空间推进系统用铝内衬PBO纤维
缠绕高压气瓶的研制
王晓蕾
沈峰童喆益叶臻恺（上海复合材料科技有限公司，上海201112）
田杰
文摘以空间推进系统用高压复合材料气瓶的开发为背景，开展了PBO纤维的应用研究。分别对 PBO/D-3和PBO/D-8复合材料力学性能进行了测试，获得了性能最佳的复合材料配方体系。在此基础上将PBO复合材料用于空间推进系统用铝内衬复合材料高压气瓶，开展了2.4L铝内衬高压气瓶的研制。结果表明：PBO（HM)/D-8复合材料力学性能最佳，其拉伸强度与NOL层间剪切强度分别高达1397MPa和20.2 MPa，采用其缠绕的复合材料气瓶结构系数高达64.5km。
关键词PBO纤维，空间推进系统，复合材料气瓶，铝内衬
Development of PBOFibre Wound Thin Wall HighPressureVessel
WithAluminumLinerUsedinSpacePropulsionSystem
Wang XiaoleiShen FengTong Zheyi
iYeZhenkai
(Shanghai Composites Science & Technology Co., Lid, Shanghai 201112)
Tian Jie
AbstractBased on the development of composite vessel used in space propulsion system,the applied research of PBO filament was developed. By the mechanical property tests of PBO/D-3 and PBO/D8, the optimum compos-ite system was obtained.Furthermore, the design, process and test of PBO filament wound thin wall high pressure vessel with aluminum liner were also studied. The results showed that, the optimum composite was PBO HM( high modulus)/D-8. The tensile strength and NOL ring interfacial shear strength can reach 1397 MPa and 20. 2 MPa re spectively. The maximum vessel performance factor with PBO HM/D8 is 64.5 km
Key wordsPBO fibre,Space propulsion system,Composite vessel,Thin wall aluminum liner
0引言
高压气瓶的空间应用非常广泛，如空间推进系统各种气瓶、空间站环控和生命支撑系统压力容器等。复合材料气瓶的质量仅为钛合金的40%左右，且具有破裂前先泄漏（LBB)的疲劳失效模式，可增大有效载荷比、降低发射成本。目前，国外卫星、运载火箭和导弹等航天系统传统钛合金高压气瓶已逐渐被复合材料缠绕高压气瓶取代]。
复合材料气瓶相比传统全金属气瓶具有质量轻、抗爆、可监控、结构设计灵活等特点[]，其常用缠绕层材料为碳纤维增强环氧树脂基复合材料（CF/ EP），具有比强度、比模量高、线胀系数小等特性。 PBO纤维（聚对苯撑苯并二嗯唑，分子式见图1)是一
收稿日期：2013-0530
种新型高性能有机纤维，具有极优异的力学、耐高温性能以及更高的比强度。空间推进分系统使用的复合材料气瓶要求质量轻，需实现较高的气瓶容重比。 PBO纤维的出现提供了一个更佳的选择方案。
图1PBO分子式
Fig.1Molecularfomula of PBO
虽然PBO纤维具有优异的力学、耐化学性能以及高热稳定性，但是其表面非常光滑，分子链上缺乏
作者简介：王晓蕾，1980年出生，博士，工程师，主要从事复合材料研究。E-mail；wangxiaolei777@163.com
宇航材料工艺http://www.yhclgy.com2013年第4期万方数据
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