蜂窝夹层结构复合材料胶接共固化工艺技术研究

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1、专题sPEC眦ToPlc蜂窝夹层结构复合材料胶接共固化工艺技术研究StudyOnCo—BondingProcessofHoneycombSandwichCompositeStructure中航复合材料有限责任公司梁春生邱启艳陈静中国人民解放军驻沈飞公司军事代表室陈海峰【摘要】针对蜂窝夹层结构的胶接共固化工艺，以T300／BA9913复合材料为面板，以Nomex蜂窝芯为夹层材料，采用热压罐法研究了不同规格的蜂窝夹芯对外观和面板内部缺陷的影响，有利于扩大采用胶接共固化工艺的蜂窝夹层结构复合材料壁板在航空产品中的应用。关键词：蜂窝夹层结构复合材料胶接共固化【ABSTRACTlByusing

2、T300／BA9913compositesaspanelandNomexhoneycombascore，theeffectsofdif-ferentspecificationsofhoneycombontheappearanceandpanelqualityinthehoneycombsandwichstructurearein—vestigatedwiththeautoclaveCO—bondingprocess．IthelpsexpandtheapplicationofhoneycombcompositestructurepanelwiththeCO—bondingprocess

3、inaerialproducts．Keywords：HoneycombsandwichstructureCom-positesCo-bonding蜂窝夹层结构复合材料是目前所知的最节省材料、具有最大的强度重量比的一种结构性材料。与实心材料相比，蜂窝夹层结构复合材料使用的有效材料仅为被替代材料的l％～5％，它显然是一种用料省、耗能小的极具潜力的轻质材料。蜂窝结构板材具有许多优越的性能⋯：从力学角度分析，封闭的六角等边蜂窝结构相比其他结构，能以最少的材料获得最大的受力。蜂窝夹层结构板承受垂直于板面的载荷时，它的弯曲刚度与同材料、同厚度的实心板相差无几，甚至更高，但其重量却减轻70％～90

4、％。在诸多的应用中，蜂窝复合板材几乎可以完全替代各类实心板材的使用，能降低原材料的使用量，达到高效、节能的目的。以梁板构件为例，用单一的玻璃钢材料制造梁板，满足强度要求时，挠度往往很大；如果按允许挠度进行设计，则强度又大大超过要求，造成浪费。只有采用夹层结构形式进行设计，才能合理地解决这一矛盾，这也是夹层结构得以发展的主要原因。蜂窝夹层结构通常是由比较薄的面板与比较厚的芯子胶接而成

5、2l。一般面板采用强度和刚度比较高的86航空制造技术·2014年第15期材料，芯子采用密度比较小的材料，如蜂窝芯、泡沫芯、波纹板芯等。夹层结构具有重量轻、弯曲刚度及强度大、抗失稳能力强、耐疲劳、吸音、隔热

6、等优点，因此在飞行器结构上得到了广泛应用。对结构高度大的翼面结构，如蒙皮壁板(尤其是上翼面壁板)，采用蜂窝夹层结构取代加筋板，能明显减轻重量；对于结构高度小的翼面结构，如操纵面，采用全高度夹层结构代替梁肋式结构，能带来明显的减重效果。以复合材料层合板为面板的夹层结构，由于材料的相容性，目前普遍采用Nomex蜂窝芯子。胶粘剂将面板和芯子胶接成整体，传递面板和芯子之间的载荷；芯子支持面板承受垂直于面板的压缩应力，并能防止面板发展轴压引起的屈曲，此时芯子承受压缩和剪切载荷。蜂窝夹层结构的主要特点如下：(1)具有大的弯曲刚度／重量比，弯曲强度／重量比；(2)具有良好的吸声、隔声、隔热性能；(

7、3)具有大的屈曲临界载荷；(4)对湿热环境敏感，设计时要防潮密封；(5)面板对低能冲击敏感；(6)修补困难。蜂窝夹层结构具有比强度和比刚度高的优点，可以充分发挥材料的抗弯强度和抗弯刚度(如表1)，比传统结构减重10％～33％。蜂窝夹层复合材料的成型方式主要有3种，如表2表1蜂窝夹层结构比强度及比刚度的效能+田口14T项目2T^fn刈弯曲刚度l37fH时挠度l0．027十开埘弯曲强度17惭度／psi0．9I0．994专题sPEC眦ToPIc其典型固化工艺为：由室温加压o．25。0．35MPa后．升温至12005℃，保温60—90min，最后保压降温至60。C以下卸压，升温速度为1～3℃

8、／rain。2．3蜂窝芯材NRH型芳纶纸蜂窝芯材规格代号的定义为芯材代号一芯材孑L格边长一芯材密度(纸材厚度)，例如NRH一3-32(0．05)代表孔格边长3ram、纸材厚度O．05mm、密度32kg／m3的Nomex芳纶纸蜂窝芯。试验件选用的NRH一2—48(0．05)和NRH一3—32(o．05)两种规格蜂窝芯的性能数据详见表3，图2为其外观对比。3研制过程3．1固化工艺的确定因受蜂窝芯材的影响，碳纤维预浸料与NRH系列蜂窝构成的夹层结构复合材料的胶接