{JZ}夾芯復合材料夾心材料231

1、【夾芯】夾芯材料簡介一、原理自二十世紀四十年代低密度的夾芯材料就已用于復合材料，它可提高彎曲強度、 降低重量。具有相同負荷能力的夾層結(jié)構(gòu)要比實體層狀結(jié)構(gòu)輕好幾倍。夾芯材料能夠降低單位體積的成本、削弱噪音與震動、增加耐熱、抗疲勞和防火性能等。夾芯材料的作用機理是將剪切力從表皮層傳向內(nèi)層，使兩個表皮層在靜態(tài)和動態(tài) 載荷下都能保持穩(wěn)定，并且吸收沖擊能來提供抗破壞性能。二、分類用于復合材料夾層結(jié)構(gòu)的夾芯材料主要有：硬質(zhì)泡沫、蜂窩和輕木三類。 硬質(zhì)泡沫主要有聚氯乙烯（）、聚氨酯（）、聚醚酰亞胺（）和丙烯腈苯乙烯（或）、聚甲基丙烯酰亞胺（）、發(fā)泡聚酯（）等。 蜂窩夾芯材料有玻璃布蜂窩、蜂窩、棉布蜂窩、鋁蜂

2、窩等。蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的強 度高，剛性好，但蜂窩為開孔結(jié)構(gòu)，與上下面板的粘接面積小，粘接效果一般沒 有泡沫好。 輕木夾芯材料是一種天然產(chǎn)品，市場常見的輕木夾芯主要產(chǎn)自南美洲的種植 園，由于氣候原因，輕木在當?shù)厣L速度特別快，所以比普通木材輕很多，且其 纖維具有良好的強度和韌性，特別適合用于復合材料夾層結(jié)構(gòu)。三、應用領域夾芯材料的應用領域廣闊，涉及能源、航空航天、船舶、交通運輸、建筑等領域。 航空航天飛機的主要部件，如機身，機翼和尾翼可采用泡沫夾芯材料復合結(jié)構(gòu)， 同時使用 丁二烯。在生產(chǎn)中不必進行高壓高溫處理。 飛機的重量得以減輕。直升飛機最新 一代復合螺旋槳葉采用密度較低、可耐大多數(shù)溶劑且可經(jīng)受高

3、壓蒸煮溫度和壓力 的泡沫夾芯材料。它采用傳統(tǒng)預浸工藝制造。這種新型復合螺旋槳葉的壽命可達， 是先前金屬槳葉壽命的十倍。今天超輕型競賽飛機、飛機模型和現(xiàn)代"超級風車" 的槳葉都使用了輕質(zhì)木質(zhì)夾芯材料。船舶常規(guī)的交聯(lián)泡沫己在船舶中廣泛應用。瑞士海軍的護衛(wèi)艦使用了、片狀構(gòu)造的 丁二烯蜂窩夾芯材料。聚氨酯（）發(fā)泡夾芯材料也常用于船舶的建造。 3高密度 泡沫可應用于承載部件如船舷等。3勺泡沫專門用作甲板和上部構(gòu)造的芯材。硬質(zhì)泡沫廣泛用于水槽、絕緣板、結(jié)構(gòu)性填料和充空填料。大型冷藏拖網(wǎng)魚船很 多是整體成型的夾芯構(gòu)，用玻璃布制作內(nèi)外蒙皮，夾芯材料的厚度為。該類船具 有輕質(zhì)、高強、耐海水腐

4、蝕、抗微生物附著以及吸收撞擊能。很多游艇的船底、 表面使用了標準的輕質(zhì)木，以保證最大的剪切和擠壓強度。船前部和甲板使用了 密度較低的輕質(zhì)木。隔壁面板室內(nèi)地板和家具也使用了輕質(zhì)木夾芯材料。在多雜物（浮木等）漂浮的巴拿馬運河中營運的快速渡輪，其抗破壞能力應是第 一步考慮的，其次是總重量輕以保證渡輪的速度。 由于這些原因，一種線型泡沫 芯材被選作船殼底材，另一類型的泡沫芯材作船殼側(cè)面材料和舷側(cè)突出部。 部件 使用玻纖增強表皮層和真空袋膜工藝。甲板和船艙側(cè)面使用 橫紋輕質(zhì)木夾芯材 料，其表面用交聯(lián)環(huán)氧樹脂玻纖板材做艙房表皮層，以保證渡輪達到標準。交通運輸交聯(lián)的夾芯材料在鐵路運輸中得到廣泛應用，并用于公

5、共汽車和有軌電車及摩托車等。一級方程式賽車模仿自然蜂窩結(jié)構(gòu)， 使用空心六邊形管相互作用增強原 理制作芯材。賽車具有高的抗沖擊強度和能量吸收能力。 比賽用自行車也采用這 種蜂窩結(jié)構(gòu)芯材。法國制造的鐵路冷藏車采用泡沫夾芯材料提高隔熱效果。其它 夾芯材料用于運輸車輛主要是利用它們的絕緣性，如聚異氰酸酯絕緣泡沫塑料 等。建筑夾芯材料在建筑上的應用十分廣泛。在內(nèi)外墻上使用纖維板、膠合板等各種夾芯 材料，使墻壁具有隔音、隔熱、輕質(zhì)、高強等優(yōu)點。由于頂棚強度要求不太高， 只要求重量輕、剛性好，有一定防火、保溫性能，其次是美觀和價格便宜，安裝 方便，因此通常采用各種纖維芯材和鈣塑泡沫芯材等。其它夾芯材料用在建

6、筑上 主要是利用它們的絕緣性。風能夾芯材料是風電葉片的關鍵材料之一， 為增加結(jié)構(gòu)剛度，防止局部失穩(wěn)，提高整 個葉片的抗載荷能力，在葉片的前緣、后緣以及剪切肋等部位，一般都會采用夾 層結(jié)構(gòu)。用于風電葉片的夾芯材料主要有交聯(lián)泡沫、輕木和泡沫。典型的設計技術指導文 件是，把強度較高的輕木（密度為 3用于承受載荷較大的靠近葉根的部位，交 聯(lián)泡沫（密度為3用于承載較小的靠近葉尖的部位，從葉根向葉尖方向，夾芯 材料的厚度逐漸減小。也有葉片廠家只使用輕木或泡沫。【夾芯】何為三明治夾芯結(jié)構(gòu)？，是一種特殊的復合材料結(jié)構(gòu)類型，三明治夾芯結(jié)構(gòu)是通過在重量輕而相對厚一 點的芯材兩側(cè)貼上兩層薄而堅固又有剛度的面板所組成

7、。三明治夾芯結(jié)構(gòu)有著典 型的輕重量、高剛性和高強度特征。三明治復合材料高壓汕強度高剪切強度當三明治夾芯結(jié)構(gòu)承受彎曲載荷時，其 工作原理從某種意義上來說類似于工字 鋼，工字鋼翼板（正如三明治夾芯結(jié)構(gòu)的面板）承載平面壓縮和拉伸荷載，而工 字鋼腹板承受剪切載荷（正如結(jié)構(gòu)三明治夾芯結(jié)構(gòu)的芯材）。像使用傳統(tǒng)的工字 鋼一樣，當上下面板之間的距離被進一步分開，結(jié)構(gòu)就能獲得更大比例的剛性。 較厚的芯材能達到同樣的效果，但它也能提供一個總體的低比重，這就獲得了高 剛度重量比。三明治夾芯結(jié)構(gòu)在具有在保持力學性能的同時顯著減輕重量的能 力。減重帶來許多好處，包括增加的行程、更大的載荷和降低的油耗。所有這些 都對成本

8、和減少對環(huán)境的沖擊有著積極的影響。因此，在三明治夾芯復合材料的 應用變得越來越廣泛。三明治夾芯復合材料除了具有較高的剛度重量比之外， 還可以通過選擇不同的芯 材和面板來實現(xiàn)不同的功能。阻燃、低煙、無毒（）在公共汽車、火車和飛機這類人員高度密集的地方，通過選用適合的芯材可以實 現(xiàn)三明治夾芯復合材料的特殊功能一一阻燃、低煙和無毒。一些結(jié)構(gòu)芯材因為具 有特殊的結(jié)構(gòu)及原料特點，因此可以在保證無毒的基礎上實現(xiàn)自我熄滅功能。而 隔熱聚合物芯材通常由微孔結(jié)構(gòu)構(gòu)成，在這些微孔中充滿了空氣從而實現(xiàn)隔熱、 隔冷效果。隔音同樣基于微孔結(jié)構(gòu)，當芯材選用合適的材料時，可以實現(xiàn)三明治夾芯復合材料具 有良好的隔音效果。這在

9、高鐵、航空等領域的應用已經(jīng)非常廣泛了。耐腐蝕三明治夾芯結(jié)構(gòu)復合材料的面板通?？梢赃x用一些剛性相對較差但具有良好的 抗沖擊、耐腐蝕性能的材料，例如玻璃鋼。以游艇殼體為例，通過選用以玻璃鋼 為面板，以、泡沫或輕木為芯材的三明治夾芯結(jié)構(gòu)復合材料，不僅可以使游艇殼體在高鹽、高腐蝕的情況下具有良好的壽命，還能實現(xiàn)隔熱、抗沖擊、防火等各 項性能。這使三明治復合材料成為船舶和海底結(jié)構(gòu)應用的夢想選擇。介電性質(zhì)一些芯材材料具有卓越的介電性質(zhì)。這使得它們可以隔斷無線電波的干擾一一這 一特點可以用于設計和建造雷達罩、雷達設備的球形遮蔽物或光設備。最典型的三明治夾芯結(jié)構(gòu)復合材料通常由面板、芯材、膠合層組成。面板（上蒙

10、皮、下蒙皮）面層承載三明治夾芯結(jié)構(gòu)中的拉伸和壓縮應力。局部的抗彎剛度往往小到可忽略 不計。像鋼、不銹鋼、鋁、玻璃鋼這樣的傳統(tǒng)材料常被用于面層材料，隨著碳纖 維的高速發(fā)展，如今碳纖維也已經(jīng)是三明治夾芯結(jié)構(gòu)復合材料的主要選擇之一。 芯材芯材的作用是支撐的面板使它們不會產(chǎn)生向內(nèi)或向外的彎曲（變形），并將它們彼此保持在相應的位置。芯材由于通常密度較低，因此夾層結(jié)構(gòu)材料與能承擔同 等載荷的非夾層結(jié)構(gòu)材料相比，質(zhì)量大為減輕。芯材還有一個作用，它的加入擴 大了兩個面板間距，而面板間距越大，整個夾層結(jié)構(gòu)材料截面慣性矩越大， 因此 其整體強度會得到一定提升，因此芯材通常還需具備較好的抗剪切強度。膠合層（膠黏劑）

11、為了使面層和芯材之間相互配合，面層和芯材之間的膠黏劑必須能傳導它們之間 的剪切力。膠黏劑必須能承載剪切和拉伸應力，膠合層通常由樹脂組成。【夾芯】玻璃鋼夾芯材料的主要作用及應用自二十世紀四十年代低密度的"芯"就已用于復合材料，它可分隔表皮材料可提 高彎曲強度、降低重量。具有相同負荷能力的夾層結(jié)構(gòu)要比實體層狀結(jié)構(gòu)輕好幾 倍。芯材還能對整體強度起加強作用，降低單位體積的成本、削弱噪音與震動、 增加耐熱、抗疲勞扣防火性能等。芯材的是將剪切力從表皮層傳向內(nèi)層， 使兩個 表皮層在靜態(tài)和動態(tài)載荷下都能保持穩(wěn)定，并且吸收沖擊能來提供抗破壞性能。 芯材大致上分成三類：泡沫類，柔韌或堅硬。蜂窩

12、類，一般選為更高規(guī)格的應用。 膜袋制法和三維（）織物或無紡布。芯材的應用領域廣闊，涉及航空航天、船舶、交通運輸、建筑等領域。航空部門特別需要輕質(zhì)高強的材料。夾層結(jié)構(gòu)獲得低密度芯材的方法之一是復合 模袋法。它在泡沫中將微珠有序結(jié)合，典型的是玻璃微珠。輕而堅硬的芯材或?qū)?材，用于飛機、航空器和其它領域。它們具有防火、低導電和抗破環(huán)的特性。 飛機的主要部件，如機身，機翼和尾翼可采用泡沫芯材復合結(jié)構(gòu)， 同時使用丁二 烯。在生產(chǎn)中不必進行高壓高溫處理。 飛機的重量得以減輕。直升飛機最新一代 復合螺旋槳葉采用密度較低、可耐大多數(shù)溶劑且可經(jīng)受高壓蒸煮溫度和壓力的泡 沫芯材。它采用傳統(tǒng)預浸工藝制造。這種新型復

13、合螺旋槳葉的壽命可達先前的金 屬槳葉壽命提高十倍。飛機的機艙地板對材料的要求非常挑剔。由于其使用的特 殊性，要求其輕質(zhì)、高硬度、耐疲勞及長壽命?，F(xiàn)在飛機上使用了芳族聚酰胺纖 維為芯材的地板和其它類似的產(chǎn)品。這些產(chǎn)品最大的優(yōu)點是有效而持久，即使用 于噴氣式飛機的過道，也完全滿足了機艙地板材料的要求。 飛機上最早使用的鋁 質(zhì)夾層結(jié)構(gòu)雖然輕質(zhì)更實，但是它不耐腐蝕、易扭曲、導熱、有導致點載荷破壞 的傾向，而以芳族聚酰胺纖維為芯材的地板完全克服了鋁質(zhì)夾層結(jié)構(gòu)的這些缺 陷。美國新澤西洲的巴爾特得公司在世紀年代宇航員乘坐的探測號上使用了輕質(zhì)木 芯材。它使宇航員乘坐的探測號經(jīng)受了降落時的沖擊。 年代輕質(zhì)木芯材

14、被用來隔 離盛有大量液氮的艙體。今天超輕型競賽飛機，飛機模型和現(xiàn)代"超級風車"的槳 葉都使用了輕質(zhì)木芯材。常規(guī)的交聯(lián)泡沫己在船舶中廣泛應用。瑞士海軍的護衛(wèi)艦使用了、片狀構(gòu)造的 丁二烯蜂窩芯材。聚氨酯（）發(fā)泡芯材也常用于船舶的建造。3高密度泡沫可應用于承載部件如船舷等。3 勺泡沫專門用作甲板和上部構(gòu)造的芯材。硬質(zhì)泡沫 廣泛用于水槽、絕緣板、結(jié)構(gòu)性填料和充空填料。大型冷藏拖網(wǎng)魚船海王星號甲 板室是整體成塑的夾芯結(jié)構(gòu)，用玻璃布制作內(nèi)外蒙皮和芯材，芯材的厚度為。該 船具有輕質(zhì)、高強、耐海水腐蝕、抗微生物附著以及吸收撞擊能。該船在條件惡 劣的巴倫支海和北大西洋營運。煙草競速隊長的高速

15、機船贏得了年西海岸機船賽 級（）冠軍。它的船底和表面使用了標準的輕質(zhì)木，以保證最大的剪切和擠壓強 度。船前部和甲板使用了密度較低的輕質(zhì)木。 隔壁面板，室內(nèi)地板和家具也使用 了輕質(zhì)木芯材。泡沫芯材船頭取代了陳舊笨重的式洋。 其結(jié)果是重量降低,速 度提高了，達到了以上。在多雜物（浮木等）漂浮的巴拿馬運河中營運的快速渡輪，其抗破壞能力應是第 一步考慮的，其次是總重量輕以保證渡輪的速度。 由于這些原因，一種線型泡沫 芯材（密度3被選作船殼底材，密度3勺泡沫芯材作船殼側(cè)面材料和舷側(cè)突出部。部件使用玻纖增強表皮層和真空袋膜工藝。 甲板和船艙側(cè)面使用 密度為3勺橫紋 輕質(zhì)木芯材，其表面用（輕質(zhì)木的專用表面處

16、理劑）處理，以提高粘結(jié)力。交聯(lián) 環(huán)氧樹脂玻纖板材做艙房表皮層。材料加工運用計算機層壓設計程序，以保證渡 輪達到標準。通用汽車（）第代-雪佛蘭車使用了夾層結(jié)構(gòu)的底板系統(tǒng)。這個夾層已進行了優(yōu)化，以提高速度，降低噪音，減輕搖擺以及提供足夠的剛度支持汽車的座位。通 用汽車公司選用控制密度的橫紋輕質(zhì)木。 這種材料由計算機數(shù)控切割，可減少安 裝進度。交聯(lián)的芯材在鐵路運輸中得到應用，典型的實例是丹麥的火車，并用于 公共汽車和有軌電車及摩托車等。一級方程式賽車模仿自然蜂窩結(jié)構(gòu)，使用空心六邊形管相互作用增強原理制作芯 材。賽車具有高的抗沖擊強度和能量吸收能力。 比賽用自行車也采用這種蜂窩結(jié) 構(gòu)芯材。法國制造的鐵

17、路冷藏車采用泡沫芯材提高隔熱效果。其它芯材用于運輸 車輛主要是利用它們的絕緣性，如聚異氰酸酯絕緣泡沫塑料等。夾芯材料在建筑上的應用十分廣泛。在內(nèi)外墻上使用纖維板、膠合板等各種夾芯 材料，使墻壁具有隔音、隔熱、輕質(zhì)、高強等優(yōu)點。由于頂棚強度要求不太高， 只要求重量輕、剛性好，有一定防火、保溫性能，其次是美觀和價格便宜，安裝 方便，因此通常采用各種纖維芯材和鈣塑泡沫芯材等。其它芯材用在建筑上主要 是利用它們的絕緣性，如美國艾洛特公司生產(chǎn)的聚異氰酸酯絕緣泡沫塑料用于工 業(yè)隔離門，冷凍裝置、墻板和通風管道。美國蜂窩芯材公司的紙質(zhì)芯材應用于耐 化學腐蝕的門，建筑板材和內(nèi)裝飾及地板。降低成本、增強隔熱性和

18、降低噪音是休閑設施制造商們考慮的主要因素。減重、 節(jié)省油料和優(yōu)美的外形也是選擇使用芯材時要考慮的因素。密度 3的交聯(lián)泡沫可 在真空袋膜制法的聚酯玻纖層中使用。跨度較小且較低的門體可用3硬質(zhì)泡沫。門體更輕、外觀好，制造成本低。未來建筑技術的競爭是材料的有效利用。 未來復合材料設計的關鍵在于芯材的選 擇。【夾芯】輕木夾芯材料使用方法及鋪層技術指導文件具有獨特的細胞結(jié)構(gòu)和輕質(zhì)、高強的特點，這些特點使其成為結(jié)構(gòu)夾芯的夢想材 料。木夾芯是由橫斷面木制作的結(jié)構(gòu)夾芯材料，產(chǎn)品經(jīng)過干燥、殺菌、拼接、切 片和表面處理等工序。輕木夾芯材料的密度范圍在3之間，其強度和剛度遠超各類泡沫的強度和剛度，成型溫度廣泛C C

19、），是一種非常夢想的天然夾芯材料。木夾芯的制作簡單，適合于各種成型工藝：包括手糊、噴射、真空袋成型工藝、 預浸料成型工藝以及真空樹脂導入法等。、根據(jù)產(chǎn)品的尺寸、設計要求及用途，選擇正確的輪廓板，設計合理的玻璃鋼輔 層。、在鋪放輪廓板時要為它淮備一個床層，即將輪廓板鋪在/2厚的氈或同等厚度的纖維床層上。對于床層來講，玻璃纖維與樹脂的比例應當在至的范圍內(nèi)。 但對 于其它的輔層，玻璃纖維與樹脂的比例則遵循通常的標準。在鋪放輪廓板之前， 先輥壓玻璃纖維床層。玻璃纖維床層的鋪制方法與其它鋪層的鋪制辦法相同。、為了便于鋪層的粘接，在鋪放輪廓板之前可以用樹脂對輪廓板進行預浸，并將這部分預浸樹脂的重量計算到床

20、層的玻璃纖維和樹脂的重量比中。、設定固化劑添加比例，將床層樹脂的膠凝進度控制在分鐘。床層的實際凝膠進 度可能與制作實驗小樣時試杯中的凝膠進度有所不同特別是對于添加量少于的 濃度為的過氧化甲乙酮固化劑。注釋：、：夾心結(jié)構(gòu)的強度在很大程度上取決于整個鋪層的完整性，其中也包括蒙皮 和夾心層之間的粘接效果。按步驟、中的制作方法就可達到最好的粘接效果。要使產(chǎn)品獲得最好的粘接性能，達到很咼的粘接強度，就應將氈或短切氈緊挨著 夾心層粘接。因為床層上需要有足夠的緩沖力或叫 彈性墊”當使用厚度小于/ 2的氈或短切氈時，由于夾心層表面粗糙，床層彈性不足，因此不能保證鋪層間 緊密粘接。預浸：在床層上要倒入足夠量的樹

21、脂，在確保彈性的同時，也可作為床層和夾心層的粘 接桌面。在鋪層時可以將輪廓板直接鋪在樹脂浸潤的床層上，或者在鋪敷之前將樹脂預先刷在夾心層的背面。最重要的是保證床層的膠凝進度，使鋪層達到最佳 性能。大多數(shù)用于船舶制造的聚酯樹脂膠凝進度為分鐘，可固化完全。固化過程 出現(xiàn)任何偏差，都會導致鋪層本身的物理性能不好，而且也會降低粘接強度。、當床層膠凝固化時，不要對輪廓板鋪層施加太大的壓力（特別是不要在鋪層上 行走）。因為這樣會將輪廓板下的樹脂擠壓出來，導致鋪層間產(chǎn)生空隙。但是， 在樹脂膠凝之前，為了保證鋪層與床層之間很好的粘接， 可以使用手壓、輥壓成 真空袋的方法，在鋪層上正確施壓。如果首次鋪層沒有粘接好，則必須將有空隙 的地方撕開重新鋪粘，確保輪廓板在床層上粘接牢固。、在鋪玻璃鋼層之前，使床層和輪廓板十足固化。以避免鋪層內(nèi)產(chǎn)生氣泡。在床 層固化完全，能鋪放玻璃鋼層之前，用一個很簡單的方法可以檢驗鋪層質(zhì)量， 輕 輕敲擊輪廓板。在粘接不好的地方就會發(fā)出中空的聲音。注釋：由于夾心層被鑲嵌在床層上，所以當在某一點上施加壓力時。所有的壓力就會集 中在該處。衡量鋪層質(zhì)量的最簡單的方法是在鋪層完全固化后輕擊輪廓板。 在粘 接不好的地方，敲擊時就會發(fā)出中空的聲音與粘接良好處所發(fā)出的聲音不同。 發(fā) 現(xiàn)之后及