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1、-芳纶纸涂层氦渗透性机械工程系，Monika Bubacz，新奥尔良大学，新奥尔良，洛杉矶70148，USA摘要: 低温储罐材料的技术和设计仍处于开展阶段。新的设计理念要求的复合构造不仅承载机械负荷，还要具有密封作用。本文的目的是定义一个低温储罐的设计概念和开展阻隔层与浸渍芳纶纸，以防止气体通过渗透的复合夹芯墙板渗出。涂以不同的树脂体系的一些芳族聚酰胺纤维纸测试氦渗透性。渗透动力学研究说明：同时运行至少两个质量传输机制时，扩散和水动力流过微多孔介质以非定常渗透性的长周期确定1。尽管在实验室制造的样品的一些技术还不完善，但到达了透气性低的水平，这满足了标准规定。可用于控制质量的渗透性和不稳定周期
2、动力学这两个的稳定的水平。关键词：芳纶纤维，蜂窝，树脂，渗透性1引言层压板胶黏剂蜂窝与纤维增强塑料提供的特定的强度和刚度的优点相比，金属已经被确定为重复使用的空间运输系统候选者。能够满足在恶劣的环境中飞行要求的低温储罐材料和技术设计，仍处于开发阶段。基于机械性能，平安壳性能长期和短期，和制造方面的考虑，一些碳纤维和芳纶纤维增强塑料是很好的选择1。用于低温燃料箱终身耐久性要求意味着材料必须平安地可承受外部压力，外部构造载荷，抗渗漏，以及能够工作在极宽的温度围。气体泄漏的速率由材料的制造方法，机械负载到水箱的功能，必须运行的材料部损伤状态的决定。低温储罐的常规概念的温度包括金属衬垫，主要起密封功能
3、，衬垫里是封闭在一个承载主要复合构造的机械载荷2。然而，实验说明，金属衬垫里的焊接接头于恶劣的环境和复合构造也必须可靠的，有效的满足气密性的功能。通常情况下，复合材料具有套的微裂纹而不是可渗透液体但可渗透气体的小分子，如氢或氦。本研究的目的是相对于所述气体从根本上降低复合材料的磁导率。到目前为止，IM7/977-2石墨 - 环氧的外表层和芳纶芳香族聚酰胺的蜂窝体被选为最有前途的可靠的材料，以及聚合物薄膜层之间引入在复合以形成一交织的或混杂复合材料，和降低渗透性，膜层的厚度，数量和位置上的层压板的机械性能的影响进展了研究3。阻挡层图1封闭蜂窝夹层构造 本研究的目的是研究各种设计，制造和复合罐的易
4、感性低温燃料的过度渗透性效劳参数的影响。本研究认为，使用非对称的复合材料夹层构造，以满足其壁低温需求。部复合材料叠层的主要要：通过引入阻挡层例如，芳族聚酰胺纸，使用氢气以减少壁的渗透性，提高耐冲击性，并防止微裂纹，裂纹扩展，并随后气体渗透性，见图1。该构造可包括纳米粒子的属性修改和屏障发育。粘土和无机增强材料已被证明是在纯聚合物构造有效增强材料的影响结果将登载在未来透气性纳米之中。 虽然薄膜交织成复合压层增加了材料疲劳和复合材料的冲击阻力，但由于在实际中增加的这局部重量，也会减少了的特定强度。只用作阻挡膜产生的差的一个面耐剪切，横向拉伸，剥离，和裂纹扩展。芳族聚酰胺纸比聚合物膜具有更高的机械性
5、能，它必须浸渍聚合物，以减少它们的渗透性。这个附加的树脂涂覆层，兼容的蜂窝材料，可以被集成到核心构造而成为一个整体局部。图1描绘的封闭蜂窝状芯被测试的新的解决方案。从纳米粘土填充的材料制成的新型纳米复合材料是目前正在开发用于制造阻隔薄膜。这些材料构成的层状构造，这两个增加聚合物的模量，并提供额外的阻隔性能。在使用这些材料可能会增加材料的整体的比强度，而提供渗透阻力。据报道，该要求通过国家航天飞机方案是允许的渗透速率确定为整个罐体外表积作为泄漏出来的阀门及配件10。单位面积允许的流量，然后计算为在0.01-0.1Pam2 / s的围，幅度大于该判别值目前最小可检测或0.003Pam2 / s中的
6、至少两个数量级。此外，根据故障模式和代表车配置，逼真的氢气流量允许的围从0.36-900Pam2 / s4。2实验过程表层和芯材用不同的树脂体系的样品用氦质谱仪和一个专门设计的测试，氦的透气性和制造样品夹具。从杜邦的Nome* 3T412和芳纶2.8N636芳纶纸涂有不饱和聚酯邦7630800402从三极管/杜邦公司，玻璃纤维聚酯树脂NAPA 765-1286从Balkamp公司，都用甲基乙基酮过氧化物MEKPO1.5混合的，低粘度的环氧树脂的MAS 30-002具有快速的环氧硬化剂MAS30-012，和介质的混合，低粘度SilverTip海洋环氧树脂层压树脂与系统三种树脂酒精和丙酮快速固化剂
7、中添加稀释剂的粘度在浸渍过程中暂时的下降渗透到纤维之间狭窄的微通道，和用于降低纯聚合物层的厚度超过芳纶纸。树脂用刷子或辊子施加到纸两面并固化以压金属板之间在室温下或在真空包中炉对于不同的试验，以不同的流程，以获得最好的样品质量。氦渗透性测试是在的样品取决于重复性在专门修建的建立与气态氦作为使用阿尔卡特ASM 142，一个普遍的氦检漏仪透膜进展与在10-6Pacm2 / s围使用氦气的灵敏度。氦被抽稳定压力6.9 -34.5kp。厚度不同为不同的试验和不同涂层工艺。3实验结果与讨论 Nome*纤维T412具有低渗透性，表层没有树脂涂层，而芳纶N635纸饱和多孔，结果说明，树脂会渗透芳纶纸，而非多
8、孔纸渗透性差，以测试Kevla纸的渗透性机无法与质谱仪之间的真空相比为例。Nome*纸有两个不同的厚度进展了测试 ，同时都在在6.9kPa的氦气压力下测试的。 Nome*纤维T412上的第一次测试在不稳定进口压力下测试，小路气流的速度大以保持入口压力中所示的关系为图6，时间/min流速密度Pam2 / s值探测器每隔30秒被重新计算以获得一种特殊密度的样品，在流面积尺寸考虑在分析。 图 6 无涂布Nome*纤维流速密度随时间变化试验说明，较厚纸具有较低的渗透性率。这与流速的线性法，其中规定，渗透性取决于与成反比正比的厚度。稳定的时间也取决于试样尺寸。对于较厚的样品需要更多的时间来稳定的渗透速率
9、，因为吸附和解吸过程持续更长的时间。所有涂层样品的34.5kp的压力下进展测试。图7示出的结果的Nome*涂有聚酯，它保存了相对均匀的厚度和光滑的涂料。制造过程中产生小气泡的外表中的一个和缺陷量每个样品都不同，用最小计数NP3.3及NP3.5。这些样品的流量密度52Pam2 / s ，误差不超过5-10Pam2 / s，并在第一小时到达稳定。 流速密度Pam2 / s时间/min图 7 涂布Nome*纤维流速密度随时间变化 压光机是将树脂与胶粘及一起更好地浸渍在芳纶纸的孔隙，得到一个非常厚的涂层与巨大气泡。将浸渍过的样品与外表未损坏和不可见的毛孔进展的选择和测试。图8中图形显示了流量稳定的水平
10、光滑的曲线 ，在大约浸渍6-8小时。流速密度Pam2 / s时间/min图 8 涂有聚酯 Kevlar纤维流速密度随时间变化4. 实验结论上述研究证明，芳纶涂层纸是很适宜的阻隔材料选用者。气渗透率已经通过长期的泄漏率进展了测试，控制过程是使用的数学计算方法。鉴别方法以及时间滞前方法得到的结果的不好匹配，而最值得信赖的方法是长期的气体泄漏检测程序。这意味着该试验的方法和被测样品的性质差分方法。然而，可用于从不同的方法所获得的信息比较不同的材料。在样品制备和渗透性测试样品生产过程的各种影响性能是非常明显的。稀释剂的选择应以提高树脂性能，试验说明，丙酮增加透气性系数可同时使用酒精就会有相反的效果。参
11、考文献1 Daniel L, Tumino G, Henriksen T, Dujarric C. Survey of advancedmaterials in Reusable Launch Vehicle.2 Rivers HK, Sikora JG, Sankaran SN. Detection of Micro-Leaksthrough ple* geometries under mechanical load and at CryogenicTemperature AIAA-2001-1218.3 Grimsley BW, Johnston NJ, Loos AC, McMahon
12、Hybrid posites for LH2 Fuel Tank Structure.4 Timmerman JF, Hayes BS, Seferis JC. p Sci Technol 2002；62：124958.Helium permeability of coated aramid papersDepartment of Mechanical Engineering, University of New Orleans, New Orleans, LA 70148, USAAbstract：Materials and technologies for cryogenic tanks
13、design are still in the developmental stage. New design concepts demand that posite structure not only carries mechanical loads but provides hermetism. This paper aims at defining a cryogenic tank concept designand developing a barrier layer with impregnated aramid paper to prevent permeation of gas
14、es through a posite sandwich wall of the tank.A number of aramid fiber paper sheets have been coated with different resin systems and tested for helium permeability.Permeation kineti show that there are at least two mass transport mechanisms running simultaneously: diffusion and hydrodynamic flow th
15、rough micro-porous media. The long period of unsteady permeability was determined. Despite some technological imperfections of the laboratory-madesamples, alow level of permeability was achieved,which satisfied the offcial requirements. Both steady level of permeability and kinetics of unsteady peri
16、od can be used for quality control purposes.KEYWORDS: A. Aramid fiber，A. Honeyb，A. Resins，Permeability1. IntroductionFiber reinforced plastics o?er the advantage of specificstrength and stiffness pared to metals and have beenidentified as candidates for reusable space transportationsystems. Materials and technologies for cryogenic tankdes
