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1、第20卷 第3期航 空 材 料 学 报Vol.20,No.32000年9月 JOURNALOFAERONAUTICALMATERLALSSeptember2000蜂窝材料及孔格结构技术的发展王玉瑛 吴荣煌(北京航空材料研究院,北京100095)摘要:介绍了一种新型的芳纶/酚醛型高模量、高强度的Korex蜂窝芯材。并对不同孔格2密度的Korex蜂窝芯材进行了力学性能和典型使用性能的对比,给出了几种新型的蜂窝结构。新型蜂窝材料和新型蜂窝孔格结构的研究,将有效地提高蜂窝结构的力学性能,显著地降低结构重量,提
2、高使用可靠性,有利于扩大蜂窝结构在航空航天及其他工业领域中的应用。关键词:蜂窝材料;孔格结构;发展中图分类号:TB383文献标识码:A 文章编号:100525053(2000)0320172206 早在100多年以前人们就利用牛皮纸制造蜂窝,用于包装箱结构,以提高包装箱的刚度、压缩强度和降低振动水平。铝合金及大幅宽铝箔的轧制,使蜂窝芯材提高了一个新的水平,铝蜂窝芯的拉伸、压缩、剪切强度等得到了很大提高,在机动运输工具,特别是在飞机上很快得到了应用。铝蜂窝芯制造的机翼、襟翼、水平机翼、腹鳍以及民机的座
3、舱、货舱地板、舱门隔板等有效地减轻了飞机结构重量,提高了活动件操纵的敏感性。虽然铝蜂窝及铝蜂窝夹层结构复合材料的制造技术和使用经验都比较成熟,但该结构使用中也存在一些不利因素。例如:①刚性的铝蜂窝与刚性的复合材料面板难以配合胶接,机械加工要求高、工艺复杂;②铝蜂窝与玻璃纤维复合材料、碳纤维复合材料的热膨胀系数相差较大,制造过程产[1]生的热应力容易造成开裂、变形或扭曲等;③铝蜂窝与碳纤维复合材料面板的直接接触还会出现电化学腐蚀。为克服铝蜂窝的这些不足,随后开发了玻璃布蜂窝。1972年美国杜邦公司研究开发了
4、芳纶纸蜂窝,即Nomex蜂窝。20年后杜邦公司利用芳纶分子结构的变[2][3,4]化和改善浸胶方法,制造了Korex蜂窝。Korex蜂窝纸采用芳香族聚酰胺纤维制造,虽然化学名称与Nomex蜂窝纸相同,但在聚合物分子结构上有所差别。Nomex蜂窝纸采用间苯二胺与间苯二甲酸或间苯二氯代甲酸制造,而Korex蜂窝纸则采用邻位的邻苯二胺与邻苯二甲酸或邻苯二氯代甲酸制造,反应如下: 收稿日期:2000206204;修订日期:2000208216 作者简介:王玉瑛(19562),女,研究员。第3期
5、 蜂窝材料及孔格结构技术的发展173 除此之外,在纸的处理方法上也有差别,Korex纸用树脂饱和浸渍,而Nomex蜂窝纸采用树脂未经浸渍。由于这些变化而导致了蜂窝在性能上的差别。1Korex蜂窝的基本性能 表1列出了Korex蜂窝的典型性能,图1是三种蜂窝的基本性能比较。表1Korex蜂窝的典型性能Table1TypicalpropertiesofKorexPlateshearCompressivestabilizedCell2density“L”direction“W”directionStr./P
6、siMod./ksiStr./PsiMod./ksiStr./PsiMod./ksi1/8”23.0375402501914591/8”24.57507549038260151/8”26.0120010053043310185/3222.4290—1901311071/4”21.5118—9684623/16”22.016025125127053/16”23.0——2282213893/16”24.5738—41135224133/8”22.016025120137053/8”23.0360—240181
7、309OX23/8”21.5——704505OX23/16”23.039034105613014 以上表明,Korex蜂窝的压缩模量约是Glass蜂窝的1.6倍,是Nomex蜂窝的2倍;Ko2rex蜂窝芯纵向剪切模量约是Glass蜂窝的1.67倍,是Nomex蜂窝的2.7倍;Korex蜂窝的压缩强度是Glass蜂窝的1.1倍,是Nomex蜂窝的1.15倍;Korex蜂窝的纵向剪切强度是Glass蜂窝的1.35倍,是Nomex蜂窝的1.31倍;Korex蜂窝的Flatwisetension是Glass蜂窝
8、的1.1倍,是Nomex蜂窝的1.6倍。由此可以看出,Korex蜂窝的基本性能比Glass蜂窝、Nomex蜂窝的性能好得多。 图2～7是三种蜂窝典型使用性能的比较。图中表明,Korex蜂窝除了短梁冲击后的剪切性能低于Nomex蜂窝外,其余典型使用性能都超过Glass和Nomex蜂窝。2 新型蜂窝结构 现阶段蜂窝夹层结构的发展很大程度上取决于新一代蜂窝结构的研制和生产。与传统的六边形蜂窝相比,新一代蜂窝制造技术有了新的突破,
