配套材料和環(huán)境條件對玻纖預(yù)浸料/Nomex蜂窩夾層板力學(xué)性能的影響

高琦，趙文忠，張晨暉，李建偉

(1.西安導(dǎo)航技術(shù)研究所，西安 710068；2.中國電子科技集團(tuán)公司第二十研究所，西安 710068)

復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)是由兩層強(qiáng)度較高的上、下面板和一層低密度夾芯層組成，通過膠粘劑將上、下面板與蜂窩芯材膠接獲得的整體結(jié)構(gòu)，蜂窩夾層結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量輕、剛度大、強(qiáng)度高、耐沖擊性能好、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[1-3]，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于航空、航天、船舶和汽車制造等領(lǐng)域[4-7]。采用蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)制件可減輕整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量、減少應(yīng)力集中、提高疲勞壽命、穩(wěn)定表面質(zhì)量狀態(tài)等。Nomex 蜂窩具有輕質(zhì)高強(qiáng)、密度低等特點(diǎn)，以Nomex 蜂窩作為芯材的A夾層結(jié)構(gòu)制件具有比強(qiáng)度、比剛度高，電絕緣性和透波性優(yōu)良等特點(diǎn)，已經(jīng)在高性能雷達(dá)天線罩的制作中得到廣泛應(yīng)用[8]。

近年來，諸多學(xué)者對蜂窩夾層結(jié)構(gòu)制件的力學(xué)性能進(jìn)行了深入研究，如賀靖等[9]研究了面板材料和膠膜密度對夾層結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響，畢紅艷[10]分析了蜂窩夾層結(jié)構(gòu)成型工藝對其力學(xué)性能的影響，郝新超等[11]則對Nomex 蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)的失效機(jī)理進(jìn)行了研究，東巳宙[12]探討了高溫環(huán)境對蜂窩夾層結(jié)構(gòu)件的力學(xué)性能的影響。目前，還尚未見有文獻(xiàn)對蜂窩夾層結(jié)構(gòu)填充發(fā)泡膠后的力學(xué)性能進(jìn)行相關(guān)研究和討論的報(bào)道。

某大型曲面雷達(dá)天線罩為薄壁A 夾層結(jié)構(gòu)[13]，其中透波區(qū)域是由上下兩層國產(chǎn)薄層玻璃纖維復(fù)合材料預(yù)浸料制備的高強(qiáng)度、高密度面板和中間低介電常數(shù)、低密度的Nomex 蜂窩芯組成，天線罩法蘭部位為裝配區(qū)域，具有更高的力學(xué)性能要求，需要在蜂窩格內(nèi)部填充發(fā)泡膠來提升其性能，以滿足使用要求。筆者針對該大型曲面雷達(dá)天線透波罩結(jié)構(gòu)特殊、力學(xué)性能要求高、服役環(huán)境復(fù)雜嚴(yán)酷等現(xiàn)狀，采用熱壓罐單獨(dú)固化制作面板再與蜂窩芯二次膠接的工藝方法制備4 種等效夾層板，開展了膠膜、發(fā)泡膠等配套材料與國產(chǎn)玻璃纖維復(fù)合材料預(yù)浸料的配套試驗(yàn)，分析了不同膠膜和填充發(fā)泡膠對夾層板力學(xué)性能影響，并研究了等效夾層板在常溫干態(tài)(RTD)、低溫干態(tài)(CTD)、高溫干態(tài)(ETD)和高溫濕態(tài)(ETW)4 種試驗(yàn)環(huán)境條件下拉伸、壓縮、剪切、側(cè)壓、彎曲等力學(xué)性能的變化，為國產(chǎn)玻璃纖維樹脂基復(fù)合材料在大型曲面雷達(dá)天線罩上的應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原材料

環(huán)氧樹脂基玻璃纖維復(fù)合材料預(yù)浸料：SW100A/AC319，樹脂含量為38%，中國航空制造技術(shù)研究院；

中溫固化改性環(huán)氧膜狀結(jié)構(gòu)膠：J-95，黑龍江省石油化學(xué)研究院；

改性環(huán)氧粉狀發(fā)泡膠：J-47D2，黑龍江省石油化學(xué)研究院；

中溫固化環(huán)氧膠膜：SY-24C，中國航發(fā)北京航空材料研究院；

Nomex 芳綸紙蜂窩：HDL-1-1.83-48-14.3，宜昌和達(dá)利復(fù)合材料股份有限公司。

1.2 主要儀器與設(shè)備

熱壓罐：J10-019 型，西安江河機(jī)器制造有限公司；

數(shù)控銑床：PV1600 型，西安領(lǐng)航數(shù)控設(shè)備有限公司；

電子萬能試驗(yàn)機(jī)：CMT5105 型，深圳新三思計(jì)量技術(shù)有限公司；

恒溫恒濕試驗(yàn)箱：HY-TH-225BH 型，東莞市泓進(jìn)檢測儀器有限公司；

高低溫試驗(yàn)箱：SANS GDX300 型，深圳新三思計(jì)量技術(shù)有限公司；

電子數(shù)顯卡尺：SF2000 型，桂林廣路數(shù)字測控股份有限公司。

1.3 試樣制備

(1) Nomex 蜂窩夾層板的制備。

通過熱壓罐固化成型工藝制備Nomex 蜂窩夾層板。

①先制作Nomex 蜂窩夾層板的上、下面板。

使用下料樣板分別裁剪0°/90°的SW100A/AC319 預(yù)浸料，并按照0°/90°/0°/90°的順序鋪貼，將鋪貼完成的預(yù)浸料毛坯試樣與無孔膜、透氣氈、真空袋依次放置于平板模具中，真空袋四周使用耐高溫膠條進(jìn)行密封，并抽真空至-0.095 MPa，后將模具推入熱壓罐進(jìn)行固化。固化工藝為：熱壓罐設(shè)置100 kPa/min 的加壓速率和3.0℃/min 的升溫速率，當(dāng)罐內(nèi)壓強(qiáng)升至(0.30±0.02) MPa、模具溫度升至128℃時(shí)，設(shè)置保溫保壓(180±10) min，保溫結(jié)束后帶壓冷卻至模具溫度為60℃以下，卸壓出罐。

②將固化好的上、下面板與Nomex 蜂窩、J-95膜狀結(jié)構(gòu)膠和SY-24C 膠膜及J-47D2 發(fā)泡膠等材料按照以下組合分別制備夾層板S1，S2，S3 和S4，其中，J-95 膜狀結(jié)構(gòu)膠和SY-24C 膠膜與J-47D2 發(fā)泡膠按照一次進(jìn)罐的工藝進(jìn)行固化，固化參數(shù)設(shè)置為：分別以100 kPa/min 和3.0℃/min 的速率進(jìn)行升溫加壓，當(dāng)罐內(nèi)壓強(qiáng)升至(0.15±0.02) MPa、模具溫度升至128℃時(shí)，設(shè)置保溫保壓(150±10)min，保溫結(jié)束后帶壓冷卻至模具溫度為60℃以下，卸壓出罐。

S1：使用J-95 膜狀結(jié)構(gòu)膠膠接面板和Nomex蜂窩芯材，蜂窩格內(nèi)未填充發(fā)泡膠。

S2：使用SY-24C 膠膜膠接面板和Nomex 蜂窩芯材，蜂窩格內(nèi)未填充發(fā)泡膠。

S3：使用J-95 膜狀結(jié)構(gòu)膠膠接面板和Nomex蜂窩芯材，蜂窩格內(nèi)填充J-47D2 發(fā)泡膠。

S4：使用SY-24C 膠膜膠接面板和Nomex 蜂窩芯材，蜂窩格內(nèi)填充J-47D2 發(fā)泡膠。

(2)標(biāo)準(zhǔn)測試試樣的制備。

按照相關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn)中對測試試樣的規(guī)定，通過干態(tài)數(shù)控機(jī)械加工的方法，將Nomex 蜂窩夾層板分別加工為平面拉伸、平面壓縮、剪切、側(cè)壓和彎曲等力學(xué)性能測試所需的標(biāo)準(zhǔn)試樣尺寸。

1.4 測試試樣前處理

夾層結(jié)構(gòu)平拉和剪切試驗(yàn)的試樣需要與專用夾具進(jìn)行粘結(jié)，粘結(jié)前分別對試樣和夾具粘接面進(jìn)行打磨、除油等表面處理。采用膠膜將夾層結(jié)構(gòu)試樣與夾具進(jìn)行粘結(jié)并用C 型夾固定，于(130±2)℃條件下固化2 h。4 種環(huán)境狀態(tài)下的測試試樣分別按照以下方法進(jìn)行前處理：

(1)RTD 試樣：在室溫(23±2℃)下放置5～8 min，采用空調(diào)對室內(nèi)溫度進(jìn)行控制。

(2)CTD 試樣：在高低溫試驗(yàn)箱(-70～350℃)中采用液氮進(jìn)行降溫至-50℃，并保溫5～8 min。

(3)ETD 試樣：在高低溫試驗(yàn)箱(-70～350℃)中采用電阻絲加熱至80℃，并保溫5～8 min。

(4)ETW 試樣：按照HB 7401-1996 的規(guī)定，在恒溫恒濕試驗(yàn)箱中于溫度(70±3)℃、相對濕度(95±5)%條件下進(jìn)行濕熱處理至吸濕飽和(質(zhì)量至恒定值)。

1.5 性能測試

(1)夾層板平拉強(qiáng)度試驗(yàn)按照GB/T 1452-2018的規(guī)定，以1.0 mm/min 的加載速率對試樣施加拉伸載荷，直至試樣破壞，并記錄最大破壞載荷及破壞形式。

(2)夾層板平壓強(qiáng)度試驗(yàn)按照GB/T 1453-2005的規(guī)定，采用萬向底座使加載時(shí)試樣上、下兩面均勻受載并且加載方向垂直于試樣上、下平面，試驗(yàn)加載速率設(shè)定為0.5 mm/min，記錄最大破壞載荷及破壞形式。

(3)夾層板剪切強(qiáng)度試驗(yàn)按照GB/T 1455-2005的規(guī)定，需保證試樣左右邊均勻受載并且加載方向平行于試樣上、下平面，使試樣的受力位置與試樣中心對齊，剪切試驗(yàn)速度設(shè)定為0.5 mm/min，記錄最大破壞載荷及破壞形式。

(4)夾層板側(cè)壓強(qiáng)度試驗(yàn)按照GB/T 1454-2005的規(guī)定，采用萬向底座使加載時(shí)試樣上、下兩端裸露的蜂窩面均勻受載并且加載方向垂直于試樣端面，側(cè)壓試驗(yàn)加載速率設(shè)定為0.5 mm/min，直至試樣破壞，記錄最大破壞載荷及破壞形式。

(5)夾層板彎曲性能試驗(yàn)按照GB/T 1456-2005的規(guī)定，在加載壓頭和支撐底座均設(shè)置橡膠墊塊，確保載荷均勻加載。選擇跨距160 mm，外伸梁長度80 mm，同時(shí)測試夾層結(jié)構(gòu)的芯層剪切強(qiáng)度和夾層結(jié)構(gòu)的彎曲剛度，彎曲試驗(yàn)速率選擇1.0 mm/min，記錄最大破壞載荷及破壞形式。

上述力學(xué)性能測試均在電子萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，要求每項(xiàng)力學(xué)性能的有效測試試樣不少于5 個(gè)，測試結(jié)果取平均值。試驗(yàn)中，室溫干態(tài)環(huán)境的溫度由空調(diào)控制，高低溫試驗(yàn)在高低溫環(huán)境箱中進(jìn)行，試驗(yàn)期間溫度保持在所要求溫度的±3℃以內(nèi)。

2 結(jié)果與討論

2.1 夾層板的平拉強(qiáng)度分析

復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)的平面拉伸試驗(yàn)主要是考察夾層結(jié)構(gòu)的平拉強(qiáng)度和破壞形式，以此評估芯層抵抗拉伸載荷的能力以及復(fù)合材料面板與Nomex蜂窩芯、膠膜和發(fā)泡膠之間的匹配性。4 種夾層板在4 種試驗(yàn)環(huán)境條件下的平拉強(qiáng)度測試結(jié)果如圖1所示。

圖1 4 種試驗(yàn)環(huán)境條件下夾層板的平拉強(qiáng)度

由圖1 可以看出，在RTD，CTD，ETD 和ETW試驗(yàn)環(huán)境條件下，夾層板S1 的平拉強(qiáng)度分別為2.15，2.38，2.15，2.03 MPa，S2 的平拉強(qiáng)度分別為2.17，2.19，2.17，2.11 MPa，數(shù)據(jù)表明，溫度和濕度對夾層板S1 和S2 的平拉強(qiáng)度無明顯影響，在ETW條件下S1 和S2 的平拉強(qiáng)度相較于RTD 條件下分別只降低5.6%和2.8%，原因可能是夾層結(jié)構(gòu)的上、下面板阻止了水汽進(jìn)入夾層板內(nèi)部；試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，夾層板S1 和S2 的破壞模式均為純芳綸紙蜂窩芯破壞，表明J-95 膜狀結(jié)構(gòu)膠和SY-24C 膠膜兩種膠膜對Nomex 蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的平拉強(qiáng)度無明顯影響。平拉試驗(yàn)中，夾層板S3 和S4 在RTD，CTD，ETD 條件下的破壞模式均為芯層破壞，在ETW 條件濕熱處理后，出現(xiàn)圖2 所示的芯層與面板膠接處的破壞。

圖2 在ETW 條件下平拉試驗(yàn)S3 和S4 試樣的破壞模式

由圖1 還可以看出，夾層板S3 和S4 在RTD，CTD，ETD 和ETW 試驗(yàn)環(huán)境條件下的平拉強(qiáng)度分別 為8.46，8.58，5.70，3.51 MPa 和6.67，6.91，6.33，3.40 MPa，相比未填充發(fā)泡膠的夾層板S1 和S2，S3 和S4 在RTD 條件下的平拉強(qiáng)度分別提高2.9倍和2.1 倍，這是因?yàn)榉季]紙蜂窩格填充發(fā)泡膠后，面板與芳綸紙蜂窩芯實(shí)際膠接面積增大，芳綸紙蜂窩壁轉(zhuǎn)變?yōu)樵鰪?qiáng)單元，發(fā)泡膠作為基體，可以快速傳遞分散平拉載荷[14]。相較于RTD 條件下的測試結(jié)果，ETD 條件下夾層板S3 的平拉強(qiáng)度降低32.6%，說明高溫加速了J-95 膜狀結(jié)構(gòu)膠的失效；在ETW條件下，試樣經(jīng)濕熱處理，夾層板S3 和S4 的平拉強(qiáng)度分別降低58.5%和49%，原因可能是水分子對玻璃纖維復(fù)合材料面板與發(fā)泡膠膠接面產(chǎn)生較大破壞，試樣的失效模式也說明夾層板的膠接界面出現(xiàn)弱化。

2.2 夾層板的平壓強(qiáng)度分析

復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)的平壓試驗(yàn)主要是考察夾層結(jié)構(gòu)芯層在平壓狀態(tài)下的承載能力。4 種夾層板在4 種試驗(yàn)環(huán)境條件下的平壓強(qiáng)度測試結(jié)果如圖3所示。

圖3 4 種試驗(yàn)環(huán)境條件下夾層板的平壓強(qiáng)度

由圖3 可知，夾層板S1 和S2 在RTD 條件下的平壓強(qiáng)度分別為1.85 MPa 和1.96 MPa，且試驗(yàn)過程中二者的破壞模式均為芳綸紙蜂窩壓潰破壞，證明膠膜對夾層結(jié)構(gòu)的平壓性能無明顯影響[15]；夾層板S1 和S2 在CTD 和ETD 條件下的平壓強(qiáng)度無明顯變化，說明其平壓強(qiáng)度受溫度影響不明顯；在ETW 條件下，夾層板S1 和S2 的平壓強(qiáng)度相比RTD 條件下分別降低38.9%和42.9%，原因可能是濕熱處理后蜂窩芯的承載能力降低，容易發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。平壓試驗(yàn)過程中，夾層板S3 和S4 的破壞模式均為芯層壓縮屈服破壞，在RTD 條件下，夾層板S3 和S4 的平壓強(qiáng)度相較于S1 和S2 大幅度提高，最大提高6 倍以上，這是因?yàn)樘畛浒l(fā)泡膠后，芳綸紙蜂窩結(jié)構(gòu)被發(fā)泡膠固定，發(fā)泡膠固化后自身強(qiáng)度較高，可以防止芳綸紙蜂窩壁在壓縮載荷作用下過早失穩(wěn)。相較于RTD 條件下夾層板S3 和S4 的平壓強(qiáng)度，在ETD 條件下，試樣經(jīng)濕熱處理，夾層板S3和S4 的平壓強(qiáng)度均下降39.2%，說明其平壓強(qiáng)度受溫度影響大，原因可能是隨著溫度增加，接近發(fā)泡膠玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，樹脂自身強(qiáng)度下降，其傳遞壓縮應(yīng)力的能力下降。濕熱處理后，水分對發(fā)泡膠的增塑作用和對發(fā)泡膠與芳綸紙蜂窩芯界面處的破壞作用，也會降低發(fā)泡膠傳遞壓縮應(yīng)力的能力，導(dǎo)致平壓強(qiáng)度進(jìn)一步下降。

2.3 夾層板剪切強(qiáng)度分析

復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)的剪切試驗(yàn)主要是考察夾層結(jié)構(gòu)的剪切強(qiáng)度和破壞形式，以此評估芯層抵抗剪切載荷的能力以及復(fù)合材料面板與Nomex 蜂窩芯、膠膜和發(fā)泡膠之間的匹配性。4 種夾層板在4種試驗(yàn)環(huán)境條件下的剪切強(qiáng)度測試結(jié)果如圖4 所示。

圖4 4 種試驗(yàn)環(huán)境條件下夾層板的剪切強(qiáng)度

由圖4 可以看出，在RTD 條件下，夾層板S1和S2 的剪切強(qiáng)度無明顯差別，且在CTD 和ETD 條件下，其剪切強(qiáng)度變化較??；在ETW 條件下，相比RTD 條件下夾層板S1 和S2 的剪切強(qiáng)度，S1 和S2的剪切強(qiáng)度降低28.7%和55.0%，證明濕熱環(huán)境對夾層結(jié)構(gòu)剪切性能的影響顯著，原因可能是濕熱環(huán)境下夾層板面板與芳綸紙蜂窩芯之間的膠膜粘接性能退化。此外，在RTD 條件下，填充發(fā)泡膠的夾層板S3 和S4 的剪切強(qiáng)度相較于夾層板S1 和S2 分別提高1.5 倍和1 倍，證明芳綸紙蜂窩格填充發(fā)泡膠可有效提高夾層板的剪切強(qiáng)度，原因是發(fā)泡膠可以傳遞不同芳綸紙芳綸蜂窩單元間的剪應(yīng)力，使多個(gè)蜂窩單元同時(shí)承載。在CTD 和ETD 條件下，夾層板S3 和S4 的剪切強(qiáng)度無明顯變化，說明溫度對其剪切強(qiáng)度影響較小。在ETW 條件下，試樣經(jīng)濕熱處理，夾層板S3 和S4 的剪切強(qiáng)度相比RTD 條件分別降低47.7%和18.1%，濕熱環(huán)境下J-47D2 發(fā)泡膠自身強(qiáng)度下降及環(huán)氧樹脂膠膜粘接性能的衰減均會導(dǎo)致夾層結(jié)構(gòu)剪切強(qiáng)度下降。

剪切試驗(yàn)中，夾層板S1 和S2 在4 種測試條件下的失效模式均為蜂窩芯剪切破壞，填充發(fā)泡膠的夾層板S3 和S4 在4 種測試條件下均為蜂窩芯與面板膠接處破壞，具體破壞狀態(tài)如圖5 所示。

圖5 剪切試驗(yàn)試樣的破壞模式

2.4 夾層板側(cè)壓強(qiáng)度分析

復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)的側(cè)壓試驗(yàn)主要是考察夾層結(jié)構(gòu)抵抗側(cè)向壓縮載荷的能力，以此評估夾層結(jié)構(gòu)抵抗側(cè)向壓縮載荷的能力以及復(fù)合材料面板與Nomex 蜂窩芯、膠膜和發(fā)泡膠之間的匹配性。4 種夾層板在4 種試驗(yàn)環(huán)境條件下的側(cè)壓強(qiáng)度測試結(jié)果如圖6 所示。

圖6 4 種試驗(yàn)環(huán)境條件下夾層板的側(cè)壓強(qiáng)度

由圖6 可以看出，在CTD 條件下，夾層板S1 和S2 的側(cè)壓強(qiáng)度相比RTD 條件下分別提升114.2%和86.3%，這可能是由于高分子聚合物在低溫環(huán)境作用下，樹脂基體收縮，分子間距變小，面板中的樹脂和玻璃纖維的結(jié)合度提升，其抵抗側(cè)向壓縮載荷的能力增強(qiáng)。而在ETW 條件下，試樣經(jīng)濕熱處理，夾層板S1 和S2 的側(cè)壓強(qiáng)度相比RTD 條件下均顯著下降，分別降低39.9%和51.9%，原因可能是高溫高濕環(huán)境降低了樹脂基體的強(qiáng)度，一定程度上破壞了樹脂與纖維之間的界面，水分子進(jìn)入樹脂基體后通過溶脹作用使基體發(fā)生增塑，使樹脂對玻璃纖維的束縛能力和傳遞應(yīng)力的能力下降[16]。填充發(fā)泡膠后，夾層板S3 和S4 在RTD 條件下的側(cè)壓強(qiáng)度相比未填充發(fā)泡膠時(shí)分別提升171.5%和128.6%，原因是填充發(fā)泡膠后，夾層板面板和發(fā)泡膠共同承擔(dān)側(cè)向壓縮載荷。在ETD 條件下，隨著溫度升高，樹脂自身強(qiáng)度下降，發(fā)泡膠傳遞側(cè)向載荷的能力下降，導(dǎo)致夾層板S3 和S4 的側(cè)壓強(qiáng)度相比RTD 條件下分別下降23.8%和28.6%。在ETW 條件下，試樣經(jīng)濕熱處理，水分對發(fā)泡膠的增塑作用和對發(fā)泡膠與蜂窩芯界面處的破壞，導(dǎo)致夾層板S3 和S4 的側(cè)壓強(qiáng)度進(jìn)一步下降。

在側(cè)向壓縮試驗(yàn)中，夾層板S1 和S2 主要由上、下兩側(cè)面板承載，蜂窩芯側(cè)向無承載能力，因此試樣在4 種測試條件下的破壞模式均為端部面板壓縮破壞；填充發(fā)泡膠的夾層板S3 和S4 在4 種測試條件下的破壞模式均為面板非端部的橫向斷裂，芯層并無無明顯破壞，具體破壞狀態(tài)如圖7 所示。

圖7 側(cè)壓試驗(yàn)試樣破壞模式

2.5 夾層板彎曲性能分析

復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)的彎曲試驗(yàn)主要是考察夾層結(jié)構(gòu)的芯層剪切強(qiáng)度和彎曲剛度，以此評估夾層結(jié)構(gòu)抵抗彎曲形變的能力以及芯層的抗剪切能力。4 種夾層板在4 種試驗(yàn)環(huán)境條件下的彎曲剛度和芯層剪切應(yīng)力測試結(jié)果如圖8、圖9 所示。

圖8 4 種試驗(yàn)環(huán)境條件下夾層板的彎曲剛度

圖9 4 種試驗(yàn)環(huán)境條件下夾層板的芯層剪切強(qiáng)度

由圖8、圖9 可知，在RTD 條件下，夾層板S1和S2 的芯層剪切強(qiáng)度和彎曲剛度基本一致，證明膠膜對夾層結(jié)構(gòu)的彎曲性能無明顯影響。在ETD 條件下，夾層板S1 和S2 的彎曲剛度相比RTD 條件下分別下降23.3%和27.8%，芯層剪切強(qiáng)度分別下降19.4%和12.9%；而在ETW 條件下，試樣經(jīng)濕熱處理，夾層板的彎曲剛度和芯層剪切強(qiáng)度進(jìn)一步降低，夾層板S1 和S2 的彎曲剛度相比RTD 條件下則分別下降31.5%和36.8%，芯層剪切強(qiáng)度分別下降33.0%和40.9%，證明高溫和濕熱環(huán)境對Nomex 蜂窩夾層結(jié)構(gòu)彎曲性能的影響較大[17]。填充發(fā)泡膠后，夾層結(jié)構(gòu)面板、蜂窩芯和發(fā)泡膠共同承擔(dān)彎曲載荷，因此，在RTD 條件下，相比夾層板S1 和S2 的彎曲剛度，S3 和S4 的彎曲剛度分別提升了26.0%和17.2%，芯層剪切強(qiáng)度更是提高了1 倍以上。在ETD 條件下，發(fā)泡膠發(fā)生軟化，傳遞應(yīng)力的能力下降，相比RTD 條件下夾層板S1 和S2 的彎曲剛度和芯層剪切強(qiáng)度，夾層板S3 和S4 的彎曲剛度分別降低13.8%和11.8%，芯層剪切強(qiáng)度分別下降29.9%和43.0%；另外，在ETW 條件下，濕熱環(huán)境中的水汽對發(fā)泡膠的增塑作用會導(dǎo)致夾層板的芯層剪切應(yīng)力和彎曲剛度進(jìn)一步降低。

在彎曲試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，夾層板S1 和S2 在彎曲載荷下均出現(xiàn)加載處面板斷裂并與蜂窩芯分離，為典型蜂窩芯剪切破壞，而填充發(fā)泡膠的夾層板S3和S4 在加載處面板斷裂，芯層無明顯破壞。

3 結(jié)論

通過制備4 種夾層板，開展了膠膜、發(fā)泡膠等配套材料與國產(chǎn)環(huán)氧樹脂基玻璃纖維復(fù)合材料預(yù)浸料的相容性試驗(yàn)，并研究其在RTD，CTD，ETD 和ETW 試驗(yàn)環(huán)境條件下的力學(xué)性能，得出以下結(jié)論：

(1)夾層板S1 和S2 的平拉強(qiáng)度、平壓強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、側(cè)壓強(qiáng)度和彎曲性能在4 種環(huán)境狀態(tài)下均無明顯區(qū)別，證明J-95 膜狀結(jié)構(gòu)膠和SY-24C 膠膜與SW100A/AC319 預(yù)浸料均具有良好的相容性。

(2)在ETD 條件下，夾層板S1 和S2 的平壓強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度和彎曲性能呈現(xiàn)下降趨勢；在ETW 條件下，夾層板的各項(xiàng)力學(xué)性能進(jìn)一步降低。

(3)相較于夾層板S1 和S2，夾層板S3 和S4 的各項(xiàng)力學(xué)性能均顯著提升，說明Nomex 蜂窩格內(nèi)填充J-47D2 發(fā)泡膠可有效提升夾層板的力學(xué)性能。在ETD 條件下，J-47D2 發(fā)泡膠自身強(qiáng)度下降、J-95膜狀結(jié)構(gòu)膠和SY-24C 膠膜粘接性能衰退等原因?qū)е聤A層板的各項(xiàng)力學(xué)性能有不同程度降低；在ETW條件下，試樣經(jīng)濕熱處理，水汽對發(fā)泡膠產(chǎn)生增塑作用，降低了發(fā)泡膠傳遞應(yīng)力的能力，導(dǎo)致夾層板的力學(xué)性能進(jìn)一步下降。