芳纶纸蜂窝力学性能与纸张性能相关性的研究
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围绕 蜂 窝 的力 学 行为 ， 国外 已经 进 行 了很 多研 究 。
２ 实 验
２ ． １ 原料 与仪 器 ２ ． １ ． １ 原 料
芳 纶纸 ： 杜邦 公 司 ７ ２ ２型 号 间位芳 纶 纸 ， 原纸 定 量
为 ３ ８ ｇ ／ ｃ ｍ ， 厚 度为 ５ １ ／ ￣ ｍ。树 脂为 酚醛 清漆 。 ２ ． １ ． ２ 仪 器 扫 描 电镜 Ｌ Ｅ Ｏ一 １ ５ ３ ０ Ｖ Ｐ， 德国Ｌ Ｅ Ｏ公司； 厚 度仪 ，
模 量及 Ｌ 向和 ｗ 向剪切 模 量 与 蜂 窝孔 壁 材 料 性 能 之 间 的关 系 ， 给 出影 响芳 纶纸 蜂 窝模量 的关 键 纸 张性 能 ，
并通 过实 验论 证芳 纶 纸蜂 窝压 缩和 剪切 时所 满 足 的力
学模 型 ， 对 芳 纶纸蜂 窝 的选 材 、 设 计 和应 用都 具 有 重要 指导 作 用 。
也 随着酚醛树 脂上胶量 的增加 而增 大 ； 蜂 窝孔壁 材料 剪
切模 量与厚度 的乘积 Ｇ ｔ 是 影 响蜂 窝剪切 模 量 Ｇ 的关
键性 能参数 ， Ｇ ｔ 值随 着酚醛树脂上胶 量的增加 而增 大 ，
Ｇ 也 随着酚醛树脂 上胶量 的增加 而增 大。
关键 词 ： 芳 纶纸 ； 蜂窝； 平 压模 量 ； 剪切模 量 中 图分类 号 ： ＴＳ ７ ６ ２ ． ９ 文献 标识 码 ： Ａ
临界应 变 时不 同性 质孔 壁材 料 蜂 窝 的力 学行 为 Ｊ 。Ｊ ．
具有 了高 的强 度 和 阻 燃 等 性 能 。纸 张 的规 格 一 定 时 ，
浸渍树 脂 的上 胶 量 不 同 ， 蜂 窝 的密 度 不 同。实 验 选 用 杜邦公 司 ７ ２ ２型号 间位 芳纶 纸 ， 浸渍 酚醛 树脂 ， 控 制 树 脂 上胶 量 与孔 格 边 长 为 １ ． ８ ３ ｍｍ， 密 度 不 同 的蜂 窝 孔 壁 材料 分别 对 应 ， 测 定 浸 渍 酚醛 树 脂 后 纸 张 的 性 能 作
王厚林 等 ： 芳 纶 纸 蜂 窝 力 学 性 能与 纸 张性 能 相关 性 的 研 究
芳 纶 纸 蜂 窝 力 学 性 能 与 纸 张 性 能 相 关 性 的研 究
王厚 林 ， 王 宜 ， 姚 运振 ， 胡 健 ， 杨 进
（ 华 南 理工 大学 制浆 造 纸工 程 国家重 点实 验 室 ， 广 东 广州 ５ １ ０ ６ ４ Ｏ ） 摘 要 ： 研 究 了芳纶纸蜂 窝压缩模 量 Ｅ 和剪切模 量 Ｇ 与孔壁材料 性能 的相 关性 ， 并验证 了 Ｋｅ ｌ ｓ ｅ ｙ等提 出的蜂 窝结 构 面 内折 合剪 切模 量 的计算 公 式 ］ 。以上 工作 虽 然 比较全 面地 研究 了蜂 窝在 压缩 和剪 切 载荷 作 用下 的
文章 编号 ： １ （ ） （ ） １ — ９ ７ ３ １ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ ０ ３ ４ ９ — ０ ４
１ 引 言
蜂 窝夹 层结 构复 合材 料是 航空 、 航天 、 交 通运 输 等 领 域重 要 的减重 材 料 ， 芳纶纸蜂窝具有轻质、 高强 、 高 模、 阻燃 、 耐 高温 、 低 介 电损 耗 等一 系列 优 良性 能 ， 已成 为 飞机 复合 材料 夹层 结构 的首 选芯 材口 ］ 。
为蜂窝 孔壁 来自百度文库料 的性 能 。不 同密度 蜂 窝对 应 的纸 张 上 量 如表 １ 所示。 表 １ 不 同密度 蜂 窝对应 纸张 的上 胶量
Ｔａ ｂ ｌ ｅ １ Ｔｈｅ ｒ ｅ ｓ ｉ ｎ ｃ ｏ ｎｔ ｅ ｎｔ ｆ ｏ ｒ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｄｅ ｎｓ ｉ ｔ ｙ ｈｏ ｎｅ ｙ — ｃ ｏ ｍｂ
原 料人 手 ， 建 立 理论 力学 模 型 ， 目前 国 内外 针 对芳 纶 纸 蜂 窝孑 Ｌ 壁材 料性 能 与蜂 窝性 能之 间关 系研 究还很 少 。 作 为夹 层结 构 的 芯 材 ， 平 压 模 量 和 剪 切模 量 都 是
蜂 窝重要 的力 学 性 能口 。本 文 研 究 芳 纶 纸 蜂 窝平 压
窝压缩和 剪切力 学模 型。结 果表 明， 蜂 窝孔壁 材料 的 弹 性模 量与厚度 的乘 积 Ｅ 是 影 响蜂 窝平 压模 量 的 关键
性 能参数 ， Ｅ ｔ 值 随着酚醛树脂 上胶 量 的增加 而增 大 ， Ｅ
力 学行 为 ， 但要 真正 了解 蜂 窝材 料 的力 学 性 能 ， 还应 从
２ ． ２ 实 验 过 程 与 方 法
间位 芳纶 纸是 常用 的制 作 芳 纶 纸 蜂 窝 的原 材 料 ， 经拉 伸后 的纸 蜂 窝 芯 通 过 浸渍 树 脂 定 形 ， 同时 使 蜂 窝
面地研 究 了蜂 窝 的共 面 和异 面 变 形 及 破 坏 ， 分 析 了蜂 窝在共 面 和异 面 载荷 作 用 下 的线 弹 性 变形 ， 以及 超 过
Ｋｅ ｌ ｓ ｅ ｙ等指 出蜂 窝 的平压 模量 正 比于蜂 窝 与孔壁 材 料 的密 度 比 ， 并 通过 实 验 和理 论 分 析 ， 给 出 了蜂 窝 ｗ 向
剪切 模量 的理 论计 算公 式及 Ｌ 向剪 切模 量 的理论 计算 值范 围 ］ 。Ｇｒ ｅ ｄ ｉ ａ ｃ 利 用 有 限元 分 析 法 较 好 地 表 述 了
蜂窝 Ｌ 向剪 切模 量 的计算 公式 ， 认 为蜂 窝 Ｌ 向剪 切 模
量与 蜂窝 体 的厚 度 有 关 ］ 。Ｇ ｉ ｂ ｓ ｏ ｎ和 Ａｓ ｈ ｂ ｙ比较 全
Ｊ — ＤＨＹ０ ３ Ａ， 四川 长 江造纸 仪 器 有 限责 任 公 司 ； 电子拉
力试 验机 ， Ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｏ ｎ ５ ５ ６ ６， 美国Ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｏ ｎ公 司 。
Ｚ ｈ ａ ｎ ｇ和 Ａｓ ｈ ｂ ｙ研 究 了蜂 窝 在 共 面 轴 向载 荷 下 的 屈 服 行 为及蜂 窝在 异 面载荷 作 用下 的压缩 和剪 切破 坏 行 为［ ５ ］ 。Ｃｈ ｏ ｏ ｎ Ｃ ｈ ｉ ａ ｎ ｇ Ｆ ｏ ｏ等 基 于 有 限 元 模 型 ， 研 究 了共 面拉伸 及异 面非 稳 压 缩 的 线 弹性 变 形 阶段 ， 芳 纶 纸 与芳 纶纸 蜂窝 性 能之 间的关 系 ］ 。国 内 目前 针 对 纸 蜂 窝进行 的研究 还 多 处 于 实 验研 究 阶段 ， 理论 研究 仅 仅是 对 实验 结果 的修 正与 拟合 。程 军等 总 结 了金 属蜂 窝 夹芯板 的等效 弹性 模 量 的计 算 方法 ， 并 提 出金 属蜂 窝 夹芯板 等 效 弹性 模 量 的实 验测 试 方 案 ， 通 过 三 点 弯 曲线 载荷 两 端简 支 板 的挠 度 测试 ， 得 到 金属 蜂 窝夹 芯 板 的等效 弹 性模量 ］ 。王颖 坚建 立 了等 壁厚 与 非 等壁 厚 峰窝结 构 在 面 内剪 力 作 用 下 的单 元 分 析 ， 导 出 了蜂
２ 实 验
２ ． １ 原料 与仪 器 ２ ． １ ． １ 原 料
芳 纶纸 ： 杜邦 公 司 ７ ２ ２型 号 间位芳 纶 纸 ， 原纸 定 量
为 ３ ８ ｇ ／ ｃ ｍ ， 厚 度为 ５ １ ／ ￣ ｍ。树 脂为 酚醛 清漆 。 ２ ． １ ． ２ 仪 器 扫 描 电镜 Ｌ Ｅ Ｏ一 １ ５ ３ ０ Ｖ Ｐ， 德国Ｌ Ｅ Ｏ公司； 厚 度仪 ，
模 量及 Ｌ 向和 ｗ 向剪切 模 量 与 蜂 窝孔 壁 材 料 性 能 之 间 的关 系 ， 给 出影 响芳 纶纸 蜂 窝模量 的关 键 纸 张性 能 ，
并通 过实 验论 证芳 纶 纸蜂 窝压 缩和 剪切 时所 满 足 的力
学模 型 ， 对 芳 纶纸蜂 窝 的选 材 、 设 计 和应 用都 具 有 重要 指导 作 用 。
也 随着酚醛树 脂上胶量 的增加 而增 大 ； 蜂 窝孔壁 材料 剪
切模 量与厚度 的乘积 Ｇ ｔ 是 影 响蜂 窝剪切 模 量 Ｇ 的关
键性 能参数 ， Ｇ ｔ 值随 着酚醛树脂上胶 量的增加 而增 大 ，
Ｇ 也 随着酚醛树脂 上胶量 的增加 而增 大。
关键 词 ： 芳 纶纸 ； 蜂窝； 平 压模 量 ； 剪切模 量 中 图分类 号 ： ＴＳ ７ ６ ２ ． ９ 文献 标识 码 ： Ａ
临界应 变 时不 同性 质孔 壁材 料 蜂 窝 的力 学行 为 Ｊ 。Ｊ ．
具有 了高 的强 度 和 阻 燃 等 性 能 。纸 张 的规 格 一 定 时 ，
浸渍树 脂 的上 胶 量 不 同 ， 蜂 窝 的密 度 不 同。实 验 选 用 杜邦公 司 ７ ２ ２型号 间位 芳纶 纸 ， 浸渍 酚醛 树脂 ， 控 制 树 脂 上胶 量 与孔 格 边 长 为 １ ． ８ ３ ｍｍ， 密 度 不 同 的蜂 窝 孔 壁 材料 分别 对 应 ， 测 定 浸 渍 酚醛 树 脂 后 纸 张 的 性 能 作
王厚林 等 ： 芳 纶 纸 蜂 窝 力 学 性 能与 纸 张性 能 相关 性 的 研 究
芳 纶 纸 蜂 窝 力 学 性 能 与 纸 张 性 能 相 关 性 的研 究
王厚 林 ， 王 宜 ， 姚 运振 ， 胡 健 ， 杨 进
（ 华 南 理工 大学 制浆 造 纸工 程 国家重 点实 验 室 ， 广 东 广州 ５ １ ０ ６ ４ Ｏ ） 摘 要 ： 研 究 了芳纶纸蜂 窝压缩模 量 Ｅ 和剪切模 量 Ｇ 与孔壁材料 性能 的相 关性 ， 并验证 了 Ｋｅ ｌ ｓ ｅ ｙ等提 出的蜂 窝结 构 面 内折 合剪 切模 量 的计算 公 式 ］ 。以上 工作 虽 然 比较全 面地 研究 了蜂 窝在 压缩 和剪 切 载荷 作 用下 的
文章 编号 ： １ （ ） （ ） １ — ９ ７ ３ １ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ ０ ３ ４ ９ — ０ ４
１ 引 言
蜂 窝夹 层结 构复 合材 料是 航空 、 航天 、 交 通运 输 等 领 域重 要 的减重 材 料 ， 芳纶纸蜂窝具有轻质、 高强 、 高 模、 阻燃 、 耐 高温 、 低 介 电损 耗 等一 系列 优 良性 能 ， 已成 为 飞机 复合 材料 夹层 结构 的首 选芯 材口 ］ 。
为蜂窝 孔壁 来自百度文库料 的性 能 。不 同密度 蜂 窝对 应 的纸 张 上 量 如表 １ 所示。 表 １ 不 同密度 蜂 窝对应 纸张 的上 胶量
Ｔａ ｂ ｌ ｅ １ Ｔｈｅ ｒ ｅ ｓ ｉ ｎ ｃ ｏ ｎｔ ｅ ｎｔ ｆ ｏ ｒ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｄｅ ｎｓ ｉ ｔ ｙ ｈｏ ｎｅ ｙ — ｃ ｏ ｍｂ
原 料人 手 ， 建 立 理论 力学 模 型 ， 目前 国 内外 针 对芳 纶 纸 蜂 窝孑 Ｌ 壁材 料性 能 与蜂 窝性 能之 间关 系研 究还很 少 。 作 为夹 层结 构 的 芯 材 ， 平 压 模 量 和 剪 切模 量 都 是
蜂 窝重要 的力 学 性 能口 。本 文 研 究 芳 纶 纸 蜂 窝平 压
窝压缩和 剪切力 学模 型。结 果表 明， 蜂 窝孔壁 材料 的 弹 性模 量与厚度 的乘 积 Ｅ 是 影 响蜂 窝平 压模 量 的 关键
性 能参数 ， Ｅ ｔ 值 随着酚醛树脂 上胶 量 的增加 而增 大 ， Ｅ
力 学行 为 ， 但要 真正 了解 蜂 窝材 料 的力 学 性 能 ， 还应 从
２ ． ２ 实 验 过 程 与 方 法
间位 芳纶 纸是 常用 的制 作 芳 纶 纸 蜂 窝 的原 材 料 ， 经拉 伸后 的纸 蜂 窝 芯 通 过 浸渍 树 脂 定 形 ， 同时 使 蜂 窝
面地研 究 了蜂 窝 的共 面 和异 面 变 形 及 破 坏 ， 分 析 了蜂 窝在共 面 和异 面 载荷 作 用 下 的线 弹 性 变形 ， 以及 超 过
Ｋｅ ｌ ｓ ｅ ｙ等指 出蜂 窝 的平压 模量 正 比于蜂 窝 与孔壁 材 料 的密 度 比 ， 并 通过 实 验 和理 论 分 析 ， 给 出 了蜂 窝 ｗ 向
剪切 模量 的理 论计 算公 式及 Ｌ 向剪 切模 量 的理论 计算 值范 围 ］ 。Ｇｒ ｅ ｄ ｉ ａ ｃ 利 用 有 限元 分 析 法 较 好 地 表 述 了
蜂窝 Ｌ 向剪 切模 量 的计算 公式 ， 认 为蜂 窝 Ｌ 向剪 切 模
量与 蜂窝 体 的厚 度 有 关 ］ 。Ｇ ｉ ｂ ｓ ｏ ｎ和 Ａｓ ｈ ｂ ｙ比较 全
Ｊ — ＤＨＹ０ ３ Ａ， 四川 长 江造纸 仪 器 有 限责 任 公 司 ； 电子拉
力试 验机 ， Ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｏ ｎ ５ ５ ６ ６， 美国Ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｏ ｎ公 司 。
Ｚ ｈ ａ ｎ ｇ和 Ａｓ ｈ ｂ ｙ研 究 了蜂 窝 在 共 面 轴 向载 荷 下 的 屈 服 行 为及蜂 窝在 异 面载荷 作 用下 的压缩 和剪 切破 坏 行 为［ ５ ］ 。Ｃｈ ｏ ｏ ｎ Ｃ ｈ ｉ ａ ｎ ｇ Ｆ ｏ ｏ等 基 于 有 限 元 模 型 ， 研 究 了共 面拉伸 及异 面非 稳 压 缩 的 线 弹性 变 形 阶段 ， 芳 纶 纸 与芳 纶纸 蜂窝 性 能之 间的关 系 ］ 。国 内 目前 针 对 纸 蜂 窝进行 的研究 还 多 处 于 实 验研 究 阶段 ， 理论 研究 仅 仅是 对 实验 结果 的修 正与 拟合 。程 军等 总 结 了金 属蜂 窝 夹芯板 的等效 弹性 模 量 的计 算 方法 ， 并 提 出金 属蜂 窝 夹芯板 等 效 弹性 模 量 的实 验测 试 方 案 ， 通 过 三 点 弯 曲线 载荷 两 端简 支 板 的挠 度 测试 ， 得 到 金属 蜂 窝夹 芯 板 的等效 弹 性模量 ］ 。王颖 坚建 立 了等 壁厚 与 非 等壁 厚 峰窝结 构 在 面 内剪 力 作 用 下 的单 元 分 析 ， 导 出 了蜂