论文部分内容阅读
近年来,随着国际上对太空资源的日益重视,发展以运载火箭为代表的航天飞行器成为了各国竞相推行的战略性举措。如何有效地提高新一代航天飞行器的运载能力,并降低其发射成本,是目前亟待解决的重要问题。航天飞行器的推进剂燃料贮箱是其重要的结构组成部分,决定了航天飞行器的运载能力,占航天飞行器净重的30%~50%。液氧贮箱是燃料贮箱的重要类型,采用CFRP复合材料替代高性能金属合金作为制备贮箱的原材料,能够使贮箱有效减重20%~50%。然而,液氧贮箱的工作温度-183℃(90K),复合材料长期浸泡在具有强氧化性的液氧中,极易发生安全问题。这要求复合材料液氧贮箱用树脂基体具有良好的低温性能和优异的液氧相容性。本论文拟通过阻燃剂对环氧树脂的改性来提高其液氧相容性,为开发复合材料液氧贮箱用树脂基体材料奠定基础。本论文通过对国内外文献的调研,选择双酚A型环氧树脂和芳香胺类固化剂4,4’-二氨基二苯砜(DDS)作为基础树脂体系,并研究了溴系阻燃剂EX-48对环氧树脂性能的影响。研究结果表明,引入EX-48有助于改善环氧树脂室温和90K下断裂韧性和弯曲强度,但对室温下的拉伸性能有负面作用。环氧树脂中加入40phr的EX-48,其室温和低温弯曲强度最大,分别提升27%和15.8%;加入20phr的EX-48能使断裂韧性提高34%。此外,环氧树脂的热稳定性能和Tg均随着EX-48添加量的增大而降低,表明溴系阻燃剂对环氧树脂的耐热性能有一定的负面作用。引入EX-48能够改善环氧树脂的极限氧指数(LOI),当EX-48含量达到30phr后,其极限氧指数稳定在26%左右。研究了有机磷系阻燃剂DOPO改性E51/DDS环氧树脂室温和90K温度下的力学性能、热性能和阻燃性能。结果表明,加入适量的DOPO能明显改善环氧树脂的力学性能,当DOPO添加量为3.73phr(磷含量为0.5wt%)时,室温拉伸性能最佳,拉伸强度增加了近10%、断裂伸长率增加了20%;DOPO添加量为7.74phr(磷含量为1wt%)时,室温弯曲强度和断裂韧性最佳,分别增加22%和25%;当添加量上升到12.08phr(磷含量1.5wt%)时,90K下的弯曲强度最大,可提高40%以上。添加DOPO使环氧树脂的热稳定性和Tg有较大幅度的下降,但能提高其阻燃性能。改性环氧树脂中DOPO添加量为7.74phr时,其LOI最高为29.4%,进一步提高树脂中的DOPO含量,LOI有略微下降趋势。研究了EX-48和DOPO共同改性E51/DDS环氧树脂体系的性能。结果表明,同时添加溴系阻燃剂EX-48和磷系阻燃剂DOPO对E51/DDS的室温和低温下的力学性能以及阻燃性能有明显的协同作用。改性环氧树脂在室温和90K下的拉伸强度稳定,未出现下降现象;适量添加EX-48和DOPO,能够提高树脂在室温和90K下的弯曲强度和断裂韧性。同时引入两种阻燃剂,虽然会造成环氧树脂的热稳定性和玻璃化转变温度的降低,但环氧树脂的LOI有较大的提升,最高可达33.5%。液氧冲击敏感性试验结果表明磷溴阻燃剂共同改性环氧树脂能取得较好的液氧相容性,且液氧相容性的规律与极限氧指数的变化规律类似,表明二者存在一定关联。