整體成型某裝甲車碳纖維復合箱體材料及型芯選擇的研究

李蕓蕓，藺福強，閆雪純

（1.康得復合材料有限責任公司，河北 廊坊 065000；2.63628部隊，甘肅 酒泉 735000）

復合材料油箱主要用于替代客戶產品中常用的金屬油箱，在滿足油箱性能要求的基礎上，減輕其自身質量。整體成型工藝是指采用可溶解泡沫或者水溶性陶瓷作為模具，然后一體真空袋成型，最后將泡沫或者陶瓷溶解出即可。復合材料油箱較金屬油箱有明顯的質量優勢，質量可減輕約25%，且也具有金屬材料油箱密封性和耐壓能力。目前，客戶中應用的油箱主要為鋁制油箱。由于油箱有一定的結構，不能一次鑄造而成，有大量的焊縫，經過長時間的震動，焊縫易開裂，造成漏油，且金屬油箱較重。復合材料油箱是基于減重、防漏油和滲油這3方面考慮而開發。在國內，復合材料油箱已經用于汽車內代替金屬油箱。2010年，西北工藝大學航空學院王振，進行了復合材料機翼整體油箱結構分析與設計，飛機上的油箱有望用復合材料替代[1]。

1 試驗

1.1 試驗原料及設備

原輔料：陶瓷型芯（自制）、XPS泡沫型芯（市場）、導靜電涂料、4481樹脂和4430樹脂（常州華科聚合物股份有限公司）、環氧E51、特種環氧樹脂、3K碳纖布370 g/m2（山東江山纖維科技）、6K-380 g/m2碳纖布（山東江山纖維科技）、透氣氈（北京科拉斯科技有限公司）、吸膠氈（北京科拉斯科技有限公司）以及300 g/m2短切氈（山東九鼎新材料有限公司）。

設備：真空緩沖罐（自制）。

1.2 試驗方法

根據油箱結構將不同類型的型芯提前制備成型，涂敷隔離層和導靜電涂料后，根據鋪層設計碳纖維織物，分別鋪于不同型芯的外表面；外層纏繞脫模布和導流網，將透氣材料放置于抽真空口處，最外層鋪放真空袋，連接管路，開始注膠；注射完成后，固化，脫模。

2 結果與討論

2.1 不同型芯對工藝過程及產品的影響

不同型芯對工藝過程和產品的影響情況見表1.

表1 不同型芯對工藝過程和產品影響表

表2 不同樹脂體系制備復合材料的力學性能（浸入柴油對比數據）

從表1可以看出，陶瓷型芯制作采用澆注方式，質量重，人員操作較難，雖然可以重復利用，但成型后型芯不易取出；泡沫型芯通過切割加工而成，加工方式較簡單，人員操作較容易，成型后通過溶劑溶解可將型芯取出，但泡沫芯不可重復利用，且成型中存在部分泡沫被樹脂溶解的風險。

兩者均不能成功制備出產品，但陶瓷型芯具備后期開發的潛能，如果陶瓷型芯能夠解決質量和溶解問題，可采用陶瓷型芯方式進行整體制備。

表3 不同透氣材料對產品影響

2.2 不同樹脂體系對產品力學性能的影響

表2為不同樹脂體系制備復合材料的力學性能。

由表2可以看出，浸入柴油30天后，4481體系樹脂力學性能不僅沒有降低反而有所提高，說明4481B樹脂不會被柴油溶解，或者耐油性較強。E51配合特種環氧樹脂力學性能較穩定，4430最差。作為復合材料油箱，主要用途為盛油，從表2看出，4481B樹脂適用于復合材料油箱的制備。

2.3 不同透氣織物對產品性能影響

從表3中可以看出，前3種透氣材質樹脂很快進入抽真空管內，單向膜無此現象。產品或多或少出現干斑，可能是導流網太大，上下流速相差太大，造成氣泡不易排出，形成干斑。4種透氣材質透氣性順序依次為：吸膠氈＞透氣氈＞300 g/m2短切氈＞單向膜。

3 結束語

陶瓷型芯和泡沫型芯方案不成熟，整體成型中，型芯工藝不穩定，則整體成型復合材料油箱方案需要進行改進和優化。后期可直接采用二次成型的方式進行復合材料油箱的制備。通過上述試驗可以得出，4481B樹脂適用于復合材料油箱真空導入工藝成型，透氣材料選用吸膠氈最佳。

［1］王振，孫秦.復合材料機翼整體油箱結構分析與設計［J］.科學技術與工程，2010，10（24）：6095-6099.