摘要：為獲得最好的結(jié)構(gòu)性能和經(jīng)濟(jì)效益,飛機(jī)在結(jié)構(gòu)設(shè)計中不斷追求高減重、低成本和長壽命,而芳綸紙蜂窩材料因其輕質(zhì)高強(qiáng)、耐火、高韌性等突出性能被廣泛采用，成為重要的輕量化復(fù)合材料之一。本文介紹了芳綸紙蜂窩材料的結(jié)構(gòu)特點、材料性能和應(yīng)用，闡述了芳綸紙蜂窩材料的重要性和發(fā)展現(xiàn)狀。

　　芳綸紙蜂窩材料是一種以芳綸紙為原料，仿造蜂巢結(jié)構(gòu)制成的具有特殊結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，具有質(zhì)輕、強(qiáng)度大、剛度高等特性以及緩沖、隔熱、隔音和絕緣等功能，被廣泛應(yīng)用于航天航空、軌道交通等高科技領(lǐng)域。

　　什么是蜂窩材料?

　　蜂窩材料是一種低密度蜂窩狀材料，用作夾層結(jié)構(gòu)的芯材，其性能取決于材料、孔格形狀和尺寸等。科學(xué)家通過對蜂房的研究發(fā)現(xiàn)相鄰的房孔共用一堵墻和一個孔底，可以節(jié)省材料;正六邊形的房孔能夠給予蜜蜂合適的空間。航天器設(shè)計師將蜂窩結(jié)構(gòu)應(yīng)用到了飛機(jī)制造上，先將金屬制成蜂窩，然后在用兩塊金屬板把它加起來就成了蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有高強(qiáng)度、質(zhì)量輕、耐沖擊、較好的隔音和隔熱性能等優(yōu)點。蜂窩夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料已經(jīng)大量應(yīng)用于飛機(jī)制造，如機(jī)翼、機(jī)身尾翼、雷達(dá)罩及地板、內(nèi)飾等。

A：蜂窩夾層板;B：面板;C:蜂窩芯

圖1 蜂窩夾層結(jié)構(gòu)示意圖

(資料來源：中國知網(wǎng))

　　高端裝備制造材料向輕量化發(fā)展，芳綸紙蜂窩材料代替金屬窩芯

　　芳綸紙蜂窩以對位芳綸紙或間位芳綸紙為原料，模仿蜂巢結(jié)構(gòu)，經(jīng)過涂膠、切割疊板、拉伸定性、浸膠和固化等步驟制得。芳綸紙蜂窩材料具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、輕質(zhì)、比強(qiáng)度高、剪切強(qiáng)度強(qiáng)、高韌性、耐高溫等特性。

　　飛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計不斷追求減重，輕質(zhì)的復(fù)合材料成為新一代飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展方向，目前已將復(fù)合材料的用量作為評價飛機(jī)制造先進(jìn)程度的重要指標(biāo)。早期的蜂窩夾層結(jié)構(gòu)材料大多數(shù)使用金屬窩芯，隨著制造技術(shù)的改進(jìn)以及高端裝備結(jié)構(gòu)材料的輕量化發(fā)展，芳綸紙蜂窩材料具有輕質(zhì)高強(qiáng)的特性，且比金屬蜂窩更耐腐蝕，替代了金屬窩芯在航空航天的應(yīng)用。

　　表1 芳綸纖維材料和傳統(tǒng)航空結(jié)構(gòu)材料的性能對比

　　(資料來源：公開資料整理)

　　飛機(jī)、導(dǎo)彈、火箭、航天器的機(jī)體、機(jī)翼、艙壁、艙門、舷梯、儀器板、地板、隔熱板、整流罩以及高速列車的內(nèi)壁、天花板、行李箱均可采用芳綸紙蜂窩材料。

　　表2 芳綸紙蜂窩應(yīng)用案例

　　(資料來源：公開資料整理)

　　目前來說，我國復(fù)合材料的應(yīng)用距離發(fā)達(dá)國家還有較大差距，總體上處于第二代水平，國外大約在第三代水平，2017年C919大型客機(jī)約采用了30%的復(fù)合材料，而國外先進(jìn)機(jī)型復(fù)合材料應(yīng)用比例為50%，我國復(fù)合材料的發(fā)展還有很長一段路要走，而作為重要復(fù)合材料之一的芳綸紙蜂窩，還有較大的提升空間。

　　芳綸紙的國產(chǎn)化不斷推進(jìn)，將推動芳綸紙蜂窩材料發(fā)展

　　芳綸紙蜂窩材料的原材料以美國杜邦公司生產(chǎn)的Nomex間位芳綸紙和Kevlar對位芳綸紙為主，在全球范圍內(nèi)市場占有率較高。而國產(chǎn)芳綸紙生產(chǎn)技術(shù)不斷取得突破，以華南理工大學(xué)和陜西科技大學(xué)為首的幾家科研單位不間斷的對芳綸紙進(jìn)行研發(fā)，煙臺民士達(dá)、深圳昊天龍邦、超美斯(原圣歐芳綸)等企業(yè)已經(jīng)能夠生產(chǎn)與杜邦公司產(chǎn)品的功能、外觀相近的芳綸紙，成為我國芳綸蜂窩紙復(fù)合材料發(fā)展的有利保障之一。我國目前也出現(xiàn)了幾十家芳綸紙蜂窩生產(chǎn)企業(yè)，其中發(fā)展較好的有中航復(fù)合材料和特一新材，中航生產(chǎn)的蜂窩材料在航空領(lǐng)域市場占有率接近100%，而特一新材是中國商飛的唯一芳綸蜂窩材料供應(yīng)商，商飛的C919大型客機(jī)就應(yīng)用了特一生產(chǎn)的芳綸紙蜂窩材料。

　　結(jié)語

　　芳綸紙蜂窩材料是高端裝備輕量化的重要復(fù)合材料之一，在航空航天、交通軌道領(lǐng)域具有重要的戰(zhàn)略意義。得益于芳綸紙的不斷發(fā)展，我國的芳綸紙蜂窩材料也正在努力縮小與發(fā)達(dá)國家的差距。