～320 GPa)、高强炭纤维或标准模量炭纤维(模量在265 GPa以下)［2］。

T800、T1000炭纤维为中模炭纤维典型代表，同类产品还有美国赫克里斯公司的IM6、IM7炭纤维及阿莫科公司的T-40炭纤维。中模炭纤维在航天领域的典型应用是固体火箭发动机壳体，如美国的三叉戟IID5导弹、侏儒导弹、大力神-4火箭，法国的阿里安-2火箭改型、日本的M-5火箭等发动机壳体都选用了中模型炭纤维［3］。根据国内外资料报道，中模型炭纤维在复合材料发动机壳体上应用的性能发挥水平有高有低［4－7］。

本文以炭纤维的延伸率为切入点，结合发动机壳体结构特点，分析不同延伸率的炭纤维对发动机壳体性能带来的影响，通过试验验证后，提出进一步改善壳体性能的工艺措施，提升了T800炭纤维在发动机壳体模拟件上的强度转化率。……