浅谈复合材料在大板方舱中的应用

王青锋 员斌强

摘要：从蜂窝芯材料的性能和特点出发，结合军用方舱的要求，介绍了蜂窝材料在大板方舱上应用的发展前景。

关键词：蜂窝芯；方舱；轻量化

一、概述

方舱是装载军事设备和为人员提供所需要工作条件及环境防护的由夹芯板组装而成的可移动厢体。其具备辆良好的战场机动能力、快速的作战反应能力的特点，在直接作战、通信指挥、技术支援、后勤保障装备中得到广泛应用。但是，随着我国军队现代化的快速发展，方舱的独特应用环境和功能要求对方舱的结构式设计提出了新的要求，更轻、更强的方舱装备是追求的目标和要求。对于方舱而言重量轻、强度高和防护性能好以及战时良好的防护生存能力已成了其发展的方向。降低方舱的重量、提高方舱的承载效率是提高承载车辆速度和高机动等性能的最直接的方式。及实现方舱结构的轻质化和多功能化能降低方舱的质量。要实现结构的轻质化和多功能化，这就要求结构材料必须拥有高比刚度和比强度，同时还要求材料具有特定功能性要求。近年来，轻质蜂窝芯材料由于其高具有低的密度和高的比刚度、比强度，以及具有较强的隔热散热、吸能减震、消声降噪等特性符合军用方舱的应用要求，而且此类大板具有随处可安装设备固定用插件的优点，因此对蜂窝芯大板方舱领域应用得到人们的广泛关注。

二、蜂窝芯结构原理

蜂窝芯结构的基本原理就是工字梁的原理，但是工字梁是属于开口薄壁截面梁，若外力作用面稍微偏离横截面的弯曲中心，就会引起严重的扭转破坏。为了提高抗扭刚度，又不增加重量，就设想用多孔的夹芯代替工字梁的腹板，做成蜂窝形状的夹芯结构。因此，蜂窝结构实际上就是分散腹板的工字梁。蜂窝结构的面板相当于工字梁的翼缘，几乎承担全部的正压力，增加了抗弯的刚度，也就增加了结构的稳定性。因为一块薄板在受压时，很容易失稳屈曲。如果把薄板胶结在蜂窝芯上，当薄板因为板的平面内受压而发生垂直于薄板的向上屈曲时，就会受到蜂窝芯的拉力；而薄板向下屈曲时，蜂窝芯也会有限制力，这样也会提高材料的稳定性。蜂窝夹层结构通常用粘接剂将上、下蒙皮与芯层胶接成为整体刚性结构（如图1所示），或者直接注塑或模压获得夹芯结构。蒙皮通常采用复合材料层压板、金属板、胶合板和硬塑料板等，蜂窝芯层由各种纤维（如芳族聚酞胺纤维、玻璃纤维、碳纤维、纸、棉布等）浸渍上树脂，或是金属（如铝合金）等通过胶接拉伸法或波纹压形胶接法制得。

图1 蜂窝夹层结构示意图

三、与泡沫大板方舱性能比较

蜂窝芯大板方舱在性能方面与以往应用最为广泛的聚氨酯泡沫大板方舱相比：前者的刚度、强度更高，重量较轻，环保性更好、传热系数略大。但是，随着材料科学的进展和先进生产工艺的采用，蜂窝芯的传热系数大等问题将会不断的被攻克。例如，美国采用在蜂格内填充轻质碎泡沫的方法来改善大板的保温性能，美军标准ASTM E 1925-01中规定传热系数为2.0。

军用方舱大板的保温层材料过去一直采用聚氨酯泡沫，由于聚氨酯泡沫在生产过程中对臭氧层具有一定的破坏性，为了防止和减缓地球的温室效应，在2015年联合国环境规划部署规定终止使用聚氨酯泡沫材料。新研发的军用方舱需要研发新型的大板复合材料。纸蜂窝由于强度高、重量轻等优点，在国外已经作为方舱大板的替代品。国内方舱生产厂家也已经开始研制蜂窝芯军用方舱，预计在不久将来，蜂窝芯方舱将会得到大量的应用。

四、蜂窝芯存在的问题

蜂窝芯虽然优点较多，但是也有问题尚待解决。蜂窝芯板热传导系数不大，不符合目前軍用方舱大板的隔热要求，美军标准ASTM E 1925-01中规定传热系数为2.0，美国采用在蜂格内填充轻质碎泡沫的方法来改善大板的保温性能。目前的轻质蜂窝芯大部分采用的纸蜂窝芯结构，而纸蜂窝芯大板内容易进水或者受潮后其强度急剧下降，受潮后强度减弱，经不起撞击和震动，严重影响使用效果和产品性能。目前最常用的方式不外乎两种，一是将蜂窝芯材料换成耐温性的材料（聚芳酰胺纸、Korex纸、金属、复合材料）；二是将大板方舱制成封闭的结构，并在接缝处采用密封结构。

五、结束语

本文简单介绍了蜂窝芯大板方舱结构形式、发展前景、性能以及与以往的泡沫大板方舱的优缺点，探讨我军未来方舱的发展趋势。随着复合材料的研究的深入，各种制备工艺技术的提升，蜂窝芯材料在方舱上应用前景较好，既能提高产品质量，又能增加产品的美观度，继续研究和应用蜂窝芯材料是必要的，相信在不久的将来，蜂窝芯材料方舱方面得到广泛应用，提高我军方舱的战场防护生存能力。

参考文献：

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