整體成型某裝甲車碳纖維復(fù)合箱體材料及型芯選擇的研究

李蕓蕓，藺福強(qiáng)，閆雪純

（1.康得復(fù)合材料有限責(zé)任公司，河北 廊坊 065000；2.63628部隊(duì)，甘肅 酒泉 735000）

復(fù)合材料油箱主要用于替代客戶產(chǎn)品中常用的金屬油箱，在滿足油箱性能要求的基礎(chǔ)上，減輕其自身質(zhì)量。整體成型工藝是指采用可溶解泡沫或者水溶性陶瓷作為模具，然后一體真空袋成型，最后將泡沫或者陶瓷溶解出即可。復(fù)合材料油箱較金屬油箱有明顯的質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)，質(zhì)量可減輕約25%，且也具有金屬材料油箱密封性和耐壓能力。目前，客戶中應(yīng)用的油箱主要為鋁制油箱。由于油箱有一定的結(jié)構(gòu)，不能一次鑄造而成，有大量的焊縫，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的震動(dòng)，焊縫易開裂，造成漏油，且金屬油箱較重。復(fù)合材料油箱是基于減重、防漏油和滲油這3方面考慮而開發(fā)。在國(guó)內(nèi)，復(fù)合材料油箱已經(jīng)用于汽車內(nèi)代替金屬油箱。2010年，西北工藝大學(xué)航空學(xué)院王振，進(jìn)行了復(fù)合材料機(jī)翼整體油箱結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)，飛機(jī)上的油箱有望用復(fù)合材料替代[1]。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原料及設(shè)備

原輔料：陶瓷型芯（自制）、XPS泡沫型芯（市場(chǎng)）、導(dǎo)靜電涂料、4481樹脂和4430樹脂（常州華科聚合物股份有限公司）、環(huán)氧E51、特種環(huán)氧樹脂、3K碳纖布370 g/m2（山東江山纖維科技）、6K-380 g/m2碳纖布（山東江山纖維科技）、透氣氈（北京科拉斯科技有限公司）、吸膠氈（北京科拉斯科技有限公司）以及300 g/m2短切氈（山東九鼎新材料有限公司）。

設(shè)備：真空緩沖罐（自制）。

1.2 試驗(yàn)方法

根據(jù)油箱結(jié)構(gòu)將不同類型的型芯提前制備成型，涂敷隔離層和導(dǎo)靜電涂料后，根據(jù)鋪層設(shè)計(jì)碳纖維織物，分別鋪于不同型芯的外表面；外層纏繞脫模布和導(dǎo)流網(wǎng)，將透氣材料放置于抽真空口處，最外層鋪放真空袋，連接管路，開始注膠；注射完成后，固化，脫模。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同型芯對(duì)工藝過程及產(chǎn)品的影響

不同型芯對(duì)工藝過程和產(chǎn)品的影響情況見表1.

表1 不同型芯對(duì)工藝過程和產(chǎn)品影響表

表2 不同樹脂體系制備復(fù)合材料的力學(xué)性能（浸入柴油對(duì)比數(shù)據(jù)）

從表1可以看出，陶瓷型芯制作采用澆注方式，質(zhì)量重，人員操作較難，雖然可以重復(fù)利用，但成型后型芯不易取出；泡沫型芯通過切割加工而成，加工方式較簡(jiǎn)單，人員操作較容易，成型后通過溶劑溶解可將型芯取出，但泡沫芯不可重復(fù)利用，且成型中存在部分泡沫被樹脂溶解的風(fēng)險(xiǎn)。

兩者均不能成功制備出產(chǎn)品，但陶瓷型芯具備后期開發(fā)的潛能，如果陶瓷型芯能夠解決質(zhì)量和溶解問題，可采用陶瓷型芯方式進(jìn)行整體制備。

表3 不同透氣材料對(duì)產(chǎn)品影響

2.2 不同樹脂體系對(duì)產(chǎn)品力學(xué)性能的影響

表2為不同樹脂體系制備復(fù)合材料的力學(xué)性能。

由表2可以看出，浸入柴油30天后，4481體系樹脂力學(xué)性能不僅沒有降低反而有所提高，說明4481B樹脂不會(huì)被柴油溶解，或者耐油性較強(qiáng)。E51配合特種環(huán)氧樹脂力學(xué)性能較穩(wěn)定，4430最差。作為復(fù)合材料油箱，主要用途為盛油，從表2看出，4481B樹脂適用于復(fù)合材料油箱的制備。

2.3 不同透氣織物對(duì)產(chǎn)品性能影響

從表3中可以看出，前3種透氣材質(zhì)樹脂很快進(jìn)入抽真空管內(nèi)，單向膜無此現(xiàn)象。產(chǎn)品或多或少出現(xiàn)干斑，可能是導(dǎo)流網(wǎng)太大，上下流速相差太大，造成氣泡不易排出，形成干斑。4種透氣材質(zhì)透氣性順序依次為：吸膠氈＞透氣氈＞300 g/m2短切氈＞單向膜。

3 結(jié)束語

陶瓷型芯和泡沫型芯方案不成熟，整體成型中，型芯工藝不穩(wěn)定，則整體成型復(fù)合材料油箱方案需要進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。后期可直接采用二次成型的方式進(jìn)行復(fù)合材料油箱的制備。通過上述試驗(yàn)可以得出，4481B樹脂適用于復(fù)合材料油箱真空導(dǎo)入工藝成型，透氣材料選用吸膠氈最佳。

［1］王振，孫秦.復(fù)合材料機(jī)翼整體油箱結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2010，10（24）：6095-6099.