摘要：由于铝蜂窝夹层板结构具有强度高、质量轻、成本低、隔热、隔音以及吸能强等优点，它在航空航天、船舶、汽车、建筑等诸多领域都有广泛的应用。其中，铝蜂窝夹层板主要通过蒙皮和蜂窝芯的压缩变形，将冲击能量以夹层板变形、损伤和内能的形式耗散，从而达到吸能的目的。铝蜂窝正交结构件由底板和隔板组成，均采用金属铝箔制成六角形蜂巢。底板、隔板均由上下两块铝质面板与铝蜂窝胶接而成。隔板与底板的结构采用工字梁原理，能够保证在足够的承载能力下，将自身的重量减轻，还可以分散承担来自各方的压力。铝蜂窝正交结构件采用相互正交胶接形式，不仅使构件的整体力学性能得到进一步提高，而且正交通道可提供足够的空间。
关键词：铝蜂窝夹层；结构；正交
铝蜂窝正交结构件具有质轻、低热膨胀系数、高的强度和刚度、隔音、隔热、防潮、密封性好等优异的综合性能，广泛应用于高科技领域(如卫星及其他航天飞行器中电子元器件的承载平台)，其隔板之间的大空间尤其适用于其他高敏元器件的平台，如宇宙飞船的热防护层是以金属和非金属蜂窝结构为骨架的，通信卫星的通信舱板、服务舱板等都是用先进复合材料面板一铝蜂窝芯制成的。此外，铝蜂窝正交结构板在航空、航天、建筑、汽车等领域也有广阔的应用前景。
一、铝蜂窝夹层结构
铝蜂窝芯材主要由铝箔以不同的胶接方式胶接，通过拉伸而制成不同规格的蜂窝，芯材的性能主要通过铝箔的厚度和孔格大小来控制，再将铝蜂窝芯材和不同的蒙皮材料复合，形成铝蜂窝夹层结构复合材料。铝蜂窝夹层结构复合材料具有较高的力学性能，其芯材铝蜂窝的制造成本也相对较低。但铝蜂窝夹层结构复合材料在某些环境中使用时易腐蚀，在受到冲击后，铝蜂窝芯材会发生永久变形，使蜂窝芯材与蒙皮发生分离，导致材料的性能降低。铝蜂窝夹层结构的大面积粘接成型一直是夹层结构批量生产的难题，为此，对铝蜂窝和面板进行了磷酸阳极化，并在固化过程中对铝蜂窝夹层结构复合材料进行真空袋加压，试验所得铝蜂窝夹层结构复合材料具有较好的性能。将铝蜂窝材料和聚苯乙烯泡沫材料设计为摩托车头盔内衬，用于吸收冲击能量，研究压缩载荷作用下铝蜂窝和泡沫之间的相互作用。
二、试验
1、试验设备及材料。制作铝蜂窝正交结构件的相关缩比件、试验件以及测试试验所用材料包括LYl2cz铝板、J-95／J一96胶膜、LWP发泡胶、铝蜂窝、J一133B胶粘剂、真空袋、A4000、腻子及透气毡等，试验所用设备为烘箱，力学性能测试采用电子万能试验机。
2、铝蜂窝夹层板的制备。铝板经过阳极化处理后，先涂刷J一96抑制腐蚀底胶，后贴J一95胶膜；其次再把加工好的铝蜂窝作为板芯，和上面铺好胶膜的铝板胶接固化成铝蜂窝夹层板。
三、试验结果与讨论
1、铝蜂窝正交结构的结构形式。铝蜂窝正交结构夹层板的结构组成，铝蜂窝正交结构夹层板由底板与隔板经胶接而成，隔板又由上下铝板与中间的蜂窝胶接而成。
2、铝蜂窝正交结构板胶接性能的影响因素
（1）胶膜。由于粘接的面积较大，用溶剂型胶粘剂较为不便，且由于夹层芯为蜂窝结构，胶液不具备操作性，而胶膜在固化过程中挥发量少，胶层致密，可作为蜂窝与金属蒙皮的理想粘接物。一般高韧性胶膜的厚度对剪切强度影响不大，主要影响剥离强度。在一定范围内厚的胶膜剥离强度高，但在大面积胶接中采用的胶膜不宜过厚，胶膜厚度一般为0.25-0.35mm；相反，韧性差的胶膜越厚则剥离强度与剪切强度越差。经比较选用J一95与J一96底胶配套使用的胶膜作为该结构所用胶膜。
（2）铝合金面板阳极化。铝合金面板表面处理是整个胶接过程中最重要的工序之一，也是胶接成功与否的关键之一，同时胶接又是制造过程中的最重要的环节之一。由于胶接主要借助于胶膜对胶接材料表面的粘附作用，因此铝合金的表面处理就成为决定胶接面强度和耐久性的主要因素。由于铝合金属于易氧化的金属合金，表面会形成很厚的一层氧化物，且在一系列加工、运输、贮存过程中易形成锈迹或沾附油污、吸附物及其他杂质而影响胶接强度。对铝合金面板而言，磷酸阳极化处理可以使其满足胶接强度的条件：胶粘剂可以完全浸润铝合金面板的表面；铝合金面板表面的接触角可以小到为00。经过阳极化处理后可以认为，此时铝表面上所覆盖的憎水性污染物已被具有较高表面自由能的吸附层取代，同时接触角最小，胶接强度也最高。
（3）铝蜂窝夹层板(底板和隔板)的胶接与固化。铝蜂窝夹层板面板同样必须经过磷酸阳极化处理，然后在阳极化后8h内涂覆底胶，同时铺叠胶膜，若胶膜粘接不上可用热吹风机吹热风片刻，如有气泡必须排除干净，以保证胶膜和底板面板紧贴；胶膜之间允许拼接，接缝容差为0～2mm。铝蜂窝夹层板与模具之间通过A4000隔离，便于起模，由于面板上往往有其他元件的安装孔，故加压时要给予保护，且要用A4000隔离，防止异物粘接在面板上。固化后模具温度尽可能降低，降温时最好能控制降温速率，同时要保持真空状态，防止冷缩变形而造成表面质量问题。
3、试验件的测试及分析
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表给出了大量正交胶接试验件的剥离强度值统计。试验件剥离强度从4．5MPa(设计方提出指标)开始，以1MPa的尺度统计分布关系。从表中可以看出，在159个试验依胶接面积40minxl2．1m曲当中，只有试验件因装夹有误而造成其剥离强度略低于4．5MPa，说明对于胶接面面积远大于试验件的铝蜂窝正交胶接结构而言，其强度和刚度均能满足使用要求。为了增加试验的可靠性，采用全尺寸正交胶接结构件进行破坏试验，结果表明，在蜂窝板被高度破坏的情况下，正交胶接部位完好无损，证明该结构制造工艺方法可行、满足要求。目前，铝蜂窝夹层板正交结构件的自身强度和刚度均已通过检验，正交胶接部位的拉脱强度可以达到很高的数值，已广泛应用于航天航空领域。
结论
(1)用阳极化处理后的铝板制造的铝蜂窝正交胶接结构件具有较高的强度和刚度。
(2)该结构件为其他电子元器件提供了足够的安装空间和使用保护条件，可为电子行业提供理想的平台。
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