復合壁大板方艙研究

員斌強

摘要：介紹了復合壁大板方艙基本原理、性能以及存在的問題，針對存在的問題對內(nèi)蒙皮、外蒙皮、夾芯材料、骨架材料選型及結構工藝進行研究提出了解決方案，并通過沖擊、強度、電磁屏蔽等試驗數(shù)據(jù)進行驗證，對后續(xù)復合壁大板方艙設計研究具有一定的參考價值。

關鍵詞：復合壁；夾芯板；蒙皮；碳纖維

1引言

復合壁方艙也稱復合材料蒙皮方艙，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。現(xiàn)階段大多數(shù)方艙為金屬蒙皮方艙，這是因為金屬蒙皮工藝成熟，有較好的強度和韌性，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的的抗腐蝕性，蒙皮重量輕，熱傳導系數(shù)小，雷達波和激光反射系數(shù)小，有利于隱身。但是其韌性差，在沖擊下易碎，嚴重影響方艙壁板的強度，這就限制了在受頻繁運輸沖擊和搬運沖擊的方艙上使用。同時，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，復合壁方艙將是未來大板方艙發(fā)展方向已成為當代不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢，引起各國軍隊的高度重視，目前國內(nèi)復合壁方艙雖然做了大量的研究和實驗，但是還是處在起步階段，許多的關鍵技術尚不完善，還沒有全面的、大范圍的應用。

2復合壁大板方艙存在問題

復合材料蒙皮方艙的關鍵問題，一是蒙皮纖維材料的選擇，這種纖維材料要有高的拉伸強度，也應有一定的韌性，在沖擊下不易碎，價格不貴，使用方能夠接受。當前，Kevlar纖維、高分子量聚乙烯纖維雖具有高的拉伸強度，在沖擊下不易碎，但每公斤價格在300元左右，不可能在非防爆防彈的普通方艙上大量使用，因此應該研制或?qū)ふ乙环N符合方艙蒙皮強度和韌性要求的非金屬纖維，如玻璃纖維、石墨纖維等。二是，復合材料蒙皮和大板的制作工藝。不管纖維拉伸強度高，若纖維排布不合理和纖維拉緊，制作出的復合材料蒙皮大板就不能達到應有的強度。三是復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現(xiàn)金屬網(wǎng)或金屬薄膜的良好電連接就比較困難。

3復合壁大板方艙解決方案

3.1外蒙皮-碳纖維復合材料

復合材料的主要組成部分是增強材料及基體材料，對于纖維增強復合材料，當材料受載荷作用時，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，用于受力構件的復合材料大多數(shù)是纖維增強復合材料。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)我公司對復合材料面板的研究，將碳纖維復合蒙皮與芳綸夾心結構復合（夾芯板抗沖擊試驗結果見圖1）用于方艙面板。外蒙皮采用玻璃纖維和碳纖維復合材料在1.1mm厚時即可滿足760mm沖擊要求，可用于艙板蒙皮。

3.2內(nèi)蒙皮-高強度航空鋁板

根據(jù)目前各方艙生產(chǎn)單位對傳統(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到40dB屏蔽效能。考慮方艙減重效果和屏蔽指標要求，可采用t0.8mm鋁板解決內(nèi)板，生產(chǎn)首批大幅面高強度的航空鋁板，艙內(nèi)板采用t0.8mm即可滿足抗沖擊要求。試驗見圖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）、聚氯乙烯結構泡沫（PVC泡沫）、蜂窩芯等材料，四種芯材在密度方面差別不大，但蜂窩芯的抗拉強度、抗壓強度等力學性能指標明顯優(yōu)于其他泡沫，有利于夾芯復合板采用新型結構形式。

由于蜂窩的結構所限，需對蜂窩進行隔熱處理方艙才能滿足GJB6109中3.6.5條的傳熱系數(shù)Ⅱ級要求，目前對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，該結構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。兩種隔熱處理結構如圖3。

綜上所述，該方案夾芯材料選用中保溫型芳綸蜂窩。

3.4骨架結構及其他輕量化材料（碳纖維型材）

碳纖維型材制備采用熱壓罐成型，是指將單層預浸料按預定方向鋪疊成的復合材料坯料，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。相對傳統(tǒng)普通模壓工藝而言，熱壓罐生產(chǎn)時的壓力及溫度相對較大，獲得的產(chǎn)品密實度高，不易出現(xiàn)分層，型材可以拉沉頭鉚釘不分層。

4總結

本文介紹了復合壁大板方艙的歷史、發(fā)展前景、結構形式、性能以及優(yōu)缺點，提出了解決方案。在未來戰(zhàn)爭中，復合壁大板方艙在直接作戰(zhàn)、技術支援、后勤保障裝備中有著廣泛應用，因此一種新型、先進的大板方艙可大幅度提高我軍的作戰(zhàn)能力。

參考文獻

〔1〕馬天信. 方艙大板成型工藝的探討. 方艙技術，1998，（1）

〔2〕邵治良譯. 地面電子設備方艙當前工藝水平分析

〔3〕晨光化工廠. 塑料測試. 南京：燃料化學工業(yè)出版社，1973年

〔4〕張志冬，王永青. 膠接原理與實用膠接配方600種. 哈爾濱：黑龍江出版總社

（作者單位：武漢濱湖電子有限責任公司）