复合壁大板方舱研究

员斌强

摘要：介绍了复合壁大板方舱基本原理、性能以及存在的问题，针对存在的问题对内蒙皮、外蒙皮、夹芯材料、骨架材料选型及结构工艺进行研究提出了解决方案，并通过冲击、强度、电磁屏蔽等试验数据进行验证，对后续复合壁大板方舱设计研究具有一定的参考价值。

关键词：复合壁；夹芯板；蒙皮；碳纤维

1引言

复合壁方舱也称复合材料蒙皮方舱，不是新名词，但它依然是至今为止方舱发展方向和新技术。现阶段大多数方舱为金属蒙皮方舱，这是因为金属蒙皮工艺成熟，有较好的强度和韧性，而且金属蒙皮方舱易形成电磁屏蔽的法拉第笼，通常金属蒙皮采用铝蒙皮或不锈钢蒙皮。与金属蒙皮大板方舱比，玻璃纤维蒙皮大板方舱有很强的的抗腐蚀性，蒙皮重量轻，热传导系数小，雷达波和激光反射系数小，有利于隐身。但是其韧性差，在冲击下易碎，严重影响方舱壁板的强度，这就限制了在受频繁运输冲击和搬运冲击的方舱上使用。同时，玻璃纤维纤维蒙皮方舱难于形成电磁屏蔽的法拉第笼，丧失了金属蒙皮固有电磁屏蔽能力。因此，复合壁方舱将是未来大板方舱发展方向已成为当代不可逆转的发展趋势，引起各国军队的高度重视，目前国内复合壁方舱虽然做了大量的研究和实验，但是还是处在起步阶段，许多的关键技术尚不完善，还没有全面的、大范围的应用。

2复合壁大板方舱存在问题

复合材料蒙皮方舱的关键问题，一是蒙皮纤维材料的选择，这种纤维材料要有高的拉伸强度，也应有一定的韧性，在冲击下不易碎，价格不贵，使用方能够接受。当前，Kevlar纤维、高分子量聚乙烯纤维虽具有高的拉伸强度，在冲击下不易碎，但每公斤价格在300元左右，不可能在非防爆防弹的普通方舱上大量使用，因此应该研制或寻找一种符合方舱蒙皮强度和韧性要求的非金属纤维，如玻璃纤维、石墨纤维等。二是，复合材料蒙皮和大板的制作工艺。不管纤维拉伸强度高，若纤维排布不合理和纤维拉紧，制作出的复合材料蒙皮大板就不能达到应有的强度。三是复合材料蒙皮方舱舱体电磁屏蔽法拉第笼的形成，大板内可层压金属网或金属薄膜，但是在相邻舱壁里实现金属网或金属薄膜的良好电连接就比较困难。

3复合壁大板方舱解决方案

3.1外蒙皮-碳纤维复合材料

复合材料的主要组成部分是增强材料及基体材料，对于纤维增强复合材料，当材料受载荷作用时，起主要作用的是纤维，树脂基体主要是传递载荷。一般情况下，用于受力构件的复合材料大多数是纤维增强复合材料。目前纤维种类主要有玻璃纤维、碳纤维、Kevlar纤维、硼纤维、碳化硅纤维及超高分子量聚乙烯纤维等。

根据我公司对复合材料面板的研究，将碳纤维复合蒙皮与芳纶夹心结构复合（夹芯板抗冲击试验结果见图1）用于方舱面板。外蒙皮采用玻璃纤维和碳纤维复合材料在1.1mm厚时即可满足760mm冲击要求，可用于舱板蒙皮。

3.2内蒙皮-高强度航空铝板

根据目前各方舱生产单位对传统40dB方舱的解决方案，内蒙皮采用铝板可以满足组舱后达到40dB屏蔽效能。考虑方舱减重效果和屏蔽指标要求，可采用t0.8mm铝板解决内板，生产首批大幅面高强度的航空铝板，舱内板采用t0.8mm即可满足抗冲击要求。试验见图2。

3.3夹芯材料-保温型芳纶蜂窝

方舱常用的芯材有聚氨酯泡沫（PU泡沫）、酚醛泡沫（PF泡沫）、聚氯乙烯结构泡沫（PVC泡沫）、蜂窝芯等材料，四种芯材在密度方面差别不大，但蜂窝芯的抗拉强度、抗压强度等力学性能指标明显优于其他泡沫，有利于夹芯复合板采用新型结构形式。

由于蜂窝的结构所限，需对蜂窝进行隔热处理方舱才能满足GJB6109中3.6.5条的传热系数Ⅱ级要求，目前對蜂窝隔热处理的方式有两种：一种是蜂窝间由一层玻纤隔离，该结构增加一层玻纤和两层胶的重量，蜂窝（整车）增加重量约60kg；一种是在蜂窝芯内填充发泡材料，蜂窝（整车）增加重量约13kg。两种隔热处理结构如图3。

综上所述，该方案夹芯材料选用中保温型芳纶蜂窝。

3.4骨架结构及其他轻量化材料（碳纤维型材）

碳纤维型材制备采用热压罐成型，是指将单层预浸料按预定方向铺叠成的复合材料坯料，放在热压罐内，在定温度和压力下完成固化过程的工艺方法。热压罐是一种能承受和调控定温度、压力范围的专用压力容器。坯料被铺放在附有脱模剂的模具表面，然后依次用多孔防粘布（膜）覆盖，并密封于真空袋内，再放入热压罐中。加温固化前先将袋抽真空，除去空气和挥发物，然后按不同树脂的固化制度升温、加压、固化。相对传统普通模压工艺而言，热压罐生产时的压力及温度相对较大，获得的产品密实度高，不易出现分层，型材可以拉沉头铆钉不分层。

4总结

本文介绍了复合壁大板方舱的历史、发展前景、结构形式、性能以及优缺点，提出了解决方案。在未来战争中，复合壁大板方舱在直接作战、技术支援、后勤保障装备中有着广泛应用，因此一种新型、先进的大板方舱可大幅度提高我军的作战能力。

参考文献

〔1〕马天信. 方舱大板成型工艺的探讨. 方舱技术，1998，（1）

〔2〕邵治良译. 地面电子设备方舱当前工艺水平分析

〔3〕晨光化工厂. 塑料测试. 南京：燃料化学工业出版社，1973年

〔4〕张志冬，王永青. 胶接原理与实用胶接配方600种. 哈尔滨：黑龙江出版总社

（作者单位：武汉滨湖电子有限责任公司）