中_高密度Nomex蜂窝力学性能研究

第22卷 第2期

2002年6月航 空 材 料 学 报

JOU RN AL O F AERONA U T ICAL M AT ERIA LS V ol.22,No.2

June 2002

中、高密度Nomex 蜂窝力学性能研究

郝 巍,李 勇,罗玉清

(北京航空材料研究院,北京100095)

摘要:研究了航空用三种中、高密度Nomex 蜂窝的力学性能,并讨论了纸的厚度、浸渍溶液浓度、环境湿度和渗透剂对Nomex 蜂窝力学性能的影响。结果表明,选择厚度合适的N omex 纸,严格控制湿度,并在浓度为35%~50%范围内浸渍胶液中加入适量的渗透剂可以制作出与国外同类产品性能相当的高性能中、高密度Nomex 蜂窝。

关键词:中、高密度;力学性能;Nomex 蜂窝

中图分类号:T B383 文献标识码:A 文章编号:1005 5053(2002)02 0041 05

Nomex 蜂窝具有密度低,比强度、比刚度高,抗冲击,耐腐蚀性,阻燃且具有回弹性,可吸收振

动能量,良好的高温稳定性和介电性能等优点,是飞机夹层结构件首选芯材。密度小于48kg m 3

的蜂窝属于低密度蜂窝,这类蜂窝在亚音速飞机上具有广阔的使用前景,民机、直升机等普遍采用这

类蜂窝。密度48~80kg m 3

的蜂窝称为中、高密度蜂窝,因具有较高强度及刚度,广泛应用于某些有特殊力学性能要求的部位,如歼击机的平尾、鸭翼及方向舵等。因为中、高密度蜂窝密度较大,制造工艺相对复杂,需要多次浸胶,所以密度公差控制相对困难得多。另外,由于用纸相对较厚,环境湿度对蜂窝最终力学性能也有较大影响。因此,选择合适原材料,确定最佳工艺参数和环境条件是研制高性能中、高密度Nom ex 蜂窝的三个关键。本研究针对某型飞机机尾的受力部件用No mex 蜂窝的具体要求,研制了NH 1 3 48,NH 1 3 64和NH 1 3 80三种规格中、高密度蜂窝,并

重点研究了上述三个因素对力学性能的影响。

1 试 验

1.1 主要原材料

Nomex 纸,T 412,Dopont 公司产品,技术标准HB5435 89。芯条胶,SY 13环氧体系,北京航空材料研究院产品,技术标准Q 6S315 82。酚醛

清漆,F01 36,灯塔油漆有限公司产品,技术标准HG2 574 85。

1.2 工艺试验

采用图1所示工艺路线制作出三种规格中、高密度Nomex 蜂窝:NH 1 3 48,NH 1 3 64和NH 1 3 80。

1.3 试验方法

按GB1453进行Nomex 蜂窝芯材平面压缩试验,设备为万能力学试验机。按GB1455进行Nomex 蜂窝芯材平面剪切试验,设备为万能力学

图1 工艺路线图F ig.1 Pro cess flow diagr am

收稿日期:2001 10 05;修订日期:2002 01 21作者简介:郝巍(1968 ),男,工程师。

试验机。按GB1464进行Nomex 蜂窝芯材密度

测试,仪器为电子天平。根据GJB1874 94进行Nomex 蜂窝芯材外观检验。采用扫描电镜进行

Nomex蜂窝微观结构研究。

2 结果与讨论

Nomex纸厚度、浸胶胶液浓度、湿度及渗透剂的添加都对Nomex蜂窝力学性能产生影响,因此探讨这些因素如何影响Nomex蜂窝力学性能,对研制满足设计要求的中、高密度Nomex蜂窝有重要的意义。

2.1 Nomex纸厚度对蜂窝力学性能的影响

本文选用了0.05mm,0.078mm,0.10mm三种厚度的Nomex纸,在相同条件下,按照同一工艺路线制作密度均为64kg m3,孔格边长为3mm 的蜂窝,然后进行力学性能测试,结果列于表1。从表1中可以发现,平面压缩性能值由大到小顺序为:0.078mm>0.05m m>0.10mm,平面剪切性能值由大到小顺序为0.10mm>0.078mm> 0.05mm,综合力学性能最好的是0.078m m厚度纸制作的Nom ex蜂窝。其余两种纸制作的蜂窝均有一项力学性能不能满足使用要求。

表1 纸的厚度对蜂窝力学性能的影响

T able1 Effect of thickness of paper on mechanical propert ies of honey comb

T hickness of paper

mm

Propert y

0.050.0780.10

A vg.M in.Avg.M in.Avg.M in.

Compressiv e Strength

M Pa

3.53 3.09 3.72 3.39 3.12 2.85

M odulus

M Pa

168157240210189168

L direction

shear Strength

M Pa

1.75 1.74

2.17 1.93 2.29 2.23 M odulus

M Pa

68.366.676.069.886.076.3

W direction

shear Strength

M Pa

0.9370.898 1.14 1.05 1.35 1.27

M odulus

M Pa

29.628.533.931.340.836.0

Note:T he density of specimen is64kg m3.

用厚度为0.05mm,0.078mm和0.10mm三种纸制作的蜂窝未浸胶前,即白蜂窝密度分别为20kg m3,36kg m3和45kg m3,而Nomex纸实际是由Nomex纤维制成的,因此可以计算出三种Nomex蜂窝中纤维与树脂含量百分比分别为31 69,56 44,70 30。通常认为复合材料中纤维与树脂含量比为60 40左右时综合力学性能最好[1]。用0.078mm厚的Nom ex纸浸制成密度为64kg m3的蜂窝,其纤维与树脂含量之比为56 44,接近60 40,所以用这种厚度纸浸制密度为64kg m3蜂窝的综合力学性能好于其他两种蜂窝。对于密度为48kg m3和80kg m3的蜂窝也存在同样规律。这说明增加纸的厚度并不是提高Nomex蜂窝综合力学性能的最佳途径。只有根据蜂窝密度规格选择合适厚度的Nomex纸才能获得综合力学性能良好的蜂窝。

2.2 浸渍胶液浓度对蜂窝力学性能的影响

浸渍工艺不变,用不同浓度的胶液浸渍No mex蜂窝,然后测试平面压缩强度和L向剪切强度,得到浓度 压缩强度曲线和浓度 L向剪切强度曲线(图2和图3)。从图中可以发现,无论是压缩强度还是剪切强度都随浓度增加而达到一个最大值,又随浓度进一步增加而迅速下降,强度最大值出现在35%~50%浓度范围内。

图4是浸渍胶液浓度 粘度曲线,从图中可以发现,胶液粘度在浓度为55%~60%范围内有一拐点,粘度急骤上升,这说明分子链柔性很差,胶液流动性不好,使胶液的工艺性能下降,这时酚醛树脂分子很难扩散到Nomex纸中并均匀分布,因此,造成蜂窝的力学性能强度迅速下降。浓度为

42

航 空 材 料 学 报 第22卷