員斌強(qiáng)

摘要：介紹了復(fù)合壁大板方艙基本原理、性能以及存在的問(wèn)題，針對(duì)存在的問(wèn)題對(duì)內(nèi)蒙皮、外蒙皮、夾芯材料、骨架材料選型及結(jié)構(gòu)工藝進(jìn)行研究提出了解決方案，并通過(guò)沖擊、強(qiáng)度、電磁屏蔽等試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)后續(xù)復(fù)合壁大板方艙設(shè)計(jì)研究具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：復(fù)合壁；夾芯板；蒙皮；碳纖維

1引言

復(fù)合壁方艙也稱復(fù)合材料蒙皮方艙，不是新名詞，但它依然是至今為止方艙發(fā)展方向和新技術(shù)?，F(xiàn)階段大多數(shù)方艙為金屬蒙皮方艙，這是因?yàn)榻饘倜善すに嚦墒?，有較好的強(qiáng)度和韌性，而且金屬蒙皮方艙易形成電磁屏蔽的法拉第籠，通常金屬蒙皮采用鋁蒙皮或不銹鋼蒙皮。與金屬蒙皮大板方艙比，玻璃纖維蒙皮大板方艙有很強(qiáng)的的抗腐蝕性，蒙皮重量輕，熱傳導(dǎo)系數(shù)小，雷達(dá)波和激光反射系數(shù)小，有利于隱身。但是其韌性差，在沖擊下易碎，嚴(yán)重影響方艙壁板的強(qiáng)度，這就限制了在受頻繁運(yùn)輸沖擊和搬運(yùn)沖擊的方艙上使用。同時(shí)，玻璃纖維纖維蒙皮方艙難于形成電磁屏蔽的法拉第籠，喪失了金屬蒙皮固有電磁屏蔽能力。因此，復(fù)合壁方艙將是未來(lái)大板方艙發(fā)展方向已成為當(dāng)代不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢(shì)，引起各國(guó)軍隊(duì)的高度重視，目前國(guó)內(nèi)復(fù)合壁方艙雖然做了大量的研究和實(shí)驗(yàn)，但是還是處在起步階段，許多的關(guān)鍵技術(shù)尚不完善，還沒(méi)有全面的、大范圍的應(yīng)用。

2復(fù)合壁大板方艙存在問(wèn)題

復(fù)合材料蒙皮方艙的關(guān)鍵問(wèn)題，一是蒙皮纖維材料的選擇，這種纖維材料要有高的拉伸強(qiáng)度，也應(yīng)有一定的韌性，在沖擊下不易碎，價(jià)格不貴，使用方能夠接受。當(dāng)前，Kevlar纖維、高分子量聚乙烯纖維雖具有高的拉伸強(qiáng)度，在沖擊下不易碎，但每公斤價(jià)格在300元左右，不可能在非防爆防彈的普通方艙上大量使用，因此應(yīng)該研制或?qū)ふ乙环N符合方艙蒙皮強(qiáng)度和韌性要求的非金屬纖維，如玻璃纖維、石墨纖維等。二是，復(fù)合材料蒙皮和大板的制作工藝。不管纖維拉伸強(qiáng)度高，若纖維排布不合理和纖維拉緊，制作出的復(fù)合材料蒙皮大板就不能達(dá)到應(yīng)有的強(qiáng)度。三是復(fù)合材料蒙皮方艙艙體電磁屏蔽法拉第籠的形成，大板內(nèi)可層壓金屬網(wǎng)或金屬薄膜，但是在相鄰艙壁里實(shí)現(xiàn)金屬網(wǎng)或金屬薄膜的良好電連接就比較困難。

3復(fù)合壁大板方艙解決方案

3.1外蒙皮-碳纖維復(fù)合材料

復(fù)合材料的主要組成部分是增強(qiáng)材料及基體材料，對(duì)于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，當(dāng)材料受載荷作用時(shí)，起主要作用的是纖維，樹脂基體主要是傳遞載荷。一般情況下，用于受力構(gòu)件的復(fù)合材料大多數(shù)是纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。目前纖維種類主要有玻璃纖維、碳纖維、Kevlar纖維、硼纖維、碳化硅纖維及超高分子量聚乙烯纖維等。

根據(jù)我公司對(duì)復(fù)合材料面板的研究，將碳纖維復(fù)合蒙皮與芳綸夾心結(jié)構(gòu)復(fù)合（夾芯板抗沖擊試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1）用于方艙面板。外蒙皮采用玻璃纖維和碳纖維復(fù)合材料在1.1mm厚時(shí)即可滿足760mm沖擊要求，可用于艙板蒙皮。

3.2內(nèi)蒙皮-高強(qiáng)度航空鋁板

根據(jù)目前各方艙生產(chǎn)單位對(duì)傳統(tǒng)40dB方艙的解決方案，內(nèi)蒙皮采用鋁板可以滿足組艙后達(dá)到40dB屏蔽效能?？紤]方艙減重效果和屏蔽指標(biāo)要求，可采用t0.8mm鋁板解決內(nèi)板，生產(chǎn)首批大幅面高強(qiáng)度的航空鋁板，艙內(nèi)板采用t0.8mm即可滿足抗沖擊要求。試驗(yàn)見(jiàn)圖2。

3.3夾芯材料-保溫型芳綸蜂窩

方艙常用的芯材有聚氨酯泡沫（PU泡沫）、酚醛泡沫（PF泡沫）、聚氯乙烯結(jié)構(gòu)泡沫（PVC泡沫）、蜂窩芯等材料，四種芯材在密度方面差別不大，但蜂窩芯的抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度等力學(xué)性能指標(biāo)明顯優(yōu)于其他泡沫，有利于夾芯復(fù)合板采用新型結(jié)構(gòu)形式。

由于蜂窩的結(jié)構(gòu)所限，需對(duì)蜂窩進(jìn)行隔熱處理方艙才能滿足GJB6109中3.6.5條的傳熱系數(shù)Ⅱ級(jí)要求，目前對(duì)蜂窩隔熱處理的方式有兩種：一種是蜂窩間由一層玻纖隔離，該結(jié)構(gòu)增加一層玻纖和兩層膠的重量，蜂窩（整車）增加重量約60kg；一種是在蜂窩芯內(nèi)填充發(fā)泡材料，蜂窩（整車）增加重量約13kg。兩種隔熱處理結(jié)構(gòu)如圖3。

綜上所述，該方案夾芯材料選用中保溫型芳綸蜂窩。

3.4骨架結(jié)構(gòu)及其他輕量化材料（碳纖維型材）

碳纖維型材制備采用熱壓罐成型，是指將單層預(yù)浸料按預(yù)定方向鋪疊成的復(fù)合材料坯料，放在熱壓罐內(nèi)，在定溫度和壓力下完成固化過(guò)程的工藝方法。熱壓罐是一種能承受和調(diào)控定溫度、壓力范圍的專用壓力容器。坯料被鋪放在附有脫模劑的模具表面，然后依次用多孔防粘布（膜）覆蓋，并密封于真空袋內(nèi)，再放入熱壓罐中。加溫固化前先將袋抽真空，除去空氣和揮發(fā)物，然后按不同樹脂的固化制度升溫、加壓、固化。相對(duì)傳統(tǒng)普通模壓工藝而言，熱壓罐生產(chǎn)時(shí)的壓力及溫度相對(duì)較大，獲得的產(chǎn)品密實(shí)度高，不易出現(xiàn)分層，型材可以拉沉頭鉚釘不分層。

4總結(jié)

本文介紹了復(fù)合壁大板方艙的歷史、發(fā)展前景、結(jié)構(gòu)形式、性能以及優(yōu)缺點(diǎn)，提出了解決方案。在未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中，復(fù)合壁大板方艙在直接作戰(zhàn)、技術(shù)支援、后勤保障裝備中有著廣泛應(yīng)用，因此一種新型、先進(jìn)的大板方艙可大幅度提高我軍的作戰(zhàn)能力。

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（作者單位：武漢濱湖電子有限責(zé)任公司）