淺談復合材料在大板方艙中的應用

王青鋒 員斌強

摘要：從蜂窩芯材料的性能和特點出發，結合軍用方艙的要求，介紹了蜂窩材料在大板方艙上應用的發展前景。

關鍵詞：蜂窩芯；方艙；輕量化

一、概述

方艙是裝載軍事設備和為人員提供所需要工作條件及環境防護的由夾芯板組裝而成的可移動廂體。其具備輛良好的戰場機動能力、快速的作戰反應能力的特點，在直接作戰、通信指揮、技術支援、后勤保障裝備中得到廣泛應用。但是，隨著我國軍隊現代化的快速發展，方艙的獨特應用環境和功能要求對方艙的結構式設計提出了新的要求，更輕、更強的方艙裝備是追求的目標和要求。對于方艙而言重量輕、強度高和防護性能好以及戰時良好的防護生存能力已成了其發展的方向。降低方艙的重量、提高方艙的承載效率是提高承載車輛速度和高機動等性能的最直接的方式。及實現方艙結構的輕質化和多功能化能降低方艙的質量。要實現結構的輕質化和多功能化，這就要求結構材料必須擁有高比剛度和比強度，同時還要求材料具有特定功能性要求。近年來，輕質蜂窩芯材料由于其高具有低的密度和高的比剛度、比強度，以及具有較強的隔熱散熱、吸能減震、消聲降噪等特性符合軍用方艙的應用要求，而且此類大板具有隨處可安裝設備固定用插件的優點，因此對蜂窩芯大板方艙領域應用得到人們的廣泛關注。

二、蜂窩芯結構原理

蜂窩芯結構的基本原理就是工字梁的原理，但是工字梁是屬于開口薄壁截面梁，若外力作用面稍微偏離橫截面的彎曲中心，就會引起嚴重的扭轉破壞。為了提高抗扭剛度，又不增加重量，就設想用多孔的夾芯代替工字梁的腹板，做成蜂窩形狀的夾芯結構。因此，蜂窩結構實際上就是分散腹板的工字梁。蜂窩結構的面板相當于工字梁的翼緣，幾乎承擔全部的正壓力，增加了抗彎的剛度，也就增加了結構的穩定性。因為一塊薄板在受壓時，很容易失穩屈曲。如果把薄板膠結在蜂窩芯上，當薄板因為板的平面內受壓而發生垂直于薄板的向上屈曲時，就會受到蜂窩芯的拉力；而薄板向下屈曲時，蜂窩芯也會有限制力，這樣也會提高材料的穩定性。蜂窩夾層結構通常用粘接劑將上、下蒙皮與芯層膠接成為整體剛性結構（如圖1所示），或者直接注塑或模壓獲得夾芯結構。蒙皮通常采用復合材料層壓板、金屬板、膠合板和硬塑料板等，蜂窩芯層由各種纖維（如芳族聚酞胺纖維、玻璃纖維、碳纖維、紙、棉布等）浸漬上樹脂，或是金屬（如鋁合金）等通過膠接拉伸法或波紋壓形膠接法制得。

圖1 蜂窩夾層結構示意圖

三、與泡沫大板方艙性能比較

蜂窩芯大板方艙在性能方面與以往應用最為廣泛的聚氨酯泡沫大板方艙相比：前者的剛度、強度更高，重量較輕，環保性更好、傳熱系數略大。但是，隨著材料科學的進展和先進生產工藝的采用，蜂窩芯的傳熱系數大等問題將會不斷的被攻克。例如，美國采用在蜂格內填充輕質碎泡沫的方法來改善大板的保溫性能，美軍標準ASTM E 1925-01中規定傳熱系數為2.0。

軍用方艙大板的保溫層材料過去一直采用聚氨酯泡沫，由于聚氨酯泡沫在生產過程中對臭氧層具有一定的破壞性，為了防止和減緩地球的溫室效應，在2015年聯合國環境規劃部署規定終止使用聚氨酯泡沫材料。新研發的軍用方艙需要研發新型的大板復合材料。紙蜂窩由于強度高、重量輕等優點，在國外已經作為方艙大板的替代品。國內方艙生產廠家也已經開始研制蜂窩芯軍用方艙，預計在不久將來，蜂窩芯方艙將會得到大量的應用。

四、蜂窩芯存在的問題

蜂窩芯雖然優點較多，但是也有問題尚待解決。蜂窩芯板熱傳導系數不大，不符合目前軍用方艙大板的隔熱要求，美軍標準ASTM E 1925-01中規定傳熱系數為2.0，美國采用在蜂格內填充輕質碎泡沫的方法來改善大板的保溫性能。目前的輕質蜂窩芯大部分采用的紙蜂窩芯結構，而紙蜂窩芯大板內容易進水或者受潮后其強度急劇下降，受潮后強度減弱，經不起撞擊和震動，嚴重影響使用效果和產品性能。目前最常用的方式不外乎兩種，一是將蜂窩芯材料換成耐溫性的材料（聚芳酰胺紙、Korex紙、金屬、復合材料）；二是將大板方艙制成封閉的結構，并在接縫處采用密封結構。

五、結束語

本文簡單介紹了蜂窩芯大板方艙結構形式、發展前景、性能以及與以往的泡沫大板方艙的優缺點，探討我軍未來方艙的發展趨勢。隨著復合材料的研究的深入，各種制備工藝技術的提升，蜂窩芯材料在方艙上應用前景較好，既能提高產品質量，又能增加產品的美觀度，繼續研究和應用蜂窩芯材料是必要的，相信在不久的將來，蜂窩芯材料方艙方面得到廣泛應用，提高我軍方艙的戰場防護生存能力。

參考文獻：

[1]耿嘉嵩，朱訊.軍用方艙的發展趨勢概述[J].農業開發與裝備，2017（3）.

[2]羅玉清，郝巍.民用芳綸紙蜂窩芯性能的研究[J].高科技纖維與應用，2009，34（1）：34-37.

[3]馬天信，姜波.聚氨酯材料在航天工業方艙中的應用[J].2008，18（1）32-34