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、電磁屏蔽等試驗數據進行驗證，對后續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展方向和新技術?，F階段大多數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，熱傳導系數小，雷達波和激光反射系數小，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展方向已成為當代不可逆轉的發展趨勢，引起各國軍隊的高度重視，目前國內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，因此應該研制或尋找一種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，大板內可層壓金屬網或金屬薄膜，但是在相鄰艙壁里實現金屬網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內蒙皮-高強度航空鋁板

根據目前各方艙生產單位對傳統40dB方艙的解決方案，內蒙皮采用鋁板可以滿足組艙后達到40dB屏蔽效能?？紤]方艙減重效果和屏蔽指標要求，可采用t0.8mm鋁板解決內板，生產首批大幅面高強度的航空鋁板，艙內板采用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；一種是在蜂窩芯內填充發泡材料，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，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，再放入熱壓罐中。加溫固化前先將袋抽真空，除去空氣和揮發物，然后按不同樹脂的固化制度升溫、加壓、固化。相對傳統普通模壓工藝而言，熱壓罐生產時的壓力及溫度相對較大，獲得的產品密實度高，不易出現分層，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、發展前景、結構形式、性能以及優缺點，提出了解決方案。在未來戰爭中，復合壁大板方艙在直接作戰、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）