军用方舱夹芯大板工艺技术研究

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电磁兼容与结构工艺

方舱复合夹芯大板工艺技术研究许自力石小富杨燕(国电子科技集团公司第二十八研究所南京 200 )中 107摘要论述了方舱复合夹芯大板的结构和成型工艺，胶粘剂的选择和胶粘工艺进行了研究，对在方舱大板胶粘剂胶粘工艺质量分析

此基础上对大板产生质量问题的各因素进行了分析并提出了控制办法。 关键词

方舱大板通常采用现场发泡法和粘接成型法两大刖舌

类方法制作。( )现场发泡法 1

方舱最早产生于上世纪五十年代朝鲜战争期间，因其具有良好的战场机动能力、速的作战反快

现场发泡法是硬质聚氨酯泡沫应用中最成熟、

应能力、适宜的舱载设备和人员的工作环境以及具有一定的战场威胁防护能力，得军用电子设备方使舱化已成为当代不可逆转的发展趋势。 大板式方舱是由大板、角件、弯角等通过螺栓、铆钉、封板等联接构成的一个整体结构。方舱大密

最灵活、最普通的技术。将现场调制的混合液直接灌到内外蒙皮内进行发泡反应，灌人板内后，在反应混合液流至板底，然后发泡，原来容积增大了 3 4 较 0~ 0倍，满仓部缝隙及角落，成一完整的泡沫。填形 当聚氨酯开始化学反应及发泡时，起的物质浮变得又厚又粘，大多数材料遇到这些即将固化的泡沫，和它紧紧地粘在一起，种固有的粘接性能将这

板的质量直接影响着整部方舱的使用寿命及各项性能指标，是方舱质量好坏的关键。大板由金它

属、化工材料经过特殊的工艺加工而成，质量易其受原材料质量、艺参数、产环境条件等影响。工生 其中脱层和空洞是目前大板生产过程中存在的主要质量问题。

大大简化了泡沫板的加工过程。发泡反应结束，舱板也充填完毕。 现场发泡法的优点是芯材无须加工、充无接填缝、无须粘结、本低。如果没有建立并遵循严格成的质量控制和制造工艺，方法会造成严重的质量该

1方舱大板结构方舱大板的结构原理类似于工字梁，构件远离中性轴以增加截面模量。大板的蒙皮相当于工字梁里的翼板，

受拉压载荷，承大板的芯相当于工字梁的腹板，两者均受剪切载荷。在方舱设计中为了

问题。例如：液未经充分搅拌，溶只部分起了化学反应，未起反应的将产生流离异氰酸酯，到潮气遇会形成酰脲，能再次发泡造成局部凸起。酰脲是可一

种胶性物质，能引起蒙皮脱层。本方法的特点是反应速度快，胶液粘度迅速变

得到较高的载荷比，无论芯板或蒙皮都必须使用具有尽可能高强重比的材料。

大，很快固化发泡成型，而粘接表面微孔没有完因全浸润，胶液就已固化，成粘接强度差。造 ( )接成型法 2粘

方舱大板通常采用铝合金方管焊接成为一个整体框架，整体框架中焊接若干纵梁，成一个在形铝合金骨架，在整体铝合金骨架中充填阻燃、隔音、 隔热的硬质聚氨酯泡沫板，用粘接工艺，过高采通压把两层铝合金薄板和框架、质聚氨酯泡沫板、硬 隔温板粘接成一块复合夹心结构板。

粘接成型法是在固定的模具内发制聚氨酯泡沫板，经过 10~10高温的进一步充分固化，并 2 3% 然后用冷线锯或带锯将泡沫板按图切割成型，工加至要求的尺寸，加工过程中将表层硬皮及硬皮下在

的扁平气泡全部切除 (厚度约 1 l )从而彻底消 0rr, r1 r

2方舱大板成型工艺由于大板隔热材料聚氨酯泡沫成型的多样性，

除芯材硬皮及扁平气泡，因此去掉了对大板产生不利影响的因素，确保芯材质量，将加工好的泡沫然后

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许自力

石小富

杨燕：方舱复合夹芯大板工艺技术研究

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放入金属骨架中，胶后与蒙皮等部件粘接，入真涂放空压床或热压机加压成形，固化后制作成方舱大板。 粘接成型法不会产生二次发泡，免了现场发避泡法的某些缺点，而获得较稳定的大板质量。但从粘接工艺也有不足的地方，要表现在：工工序主加

离强度试验是用以分别测量低温、温、温三种常高

条件下胶的 10剥离强度值。低温和高温贮存试 8。验是分别确定大板在各自条件下贮存的适应性。日照热效应试验是评定方舱在户外无遮盖使用和

贮存时经受太阳辐射热的能力

。3 1 1拉伸剪切强度试验 ..

多；料浪费较大；型设备精度、材成自动化程度要求高；要一种耐温好、需韧性好的胶粘剂；泡沫、对蒙皮和骨架等加工精度有较高要求。总之，方法的该产品成本较高。

拉伸剪切强度试验按照 G/ 14— 18 ( B T72 96胶 (粘剂拉伸剪切强度测定方法 (属对金属 )进行，金》 试样尺寸为 10m×2 m×2mm,料铝合金 0 m 5m 材 2 2 T )铝合金表面预处理为打磨后化学氧化， A1 ( 4,搭接长度 ( 2 5±0 5) m,样数量每项 5个， 1. . m试试验设备为 C一 3 4电子万能试验机。 MT 4 0 本试验选用了 6种胶粘剂，中 E一0其 P 8 4为我所自行研制的胶粘剂，验结果如表 1示。试所表 1拉伸剪切强度试验对比表 剪切强度平均值 ( a Mp )温 (5℃ )低温 (3℃ )温 (3 )温 ( 3 ) -5 一2常 2℃高 9℃l. 6 6 2 l. 7 3 3 1 . 4 1 l. O7 7. 6 5 l 8 2. 6 0 8 .7 1 78 .

综上所述，现场发泡法和粘接成型法各有优缺

点，目前国内外方舱厂家并存着这两种工艺体系，但粘接成型工艺取代现场发泡成型将是一种趋势。 从工艺来讲，粘接成型工艺对方舱大板质量的控制更

容易一些，基本上消除了大板质量不稳定的隐患。

3胶粘剂的选择和胶粘工艺3 1胶粘剂的选择 .方舱大板的粘接质量取决于胶粘剂的性能和粘接工艺。 方舱作为野外装载工具要经受各种各样自然DE— l F l R—

胶粘剂代号低

F 2 R-CH— l

9 2 .4l. 8 6 1

84 .l .6 6O

l.6 13l. 7 6 3

8 6 .139 .6

环境的影响，例如高温、高湿、低温、辐射等，除此之外，还经受运输中各种应力作用，些因素提高它这了对大板结构和粘接性能的要求。 从方舱使用和粘接成型工艺来说，要选择或需

DE_ 2 E 84 P- 0

l . 31 l. 5 98

l . 39 l . 57

1. 46 l. 62

8O .3 6 2 .3

研制一种耐温较好，刚韧兼顾的胶粘剂，体

要求且具如下：

3 1 2 1 0剥离强度试验 .. 8。

10剥离强度试验按照 G/ 7 0— 1 9《 8。 B T29 9 5胶粘剂 10剥离强度试验方法挠性材料对刚性材 8。

( )的温度剪切强度 J 1胶： 温度为一3℃时， 2剪切强度≥1 . MP; 0 6 a温度为 2￣时， 3( 2剪切强度≥1 . P; 0 6M a温度为 9￣,切 3C时剪强度> . a/2 7MP;

料》行。试样为 . 0材料铝合金 2 1 T )挠进冈性 A 2( 4,

性材料铝合金 5 0 ( )表面预处理为打磨后氧 A5 0,化，试样数量每项 5个。试验设备为 C T 4 0 M一 3 4电子万能试验机。

( )在 5℃的条件下，太阳辐射热效应影 2 5受响，大板表面应能承受 9￣ 6C的温度。 ( )野外使用 1 3 5年的长期耐久性。 ( )防水和防腐。 4 选用了几种国内外的环氧类、氨酯类的胶粘聚剂和自研环氧类胶粘剂进行试验，旨在评定几种大

本试验选用了与拉伸剪切强度试验相同的 6种胶粘剂，验结果如表 2所示。试表 2 1 0剥离强度试验对比表 8。胶粘剂代号 10剥离强度平均值 (/ 8。 N mm)

板胶粘剂，同时选出经受过长期高温高湿综合作用后仍能基本保持其结构完整性的胶粘剂。在对胶粘剂的评定中，进行 4项试验：伸共拉

低温(5℃)常温( 3C)高温 (o -5 2￣ 8℃)DE— l FR— l F 2 R_ 3 1 . 5 2 2 .1 15 . 3 28 .3 3O .2 26 .5 O 52 . 12 . 3 4 8 .9

剪切强度试验；8。离强度试验；温和高温贮 10剥低存试验；方舱日照热效应试验。

CH— lDE一 2

2 6 .928 .6

38 .23 2 . 3

2 52 .3 1 .7

拉伸剪切强度试验是用以分别测量低温、常温、温三种条件下胶的拉伸剪切强度值。 10剥高 8。

E 8 P一 0 4

2 8l .

3 6 .5

27 .6

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电磁兼容与结构工艺

3 1 3低温和高温贮存试验 ..

3 2 1表面预处理 . .

低温和高温贮存试验按照 GB2 9 J 03— 9《 4军用方舱通用试验

方法》的试验方法 1 1和 12进中 0 0

工件的前处理是胶接性能好坏的前提。铝板表面通常有一层自然形成的疏松氧化层，而且表面吸附很多杂质，响粘接质量]影。

行。高温贮存：O 2,温贮存： 5￣ 2 h 7℃,4h低一5 4。 C,

试样为标准方舱大板，尺寸 18 m× 5 m 75 m 78 m×0 5试验设备为 G L 10步人式高低温度变 mm, S W.0湿热试验室。

去除氧化层较经济的方法通常采用打磨后化学氧化，经过处理后的铝板可被良好地粘合。处理后的铝板应保存在相对湿度为 5%的环境中，在 0并

本试验选用了与拉伸剪切强度试验相同的 6种

7内进行胶粘。如果需要存放更长时间，在铝 2h应板表面用乙烯丁酸盐或锌黄漆打底。 采用阳极化处理方法可放置 3 O天，制造成但本较高。

胶粘剂制作的大板各 1,块试验结果如表 3所示。表 3低温和高温贮存试验对比表胶粘剂代号D- El F。 Rl F- R2 C. H1 D . E2 E -4 P8 0

低温贮存

高温贮存

除采用传统的化学氧化和阳极化处理方法外，

无空洞及脱层有 3处空洞及脱层无空洞及脱层 无空洞及脱层无空洞及脱层 无空洞及脱层无空洞及脱层无空洞及脱层无空洞及脱层 无空洞及脱层 无空洞及脱层无空洞及脱层

有一种新工艺可提高工效降低成本，具体方法是在大板粘接前采用宽带磨砂机对铝板整体滚磨后清洗即可。铝板表面处理工艺优化后，用表面砂磨采工艺较化学氧化处理可提高工效数十倍。按 5 0 0

台方舱产量计算每年可降低成本约 10万元。 03 2 2涂胶 ..

3 1 4日照热效应试验 ..

涂胶量的大小直接影响胶层厚度，而胶层厚度

日照热效应试验按照 GB 0 3 4军用方舱 J29—9《通用试验方法》中试验方法 13进行。试验温度： 0舱顶表面温度 ( 64 ),验持续时间 4h 9 8℃试 -。试样为标准方舱，验设备为设备烘房和模拟试 1 3照热源、电偶测量系统。本试验选用了与上述热试验相同的 6种胶粘剂制作的方舱各 1台，验结试果如下：

又影响胶接强度和胶接构件的静、态特征。胶层动厚度对胶接强度的影响如图 1所示。、、