国产对位芳纶纸蜂窝的研究

国产对位芳纶纸蜂窝的研究穆举杰，刘玉（苏州芳磊蜂窝复合材料有限公司，江苏苏州215151）摘要：用国产对位芳纶纸制造AC-KH蜂窝，并测试其力学性能及介电性能测试。结果表明，用国产对位芳纶纸制造的AC-KH蜂窝具有优异的力学性能，而且，AC-KH蜂窝的介电常数和介电损耗值都非常低，通过合适的结构设计和电磁设计，可以满足特殊领域对材料承载和隐身性能的要求。关键词：国产对位芳纶纸蜂窝力学性能介电性能Studyonthepropertiesofpara-aramidpaperhoneycombcoreMUJujie,LIUYu（AramicoreCompositeCo.,Ltd,Suzhou215151,China）Abstract:AC-KHhoneycombwasmadebydomesticpara-aramidpapermanufacturingtesteditsmechanicalpropertiesanddielectricproperties.TheresultsshowthatthemechanicalpropertiesofAC-KHhoneycombareexcellent.ThedielectricconstantanddielectriclossofAC-KHhoneycombareverylow.Byappropriatestructuralandelectromagneticdesign,tomeetthespecialareasformaterialsupportandstealthperformancerequirementsKeywords:domesticpara-aramidpaper;honeycomb;mechanicalproperties;dielectricproperties芳纶纸蜂窝以夹层结构形式正逐渐为不同的领域所接受。目前，芳纶纸蜂窝的原料纸主要有间位芳纶纸和对位芳纶纸。与间位芳纶纸相比，对位芳纶纸在比强度、比模量、耐湿热、介电性能等方面都具有明显优势。制成的对位芳纶纸蜂窝的综合性能也有显著提高，可以在环境更为苛刻、减重要求更高的领域使用。国外的对位芳纶纸及其蜂窝对中国实行技术壁垒，不过，近年来国内已有数家公司及科研院校正在进行对位芳纶纸（即1414芳纶纸）的研制与生产，部分公司已经实现对位芳纶纸的商品化，逐渐满足蜂窝用料的需求[1~3]。随着国产对位芳纶纸生产技术的越来越成熟，国产对位芳纶纸蜂窝也逐步从研发走向航空航天等应用领域。凭借地理优势及价格优势，国产对位芳纶纸蜂窝以更好的耐湿热，更高的强度及模量等优良性能，将会在航空航天领域有更广阔的发展空间。但由于原料及技术手段等制约因素，我国对位芳纶纸的生产稳定性及产品质量还有待提高。苏州芳磊蜂窝复合材料有限公司自成立之初就致力于国产芳纶纸蜂窝的研制生产，经过几年的技术积累，结合国产芳纶纸自身特性，更新生产技术，生产的国产芳纶纸蜂窝的性能已经能够达到同行业领先水平，本文就苏州芳磊蜂窝复合材料有限公司生产的国产对位芳纶纸蜂窝（AC-KH蜂窝）进行介绍，旨在推动对位芳纶纸蜂窝的国产化进程，加速我国新兴材料产业发展。1原材料及方法1.1原材料表1是原材料信息。表1原材料信息材料牌号生产商国产芳纶纸蜂窝AC-KH苏州芳磊蜂窝复合材料有限公司1.2材料制备图1为苏州芳磊蜂窝复合材料有限公司的AC-KH蜂窝的生产流程图。按照该流程图生产孔格边长分别为1.83mm、2.75mm，密度分别为40kg/m3、48kg/m3、56kg/m3、64kg/m3的近似正六边形的AC-KH蜂窝。将蜂窝块进行片切、裁割得到标准要求尺寸的蜂窝芯，在常温下测试其中几种规格蜂窝的抗压缩强度、抗剪切强度及模量和介电性能等。图1对位芳纶纸蜂窝芯制备流程图1.3性能测试（1）按照GB/T1453《非金属夹层结构或芯子平压试验方法》进行常温下蜂窝抗压缩性能的测试，设备为万能力学试验机。（2）按照GB/T1455《夹层结构或芯子剪切性能试验方法》进行常温下蜂窝抗剪切性能的测试，设备为万能力学试验机。（3）按照GB/T5597-1999《固体电介质微波复介电常数的测试方法》进行蜂窝介电性能的测试，设备为HP870C矢量网络分析仪，自制X波段谐振腔。2结果与讨论2.1国产对位芳纶纸的物理性能图2为对位芳纶的分子式，如图所示，对位芳纶属于高结晶材料，苯环与酰胺基团形成共轭双键，分子链节具有很高的内旋转位能，分子总试图保持平面刚性伸直链构像，具有很高的拉伸强度和拉伸模量。所以对位芳纶纤维的力学性能优于间位芳纶纤维。在相近的运行温度下，对位芳纶纤维的强度和模量是间位芳纶纤维的3～7倍。用对位芳纶纤维造纸，使芳纶纸的性能大大提高，因此，对位芳纶纸蜂窝力学性能、介电性能、耐湿热等方面优于间位芳纶纸蜂窝[2～5]。图2对位芳纶分子式表2为厚度均为2mil的芳纶纸性能对比。由表可以看出，国产芳纶纸的性能数据均高于美国杜邦的航空级间位芳纶纸T412的指标值，说明国产芳纶纸技术水平已经可以和世界水平相媲美。同时可以看出，国产对位芳纶纸的性能高于间位芳纶纸，这与上面提到的对位芳纶纤维分子的结构有关。由于生产工艺的不同，国产芳纶纸的横纵向性能的差距小于T412芳纶纸横纵向性能的差距。涂胶固化浸胶定型叠合片切热压拉伸芯条胶对位芳纶纸表2厚度为2mil的不同芳纶纸性能纸的类型厚度/mil克重/g/m2抗张强度/kN·m-1断裂伸长率/%纵向横向纵向横向国产对位芳纶纸2435.553.728.597.16国产间位芳纶纸2444.481.417.126.42T412指标值2/≥3.621.22≥6.1≥3.52.2AC-KH蜂窝外观图3为AC-KH蜂窝片切后的照片，由照片可以看出，片切后的AC-KH蜂窝的断面较毛，这是因为对位芳纶纤维的柔韧性好，强度高，在片切时不易将纤维切断。事实证明，蜂窝断面适当的毛有利于夹层结构制备时蜂窝与面板材料的更好的粘接。图3对位芳纶纸蜂窝2.3基本力学性能表2为室温下部分规格AC-KH蜂窝的基本力学性能。由表可以看出，AC-KH蜂窝具有较高的比强度和比模量。由于芳纶纸的各向异性及蜂窝结构的原因，AC-KH蜂窝具有各向异性，L向剪切强度和模量高于W向，因此，在蜂窝使用过程中应注意其方向性。表2室温下部分规格的AC-KH蜂窝的基本力学性能蜂窝牌号格孔边长/mm密度/kg/m3平面压缩强度/MPa平面剪切非稳定型稳定型L向W向强度/MPa模量/MPa强度/MPa模量/MPaAC-KH1.83401.381.521.11850.62391.83482.052.181.451240.80551.83643.603.902.051651.081082.75401.311.451.11920.59342.75482.102.261.481210.84642.4介电性能表3为部分规格AC-KH蜂窝介电性能，由表可见，国产对位芳纶纸蜂窝的介电常数和介质损耗的值都较低。影响材料电磁波透过率的材料本身因素是材料的介电常数ε和介电损耗因数tgδ。在高频电（磁）场下，介电常数和介电损耗越小，电磁波的透过率就越大。因此，国产对位芳纶纸蜂窝可以在减重的基础上通过蜂窝夹层的结构设计和电磁设计，同时具有承载和吸波（或透波）双重功能，实现理想的吸波和承载性能[5,6]。表3部分规格AC-KH蜂窝芯材介电性能蜂窝型号介电常数/ε介电损耗/tgδAC-KH-2.75-481.0600.0027AC-KH-2.75-561.0630.0035AC-KH-2.75-641.0680.00403结论（1）国产对位芳纶纸基本性能均高于T412的指标值，说明国产对位芳纶的生产工艺已经趋于成熟，但国产对位芳纶纸的物理性能及其稳定性还需进一步提高。（2）由国产对位芳纶纸制成的AC-KH蜂窝具有优异的力学性能，在使用过程中应注意其各向异性。（3）由国产对位芳纶纸制成的AC-KH蜂窝芯的介电性能和介电损耗值都非常低，通过合适的结构设计和电磁设计，可以满足特殊领域对材料承载和隐身性能的要求。参考文献：[1]TomBitzer.HoneycombTechnology[M].London：CHAPMAN&HALL，1997：1-36.[2]李金宝，张美云，吴养育.对位芳纶纤维结构形态及造纸性能[J].中国造纸，2004，23（10）：54-57.[3]王曙光.对位芳纶浆粕及其绝缘纸的生产和应用[J].绝缘材料，2005，(2)：19-22.[4]ChoonChiangFOO，GinBoayChai，LeongKeeySeah.MechanicalproperitiesofNomexmaterialandNomexhoneycombstructure[J].CompositeStructures，2007，（80）：588-594.[5]周诗文，陈文钦.吸波材料的电磁损耗及其制备的探讨[J].化学工程与装备，2008，（3）：54-56.[6]魏伯荣，狄西岩，朱光明.频率对蜂窝夹层复合材料电磁波透过率的影响[J].绝缘材料，2001，（3）：42-44.