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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石小富

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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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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。、、

\~

( ) E 1:板外壁有 5处空洞及脱层， 1 D .胶顶最大尺寸为 0 4 2 0mm,内蒙皮局部发生永久性变形

二 j| _ l0 2 o 4 o5 07 .4 .0 .6 .2

(拱)起。方舱其余大板有几处小空洞及脱层；( )F -胶：板内壁有 2处空洞及脱层， 2 R1顶尺

胶粘剂厚度 (l n m)

寸为 mm、 0mm,置在一角部。方舱其余各 03位板内外无空洞及脱层； ( )F -:板外壁有 1处空洞及脱层， 3 R 2胶顶尺

图 1胶层厚度对胶接强度的影响

据资料介绍，国方舱制造厂商一致认为：美胶层厚度应控制在 0 1 0 1 m范围之内。 .0— . 8m 由于胶层太薄容易缺胶，常规手工刮胶涂胶而

寸为 0 0 2 mm,置在一中间。方舱其余各板内外位无空洞及脱层； ( )C 1 D -、 P8胶：舱大板无空洞 4 H.、 E2 E -0 4方及脱层。

量较多，间较长，样既影响了胶接强度的提高，时这 还增加了成本。而操作时间过长会造成胶的粘度不断变稠，一步增加用胶量。改进了施胶工艺，进 采用自动施胶机涂胶是控制胶层和提高胶接质量的较好办法。其主要优点为： ( )设备的数控系统可确保配胶比例计量准 1确无误。

综合以上四项试验结果表明：H.、 E2 E - C 1 D -、 P

84 3 0等种胶粘剂的对比性能较好，可满足大板工艺要求；R.、R2胶的高温性能稍差，宜作为 F 1F -不适顶板用胶，其他大板可有选择使用； E 1胶的对对 D一比性能较差，满足大板工艺要求。不3 2胶粘工艺 .

( )在复杂大板表面可均匀淋胶粘剂， 2速度快，可减少泡沫的吸胶量，而进一步降低用胶量。采用从

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自动施胶机较人工刮胶可节省用量 3%~ 5。 0 4% ( )自动施胶机可提高施胶速度 5倍以上。 3 ( )使用施胶机可实现混胶出胶一体，需人 4无

续加工。该设备可对方舱大板进行周边加工和中 间

任意部位开孔口，有操作均为程序控制，所可代替目前的手工方式，有助于提高舱体拼接精度，并 减少舱体拼装时间。3 3聚氨酯泡沫芯材加工工艺 .

工周转，少污染，减改善作业环境。3 2. . 3固化

胶粘剂的固化与温度、力和时间三个因素压有关。

聚氨酯泡沫芯材首先在固定的磨具内发制而

成，并经高温进一步固化，后按图纸要求将发好然泡沫板切开成型加工至尺寸。除了对原材料进货质量进行严格检测外，要注意两点：是芯材的需一

大板的制造目前国内外方舱专业厂家大多采

用粘接层压工艺。而粘接工艺通常有真空常温层压和热压固化两种方式，两种方式各有优缺点，这 在生产过程工艺参数控制规范的情况下均能确保大板质量。

熟化处理。聚氨酯泡沫塑料的熟化程度直接关系到尺寸稳定性。理论上讲聚氨酯泡沫塑料采用露天自然熟化方式，周期长达半年。较快的方法是其室内加热熟化，期为 7天，热温度为 5 7℃。周加 0~ 0 经熟化后的聚氨酯泡沫塑料按 IO 2 9 S 7 6标准检测， 其尺寸稳定性 ( 0 1 0℃,8h小于 1,测合格的 4 )%检

真空常温层压工艺是采用真空泵抽真空后对大板形成负压，真空压力可高达 9 0m a。大板胶 5 br接适宜使用聚氨酯胶粘剂，固化时间长达 3~ 4h以上。因聚氨酯胶受环境温度和湿度的影响较大，温度越低固化时间越长，度越大胶吸湿后胶的剪切湿

泡沫塑料能有效防止因尺寸变化造成的大板脱层和空洞。为确保质量，泡沫塑料供应商提供的熟对化程度不够的原材料应进一步熟化，式以加温熟方化为宜。二是芯材加工精度的控制。采用粘结成型工艺需要解决好聚氨酯泡沫芯材的加工公差。 传统的方法是采用带锯剖开泡沫成型，度较低，精 这样容易造成大板表面不平整，与铝框架等结构配

和剥离强度越低，控制施工场地的温度、度对故湿工艺稳定十分重要。 热压固化工艺使用热压机设备制造大板。该设备为框架结构型热压机，框架之间设置提升油

在缸和加压油缸，作台面可以通过热油加热，板工大固化时加热温度最高可至 10C,大压盘压强达 3￣最

装后高低不平，至产生空隙，终导致大板脱层甚最和空洞现象的发生。要精确控制聚氨酯泡沫芯材公差，可采用冷线锯加工，采用数控编程操作加它工，寸公差在± . 5尺 0 2以内。 mm

2/ m。因对大板进行了加温，固化时间可控 0N c 故制在 1 右，产效率较高。由于加温使胶液流 h左生动均匀，液可浸润于聚氨酯泡沫中，量更好。胶质 热压工艺大多采用环氧胶粘剂制板，氧胶的拉伸环剪切强度和剥离强度明显优于聚氨酯胶，特别是环

4大板的质量分析导致方舱大板产生质量问题的因素很多，主其要原因是设计不合理、制造不当、乏质量控制、缺环境和气候的影响以及运输不当等。质量控制包括三个重要方面：原材料进货进行质量检查及控对制、序检查及控制以及性能检查及测试。工 方舱大板的质量不合格主要表现形式为空洞

氧胶具有出色的高温性能。但环氧胶与聚氨酯胶相比低温性能较差，低温下后者更具有韧性。另在外聚氨酯胶的综合性价比较高。在大板制作中应根据产品的特点和方舱使用环境要求选择不同的

工艺方法，保方舱的质量。确3 2 4固化后的处理 ..

大板粘接完成后，要打磨以去掉多余的胶粘需剂，图纸在板上开孔口和周边加工。目前该工序按

和脱层。空洞和脱层可能是由于板在制作时使用的加工方法不当，在制造完成后由于操作引起或的。具体的原因包括：

通常依靠往复锯和切割机手工加工，响质量和效影率，板的一致性也得不到保证。固化后处理不大好，清整、磨、割等都有可能损坏粘接区而导如打切

( )质量控制不严 1胶胶粘剂的进货质量不合格，使用时材料已过或

致脱层，板上手工开孑等操作不好也会引起麻 在 L烦，未完全固化的大板上操作或进行搬运也将造在成损坏。

质保期或失效。 ( )蒙皮的表面处理不好 2蒙皮的表面前处理不好，皮清洗不

干净，蒙表面有残留的污物或油脂，学氧化处理不充分。蒙化

国外普遍使用龙门式数控铣床进行大板的后

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皮化学氧化后存贮时间过长或存贮点不干净，已清使洁和氧化好的表面质量降低，即使场地干净，过氧经化后的蒙皮如不及时使用，面上将形成氧化层。表( )聚氨酯泡沫芯材熟化不够 3

现，因此应监督工艺规范的执行，工作介质的周期检

定，工作环境条件的保证，人员的资格认定，工作工作现场的规范化管理以及做好原始记录的收集等。

未经熟化或熟化不充分的泡沫芯材其尺寸稳定性差。在芯材加工后，尺寸会发生不规律的变化，变化的芯材会出现局部应力点而导致大板脱层。

5结束语随着科学技术的不断发展，舱制造技术也在方

不停的进步，时军民方对方舱的要求也越来越同高，因此，方舱大板制造工艺也就不断提出新的对要求。尽管我们经过 2 0多年的探索和努力，成形了一套比较完整的方舱大板制造工艺技术，与国但

( )粘接固化不好 4胶接固化不好主要指：的配比不对，搅拌胶或不匀；胶时间已大于胶的开放时间，施粘度太大，不

能浸润粘合表面；压力过低和固化时间不够等， 以上这些都有可能引起脱层。( )构件的加工误差 5结

际先进水准还有较大差距，应在工作中不断摸索还缩小差距。 参考文献：[]邵洽良泽 .地面电子设备方舱当前工艺水平分析. 1 20 0 2年机械加工技术学术年会论文集.嘉兴：中国电子科技集团公司第三十六研究所，0 2 20 . []美国空间材料规范A 3 1A轻型可移动式舱室夹芯 2 MS9 1板的制造.方舱技术，97, 1 . 19 ( ) []马天信.方舱大板成型工艺的探方舱技术， 9,1. 3 1 8 () 9 []国营第七 0五厂.S 0 0 - 19 4 J 50 9 5方舱大板通用规范. 2北京：中华人民共和国电子工业部，9 5 19 .

结构件的尺寸不正确。例如芯材的厚度不对

时，板在粘合后会出现局部应力点而导致脱层。对于方舱大板，由于蒙皮、隔热条、铝型材、泡沫以及埋铁都有制造公差，如配合不好，也会促进脱层的发展。

( )固化后处

置不当 6

固化后处理不好，除胶、如打磨、边、孑等修开 L都有可能损坏粘接区。由于生产计划过紧在未完

全固化好的板上操作或进行搬运都将造成损坏，例如在大板未完全固化前应杜绝使用真空吸盘吊运。( )高低温极值及日照荷载 7金属和泡沫芯材在冷热极值下的收缩和膨胀有可能造起脱层。由于各种材料的膨胀系数不同，

[]D R. sisJ C M ke n 5 . A kn,. . c i ma .方舱粘结剂 .方舱技术，19,2 94 ( )

[]徐灏 .机械设计手册 ( 3卷 ) 6第 .北京：械工业出版机社，9 1 19 .

[]中国人民解放军总后军事交通运输研究所 . 7 G B29 J 0 3— 9 4军用方舱通用试验方法 .北京：国防科学技术工艺委员会，9 4 19 .

所产生的局部应力将使胶或芯材损坏。采用大板式的方舱结构，完全避免大板的脱要层和空洞是困难的，而造成脱层和空洞的原因是多

方面的，甚至是多种原因的综合，任何形式的脱但层和空洞对大板来说都是严重的。由于大板的制造过程为特殊过程，它所形成的质量特性取决于生

作者简介：

许自力， (95一)高级工程师，要从事方舱、男 16,主机柜、可搬移制造技术的研究工作。

产过程中工艺参数的严格控制，因此要求大板制造工序必须执行专门的质量控制程序，验人员对该检工序的基本生产条件进行监督，保其处于受控状 确态。特殊工艺所形成的质量特性往往直观不易发

石小富， 17男(99一)助理工程师，,主要从事理化工艺研究工作。

杨燕， (92,女 18一)助理工程师，主要从事理化工艺研究工作。

《现代电子工程》内容简介《现代电子工程》以大型电子信息系统工程及各相关技术为主要内容，包括系统体系结构和总体设计技术，系统硬、软件设计和工程实现技术，涵盖多门类支持学科和技术领域，运筹学、息融合、并如信决策支持、人工智能、网络与通信、图形与地理信息系统、雷达终端、艺结构、工软件设计与测试、据库、数建模与仿真以及系统集成技术等，围涉及指挥自动化系统、中交通管理系

统及其他民用电子信息系统。欢迎广大科技范空人员投稿。来稿不得涉及国家和军队的秘密，作者在投稿前自行脱密。请

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