王德龍

為了滿足上述要求，蜂窩夾層結(jié)構(gòu)復合材料被廣泛應用于航空航天領(lǐng)域，對夾層結(jié)構(gòu)提出的要求越來越多，使其不僅可以承受結(jié)構(gòu)載荷，同時要求其不斷的變換形狀，以適應不同航空航天器的需求。

蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的特點及應用

觀察夾層結(jié)構(gòu)就可以發(fā)現(xiàn)，其最初的設計來源于昆蟲的仿生學，根據(jù)航空航天事業(yè)對板材的特殊要求發(fā)展起來的。

夾層結(jié)構(gòu)顧名思義，就是由以面板材料為上下框架，之間填充夾層（夾芯）材料為主，二者一起構(gòu)成了夾層機構(gòu)主要部分（圖1）。目前來看，夾層材料的選用多為輕質(zhì)木材、塑料泡沫及蜂窩三種。在飛機的夾層結(jié)構(gòu)中，以板鋁蜂窩夾層結(jié)構(gòu)復合材料最為常見，同時，這種鋁質(zhì)蜂窩結(jié)構(gòu)內(nèi)部的夾芯材料的形狀多種多樣，常見的有六方柱體、菱柱、長方體及圓柱體等幾種。六方柱體是其中最為常見的結(jié)構(gòu)形態(tài)，其具有美觀的外表，也可以最大程度節(jié)省材料，結(jié)構(gòu)型式簡單且高效，特別是其可以抵抗高強度的壓力和拉力，因此被廣泛使用。

共固化工藝及選用材料

作為復合材料的關(guān)鍵構(gòu)成部分，基體發(fā)揮著舉足輕重的作用，因為它把增強材料結(jié)合成為一個整體，通過傳遞載體，均布載荷從而決定了復合材料的諸多重要性能。

固化材料通常指含有兩個或兩個以上的環(huán)氧基，并且它的骨架以脂環(huán)族或芳香族等有機化合物為主，通過環(huán)氧基反應來形成熱固性產(chǎn)物的高分子低聚體的叫做環(huán)氧樹脂。它的特點在于從液態(tài)到勃稠態(tài)再到固態(tài)，一種具有多種形態(tài)的物質(zhì)，加熱時呈塑性，熔點不明顯，受熱軟化并逐漸熔化而發(fā)勃，遇水不相溶。因為它本身不會硬化，所以單獨使用它時沒有什么價值，只有通過和固化劑發(fā)生反應并生成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的固態(tài)聚合物時，它的使用價值才回顯現(xiàn)出來。因此，環(huán)氧樹脂應歸為熱固性樹脂，網(wǎng)狀聚合物的范圍內(nèi)。

在常用的環(huán)氧樹脂中，有雙酚A型環(huán)氧樹脂（E型）、酚醛環(huán)氧樹脂（F型）和雙酚F型環(huán)氧樹脂這三種，其中雙酚A型環(huán)氧樹脂是最主要的，在環(huán)氧樹脂的總產(chǎn)量中其比例高達90%。在本文論述中，所涉及的環(huán)氧樹脂E51是雙酚A型環(huán)氧樹脂的一種。

環(huán)氧樹脂的固化機理

環(huán)氧樹脂與多元胺產(chǎn)生固化反應時，環(huán)氧基上的碳氧鍵及氨基的氮氫鍵斷鍵形成碳氮鍵，剩下一個氫基，生成物也含有活潑氫，這就是其能夠與環(huán)氧樹脂繼續(xù)反應，并且在環(huán)氧樹脂與氨基固化過程中生成的氫基成為催化劑促進了固化反應的進程，所以在胺類作為環(huán)氧樹脂的固化劑時，其反應速率很快，反應時間也縮短。在物質(zhì)的固化反應過程中，分子幾乎同時反應，之后固化劑與環(huán)氧樹脂分子以N原子作為交聯(lián)點繼續(xù)交聯(lián)，最終成為三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

環(huán)氧樹脂的環(huán)氧基與固化劑中氨基反應時比例為1：2，所以根據(jù)比例即可計算固化劑的使用量m。在固化劑中適當添加低分子聚肽胺651可以調(diào)節(jié)環(huán)氧樹脂的韌性，其原理是聚肽胺所具有的長鏈結(jié)構(gòu)是體系具有更多的產(chǎn)物交聯(lián)點，從而增加交聯(lián)度。

固化條件

預處理階段，將固化劑混入樹脂后恒溫60℃加熱1h，這個做法主要目的是固化劑與樹脂中的小氣體分子。

固化時間與固化溫度，前期試驗的結(jié)果顯示，此次實驗中，具體的固化過程是，第一步采用400℃的溫度下恒溫1h，這一步驟目的是為了讓固化劑與樹脂混合的均勻度提高，同時去除小氣泡，這段時間為樹脂固化適用時間。第二步是在600℃的溫度下恒溫2h，這個期間固化劑與樹脂初步進行反應，并且失去流動性成為凝膠狀態(tài)。最后一步就是在700℃的溫度下恒溫1h，期間固化劑充分地與樹脂進行反應，反應物的強度達到最高值。整個過程的溫度變化如圖2所示。

總體來看，之所以前期需要做試驗，固化溫度會影響固化的反應速率及體系粘度。固化溫度過高，會導致固化的反應速率過快從而殘留小氣泡，固化溫度過低則會導致體系粘度過大從而殘留小氣泡。

（作者單位：中航復合材料有限責任公司）endprint