復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)芯材

1、復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)芯材夾層結(jié)構(gòu)的最初應(yīng)用從上世紀(jì)初的航空航天業(yè)開始，逐步發(fā)展到今天的船舶、交通運(yùn)輸、運(yùn)動(dòng)器材、風(fēng)力發(fā)電、醫(yī)療器材等領(lǐng)域。德固賽（中國(guó)）投資有限公司上海分公司的胡培先生全面綜述了各種芯材的特性、應(yīng)用、市場(chǎng)分布及前景。圖"JL“般也苗師此赳M5對(duì)泗量網(wǎng)用0303s40防7075ACSK90661M>IBS*Mm1常用芯材及其應(yīng)用玻璃鋼/復(fù)合材料中常用的芯材有泡沫、巴薩木和蜂窩等多孔固體材料。巴薩木目前主要的用途集中在風(fēng)電、船舶、鐵路車輛等行業(yè)。相對(duì)而言，因?yàn)槠涿芏冗x擇范圍小，面層破壞以后，吸水腐爛的缺點(diǎn)，已經(jīng)逐步被PVC泡沫取代。但是因?yàn)槠鋬r(jià)格優(yōu)勢(shì)，目前還有一定的市場(chǎng)

2、。蜂窩主要有NOME泰蜂窩和鋁蜂窩，蜂窩材料具有各向異性的特點(diǎn)。另外，因?yàn)榉涓C存在開孔結(jié)構(gòu)，不適用一些濕法工藝或樹脂注射工藝，例如船舶和風(fēng)電等領(lǐng)域。鋁蜂窩因?yàn)楹吞祭w維面板之間存在電腐蝕的問題，一般不能和碳纖維一同使用。另外，蜂窩結(jié)構(gòu)在使用過程中，會(huì)因?yàn)槊鎸悠茐?，發(fā)生滲水問題。玻璃鋼/復(fù)合材料中常用的泡沫芯材有聚氯乙烯（PVC、聚苯乙烯（PSS、聚氨酯（PUR、丙烯睛-苯乙烯（SAN、聚醛酰亞胺（PEI）及聚甲基丙烯酰亞胺（PMI）等。硬質(zhì)聚氨酯PU瞰沫與其他泡沫相比，其力學(xué)性能一般，樹脂/芯材界面易產(chǎn)生老化，從而導(dǎo)致面板剝離。作為結(jié)構(gòu)材料使用時(shí)，常用作層合板的縱、橫桁條或加強(qiáng)筋之芯材。有時(shí)PU

3、瞰沫也能用于受載較小的夾層板中，起到隔熱或隔音的作用。該類泡沫的使用溫度為150c左右，吸聲性能良好，成型非常簡(jiǎn)單，但是機(jī)械加工過程中易碎或掉渣。PU瞰沫價(jià)格相對(duì)便宜，發(fā)泡工藝也比較簡(jiǎn)單，采用液體發(fā)泡。目前主要在運(yùn)動(dòng)器材，例如網(wǎng)球拍、冰球棒中用做工藝芯材，并起到一定的阻尼作用。另外在沖浪板中也普遍使用PU瞰沫或EPS泡沫作為芯材。PEI泡沫原先由AIREX公司生產(chǎn)，型號(hào)為AIREXR82,由聚醛酰亞胺/聚醒碉發(fā)泡而成，具有很高的使用溫度和良好的防火性能。不過其價(jià)位相對(duì)較高，但是這種泡沫可以在兼有結(jié)構(gòu)要求和防火要求的部位使用，其使用溫度為-194C+180C。由于滿足嚴(yán)格的阻燃要求，適合在飛機(jī)和

4、列車內(nèi)使用。但2005年，原材料供應(yīng)上出現(xiàn)了問題，目前已退出市場(chǎng)，而逐步被PMIS類型泡沫取代。目前占市場(chǎng)份額最大的是PVC包沫芯材，又分為線形PV的交聯(lián)PVC泡沫兩種。交聯(lián)PVC包沫是由熱塑性的PVC和交聯(lián)熱固性聚氨酯組成，主要產(chǎn)品型號(hào)有Divinycell、Klegecell和HerexC。交聯(lián)PVC的強(qiáng)度和剛度比線性PVC的高，但是韌性較差，其使用溫度范圍為-240+80C,并且能夠耐多種化學(xué)物質(zhì)腐蝕。盡管PVC泡沫是可燃材料，但阻燃型的PVC包沫可用于有嚴(yán)格防火要求的結(jié)構(gòu)中，例如列車車廂等。但是需要注意的是PVC在燃燒以后，會(huì)產(chǎn)生氯化氫。選擇固化工藝方法時(shí)，應(yīng)慮及PVC包沫在溫度升高時(shí)

5、會(huì)釋放氣體。交聯(lián)PVC泡沫通常用于船底、舷部、甲板、艙壁及上層建筑中，主要廠商有AIREX和Diab公司。線形PVC包沫是一類具有高韌性、良好抗沖擊性能、能量吸收性能和耐疲勞性能的泡沫材料。線性PVC泡沫的強(qiáng)度和剛度相對(duì)交聯(lián)PVC來(lái)講要低。在施工過程中需要注意的是，樹脂中的苯會(huì)滲透到泡沫里面，使樹脂固化不完全，同時(shí)引起泡沫降解。這種泡沫通常用于船體受沖擊荷載比較大的部位，例如船底和觥舷部。目前市場(chǎng)上有AIREX公司的AIREXR63系列，價(jià)格相對(duì)交聯(lián)PVC泡沫要PS泡沫曾廣泛用在船舶、沖浪板制造行業(yè)。雖然其具有重量輕(40kg/m3)、成本低、易于加工等優(yōu)點(diǎn)，但因力學(xué)性能差，很少在高性能結(jié)構(gòu)件

6、中使用。另外，這種泡沫不能和聚酯樹脂同時(shí)使用，樹脂中含有的苯會(huì)降解泡沫。目前，在沖浪板行業(yè)內(nèi)有少量使用。SAN泡沫屬于熱塑性材料，由英國(guó)SPSystems公司生產(chǎn)，CORECELL?號(hào)的泡沫，主要是針對(duì)船舶市場(chǎng)而開發(fā)。發(fā)泡制作工藝和線性PVC的工藝基本相同，性能也和線性PVC基本相同，熱穩(wěn)定性能比線性PVC好，相當(dāng)于普通交聯(lián)PVG大多數(shù)情況下，在船舶結(jié)構(gòu)中可以用SAN包沫代替線性PVC包沫。價(jià)格略高于PVC泡沫。在密度相同白條件下，PMI是強(qiáng)度和剛度最高的泡沫材料。高溫耐蠕變性能PMI泡沫經(jīng)適當(dāng)?shù)母邷靥幚硪院螅軡M足190c的固化工藝對(duì)泡沫尺寸穩(wěn)定性的要求，適用與環(huán)氧或BMI樹脂共固化的夾層結(jié)

7、構(gòu)構(gòu)件中，例如航天航空結(jié)構(gòu)、醫(yī)療床板、天線結(jié)構(gòu)等，作為碳纖維復(fù)合材料面板的芯材。PMI泡沫采用固體發(fā)泡工藝制作，為孔隙基本一致、均勻的100碗孔泡沫。德國(guó)德固賽(Degussa)公司生產(chǎn)的ROHACELL?導(dǎo)著市場(chǎng)上的PMI芯材。圖1:AVANT抑頭芯材的市場(chǎng)分布和前景目前芯材主要市場(chǎng)分布在航天航空、船舶制造、運(yùn)動(dòng)器材、風(fēng)力發(fā)電、交通工具和醫(yī)療器材等行業(yè)。在航天航空等先進(jìn)復(fù)合材料領(lǐng)域，客戶可以選擇NOMEX1窩、鋁蜂窩和ROHACELL?沫芯材。ALCAINDIAB和SPSystems公司的市場(chǎng)主要集中在船舶制造、運(yùn)動(dòng)器材、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域。對(duì)于交通運(yùn)輸行業(yè)，主要根據(jù)防火助燃要求，選擇相應(yīng)的夾層

8、結(jié)構(gòu)芯材。為了應(yīng)付日益增加的石油危機(jī)，每個(gè)國(guó)家都將推進(jìn)可再生能源項(xiàng)目，例如風(fēng)力發(fā)電等。我國(guó)風(fēng)能資源豐富，風(fēng)電是未來(lái)最有希望增加我國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量的可再生能源。目前全國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量?jī)H78萬(wàn)千瓦。2004年，包括風(fēng)能在內(nèi)的可再生能源總裝機(jī)容量?jī)H為0.7GW（百萬(wàn)千瓦），到2010年計(jì)劃升至4GVV至IJ2020年計(jì)劃升至40GW這樣會(huì)大大推進(jìn)中國(guó)的泡沫芯材市場(chǎng)需求。圖2:A340的后壓力框Enercon公司是一家領(lǐng)先的德國(guó)風(fēng)機(jī)生產(chǎn)商，與德國(guó)Gaugler&Lutz公司是合作伙伴關(guān)系，AlCANAIREX公司在全世界范圍內(nèi)提供HEREXC70包沫用作Enercon公司的風(fēng)機(jī)葉片生產(chǎn)，而Gaug

9、ler&Lutz公司則提供半成品的預(yù)制件用于葉片的組裝，需要時(shí)及時(shí)地提供預(yù)制件運(yùn)輸和地區(qū)技術(shù)服務(wù)。鐵路運(yùn)輸也是一個(gè)因?yàn)閼?yīng)用輕質(zhì)高強(qiáng)芯材而受益的行業(yè)。ROHACELL類型泡沫由于良好的阻燃性、高力學(xué)性能、良好的抗疲勞性能和高環(huán)保性而廣泛應(yīng)用在車廂地板、頂板、兩壁及整個(gè)車廂的夾層板材中。船舶也是夾層結(jié)構(gòu)的一個(gè)主要市場(chǎng)。對(duì)于受力部件，如船殼、艙壁等，抗波性是最重要的性能之一，而HEREXC7價(jià)口C71泡沫由于高強(qiáng)度而被賽艇制造商和設(shè)計(jì)師廣泛應(yīng)用?？偛课挥贕iebelstadt的Bavaria游艇公司，是游艇制造業(yè)的領(lǐng)先者，擁有10種不同類型游艇系列（9.215.2米），Bavaria游艇公司

10、近年來(lái)發(fā)展迅猛，最近又開發(fā)了8.211.6米的摩托艇系列。在該系列船舶的船殼中就選用了HEREX370芯材，ALCANAIREX認(rèn)為這種芯材具有很好的比強(qiáng)度，是市場(chǎng)上抗破壞性最強(qiáng)的交聯(lián)聚氯乙烯泡沫。圖3:已成型、待用的泡沫加強(qiáng)筋最新廣品2005年，瑞典DIAB公司在改善原有DivinycellH類型泡沫性能的同時(shí)，推出了DivinycellHP型號(hào)PVC包沫。新的DivinycellH泡沫，強(qiáng)度性能平均提高了10%剪應(yīng)力提高了20%斷裂延伸率提高了50%同時(shí)，新的DivinycellH泡沫的溫度和尺寸穩(wěn)定性也得到了改善。在工藝溫度達(dá)到90c和一定壓力作用下，不發(fā)生大的變形。泡沫的孔隙大小減少了

11、50%降低了因?yàn)榕菽砻骈_孔導(dǎo)致的樹脂吸收率。DivinycellHP是一種新型PVC泡沫，它的工藝溫度可以達(dá)到130C,可以和中低溫固化預(yù)浸料或樹脂注射（RFI）工藝配合使用，具有工藝條件下的耐壓縮蠕變性能。DivinycellHP能夠滿足一些在對(duì)使用溫度有要求的復(fù)合材料制件，例如，在熱帶條件下航行的船舶，如果表面使用的是黑色膠衣，溫度常常超過90CoDivinycellHP的基本力學(xué)性能，例如剪切強(qiáng)度、剪切模量和剪切應(yīng)變都比其他PVC泡沫或SAN包沫高。圖4:A380的后壓力框2004年，Degussa公司針對(duì)樹脂注射工藝推出了ROHACELLRIS不口RIMA類型的泡沫。ROHACELR

12、IST是一種結(jié)構(gòu)用途的泡沫針對(duì)樹脂注射工藝樹脂粘度低的特點(diǎn)，減少了泡沫孔隙大小，在保證粘接強(qiáng)度的前提下，降低了樹脂吸收率，達(dá)到了減輕結(jié)構(gòu)重量的目的。ROHACELRIMA是作為樹脂注射工藝的輔助芯材，因?yàn)椴蛔鳛榻Y(jié)構(gòu)材料，通過進(jìn)一步減少孔隙大小，使得樹脂吸收率幾乎降低為零。最新的應(yīng)用案例在AlcanAirex公司聲明停止生產(chǎn)PEI泡沫以后，德固賽公司提出了用ROHACELL變替PEI泡沫的建議。雖然和PEI泡沫相比，ROHACELLS勺FST（火焰、煙霧和毒性）要差一些，但是ROHACELS泡沫是目前最能滿足燃燒性能要求的泡沫芯材。在中國(guó)最新建造的磁懸浮項(xiàng)目中，將原先的PEI泡沫全部換成了ROH

13、ACELLS包沫，目前正在成都飛機(jī)制造廠和長(zhǎng)春客車廠制造。另外在德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的巴黎地鐵AVANT用頭（圖1）項(xiàng)目上，JupiterPlast公司采用ROHACELL1S泡沫作為芯材，滿足了不含鹵素材料和減輕重量的結(jié)構(gòu)要求。另外因?yàn)镽OHACELL51混有良好的抗沖擊性能，車頭通過了30噸載荷條件下的正面沖擊實(shí)驗(yàn)，沖擊塊移開以后，不發(fā)生變形，這也是目前唯一通過現(xiàn)行沖擊實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)合材料車頭。該項(xiàng)目也獲得了2006年最新公布的JEC復(fù)合材料地面交通類的創(chuàng)新獎(jiǎng)。圖5:騙饋天線反射面的正面泡沫填充加筋條最新應(yīng)用在空中客車A340和A340-600的后壓力框結(jié)構(gòu)中（圖2）。到目前為止，已經(jīng)有近17

14、00個(gè)經(jīng)過CNCm工，熱成型的ROHACELL?71WF-HT1抵臨近漢堡白空中客車Stade工廠，供A340使用（圖3）。ROHACELL?沫具有很好的耐壓縮蠕變性能和尺寸穩(wěn)定性能，可在180C、0.35Mpa和2小時(shí)的固化條件下，采用夾層結(jié)構(gòu)共固化工藝，降低成本。PMI泡沫能夠保證加強(qiáng)筋周邊的預(yù)浸料完全壓實(shí)，因此可以替代氣囊工裝，避免了使用氣囊需要多次固化等一系列的問題。已經(jīng)成功的制造了近170多個(gè)后壓力框，還沒有出現(xiàn)一個(gè)廢品，也證實(shí)了ROHACELL?筋條工藝的可靠性和可行性。在A340后壓力框成功采用ROHACEL抱沫填充筋條結(jié)構(gòu)形式的基礎(chǔ)上，A380后壓力框也采用了這一技術(shù)（圖4）。

15、在A380結(jié)構(gòu)中，泡沫筋條長(zhǎng)達(dá)2.5米,幾何形狀相對(duì)更加復(fù)雜。ROHACELL?沫加工和熱成型比較容易，這也是泡沫填充筋條結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)的關(guān)鍵。目前，已有200件加工成型完的泡沫筋條運(yùn)抵空中客車Stade工廠。十多個(gè)巨大的后壓力框已經(jīng)成功固化。圖6:騙饋天線反射面的背面類似的結(jié)構(gòu)形式在反射面上也有應(yīng)用。例如最近由北京天波環(huán)宇研究所開發(fā)的騙饋天線上，改變了過去采用NOME蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)而采用ROHACELL51IG作為筋條（如圖5和圖6所示），一次固化成型，大大簡(jiǎn)化了工藝過程?？偨Y(jié)：夾層結(jié)構(gòu)的最初應(yīng)用從上世紀(jì)初的航空開始，逐步發(fā)展到今天的船舶、交通運(yùn)輸、運(yùn)動(dòng)器材、風(fēng)力發(fā)電、醫(yī)療器材等領(lǐng)

16、域，針對(duì)不同的應(yīng)用領(lǐng)域和工藝質(zhì)量需求，芯材也從最初的紙蜂窩發(fā)展到現(xiàn)在的NOMEX?窩、各種聚合物泡沫，最近還有公司開發(fā)出了纖維增強(qiáng)泡沫芯材。隨著需求的多樣化，芯材的產(chǎn)品和應(yīng)用也將不斷發(fā)展。胡培，德固賽（中國(guó)）投資有限公司pei.huDIAB;AlcanAIREX;SPSystems;Enercon;www.enercon.de/enGaugler&Lutz;www.gaugler-lutz.deBavariaYachtbauGmbH;www.bavaria-JupiterPlast;www.jupiterplast.dk長(zhǎng)春客車廠;西門子公司;空中客車;（完）本帖最后由serol于20

17、10-5-101:03編輯TOP按照您設(shè)置的條件查找超輕型飛機(jī)!serolMember伙:雁AAAAibrtibMEriMIbMKM帖子684From福建2樓大中小發(fā)表于2010-5-100:51輸這些都很貴，呵呵只看該作者個(gè)人空問發(fā)短消息*加為好友當(dāng)前離線TOP按照您設(shè)置的條件查找超輕型飛機(jī)!3樓大中小發(fā)表于2010-5-101:03只看該作者作為上述內(nèi)容補(bǔ)充結(jié)構(gòu)泡沫芯材的歷史回顧玻璃鋼/復(fù)合材料（FRP/CM中常用的泡沫芯材有聚氯乙烯（PV。、聚苯乙烯（PS）、聚氨酯（PUR、丙烯睛-苯乙烯（SAN、聚醒酰亞serol胺（PEI）及聚甲基丙烯酰亞胺（PMI）等泡沫，其中PS和PUR包沫通常

18、僅作為浮力材料，而不是結(jié)構(gòu)用途。目前PVC泡沫已幾乎完全代替PUR泡沫而作為結(jié)構(gòu)芯材，只是在一些現(xiàn)場(chǎng)發(fā)泡的結(jié)構(gòu)中除外。嚴(yán)格意義上講，第一種用在承載構(gòu)件夾層結(jié)構(gòu)中的結(jié)構(gòu)泡沫芯材是使用異氟酸酯改性的PVC泡沫，或稱交聯(lián)PVG第一個(gè)采用PVC泡沫夾Member木雁芯的夾層結(jié)構(gòu)是保溫隔熱車廂。交聯(lián)PVC的生產(chǎn)工藝是由德國(guó)人林德曼帖子684From福建個(gè)人空問發(fā)短消息加為好友當(dāng)前離在上世紀(jì)30年代后期發(fā)明的。二次大戰(zhàn)以后法國(guó)將該工藝列入戰(zhàn)爭(zhēng)賠償中，由克勒貝爾蕾洛雷特塑料公司（KleberRenolit）開始生產(chǎn)Klegecell?交聯(lián)PVC泡沫，主要是一些用在保溫隔熱車廂中的低密度產(chǎn)品。上世紀(jì)50-60

19、年代，克勒貝爾蕾洛雷特塑料公司給幾家歐洲公司發(fā)放了PVC包沫的生產(chǎn)許可證。另外兩家美國(guó)公司，B.F歌德雷奇（B.FGoodrich）和佳士邁威（Johns-Manville）也買到了許可證開始生產(chǎn)，但是幾年以后就停產(chǎn)。當(dāng)所有的生產(chǎn)許可證都過期以后，交聯(lián)PVC的生產(chǎn)工藝過程轉(zhuǎn)為公開。進(jìn)入70年代以后，多數(shù)原來(lái)的歐洲許可生產(chǎn)廠家也已停產(chǎn)。目前兩個(gè)主要的生產(chǎn)廠家是戴博（Diab）公司的Divinycell?和Klegecell?系列PVC包沫及愛瑞柯斯（Airex）公司的Herex?系列JPVC包沫。線20世紀(jì)40年代后期，林德曼使用高壓氣體作為發(fā)泡劑，制造出未經(jīng)過改性的PVC泡沫，也叫線性PVC泡

20、沫。英國(guó)于1943年首先制成聚苯乙烯泡沫塑料，1944年美國(guó)道化學(xué)有限公司用擠出法大批量的生產(chǎn)聚苯乙烯泡沫塑料。第二次世界大戰(zhàn)期間，德國(guó)拜爾的試驗(yàn)人員對(duì)二異氟酸酯及羥基化合物的反應(yīng)進(jìn)行研究，制得了PURM質(zhì)泡沫塑料、涂料和粘合劑。1952年，拜爾公司報(bào)道了軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的研究成果。1993年，加拿大的ATC公司開始生產(chǎn)SAN泡沫。其制造工藝和線性PVC相似。PMI泡沫是由德國(guó)羅姆（Rohn）公司于1966年首先用丙烯睛、甲基丙烯睛、丙烯酰胺和甲基丙烯酸酯熱塑性樹脂在180oC下發(fā)泡并交聯(lián)制作聚甲基丙烯酰亞胺泡沫的技術(shù)，接著日本的積水化學(xué)公司于1967年使用輻射交聯(lián)方法制作聚甲基丙烯酰亞胺泡

21、沫。夾層結(jié)構(gòu)的工作原理及優(yōu)點(diǎn)作為孔隙材料芯材可以起到減輕結(jié)構(gòu)的重量，增加結(jié)構(gòu)的剛度，提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度等作用。夾層結(jié)構(gòu)一般是由上面板、上面板與芯材的粘結(jié)層、芯材、下面板與芯材的粘結(jié)層以及下面板所構(gòu)成，這五個(gè)要素組成了一個(gè)整體的夾層結(jié)構(gòu)。夾層結(jié)構(gòu)傳遞荷載的方式類似于工字梁（見圖1）,上下面板（翼板）主要承受由彎矩引起的面內(nèi)拉壓應(yīng)力和面內(nèi)剪應(yīng)力，而芯材（腹板）主要承受由橫向力產(chǎn)生的剪應(yīng)力（見圖2）。圖1工字梁和夾層結(jié)構(gòu)的對(duì)比圖2夾層結(jié)構(gòu)對(duì)稱間支梁的彎曲為了使夾層結(jié)構(gòu)的各要素能協(xié)同承載，面板與芯材之間的粘接層必須能傳遞荷載，這樣至少應(yīng)具備和芯材一樣的強(qiáng)度。通常，如果加載以后，夾層結(jié)構(gòu)的芯材發(fā)生破壞，其破

22、壞位置一般位于粘接層下面的芯材部分，因?yàn)檎辰訉有静谋砻娴目紫吨杏捎谔畛淞四z粘劑/樹脂，提高了粘接層泡沫的強(qiáng)度。選擇正確的膠粘劑對(duì)夾層結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度也有非常重要的意義，通常在選擇膠粘劑的時(shí)候除了強(qiáng)度以外，還需要考慮使用溫度、煙霧條件及其與芯材的面板材料的兼容性。如果選擇與面板材料共固化，則膠粘劑或膠膜的固化條件需要與面板的共固化條件相一致。表1夾層結(jié)構(gòu)和非夾層結(jié)構(gòu)的剛度和重量之對(duì)比表1中的結(jié)構(gòu)構(gòu)造是常見的FRP船舶中的鋪層設(shè)計(jì)?？梢钥闯觯趶澢鷦偠认嘟那闆r下，夾層結(jié)構(gòu)的重量比非夾層結(jié)構(gòu)減輕很多。泡沫夾層結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)還有：良好的隔熱和隔音性能、抗沖擊損傷性能及施工簡(jiǎn)便性等。在夾層結(jié)構(gòu)中由于芯材是孔隙材

23、料，整個(gè)夾層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱系數(shù)和R值均比非夾層結(jié)構(gòu)低。由于層合板的層數(shù)減少，降低了鋪層制作成型的工作量，同時(shí)因?yàn)閵A層結(jié)構(gòu)的剛度較高，減少了加筋的數(shù)量，這有利于沖擊荷載的擴(kuò)散。此外，孔隙芯材還能降低船舶航行中的噪聲。泡沫芯材的性能和應(yīng)用對(duì)于芯材，除了剪切模量和強(qiáng)度以外，還需考慮材料的其他性能特點(diǎn)。壓縮強(qiáng)度與承受局部荷載的性能相關(guān)，這種局部荷載包括工具的墜落、拖船調(diào)船時(shí)由拖柱、帶纜樁和吊環(huán)等產(chǎn)生的局部荷載。圖3和圖4表示了不同泡沫芯材的剪切模量和剪切強(qiáng)度，圖5為幾種常見泡沫芯材的壓縮強(qiáng)度。由于泡沫材料是孔隙塑料，還需要根據(jù)設(shè)計(jì)夾層構(gòu)件的溫度要求，參考泡沫的熱變形溫度來(lái)選擇適當(dāng)?shù)呐菽静?。常見泡沫的熱?/p>

24、形溫度參見圖5。圖3幾種常見泡沫的剪切模量圖4幾種常見泡沫的剪切強(qiáng)度圖5幾種常見泡沫的壓縮強(qiáng)度圖6幾種常見泡沫的熱變形溫度交聯(lián)PVC包沫：這種泡沫是由熱塑性的PVC交聯(lián)熱固性聚氨酯組成，通常簡(jiǎn)稱交聯(lián)PVC包沫，其主要產(chǎn)品型號(hào)為Divinycell、Klegecell以及HerexCo交聯(lián)PVC的強(qiáng)度和剛度比線性PVC的高，但是韌性要差。交聯(lián)PVC泡沫的熱穩(wěn)定溫度為1200co所以在和環(huán)氧預(yù)浸料共同使用時(shí)，需要注意PVC的熱蠕變性能。使用溫度范圍為-240oC+80oC,并且能夠耐多種化學(xué)物質(zhì)腐蝕。盡管PVC泡沫是可燃材料，但阻燃型的PVC包沫可用于有嚴(yán)格防火要求的結(jié)構(gòu)中，例如列車車廂等。但是需

25、要注意的是PVC在燃燒以后，會(huì)產(chǎn)生HCl。PVC泡沫耐苯，所以能夠和聚酯樹脂共同使用。PVC包沫主要用在一些不需要壓力罐的工藝中。選擇固化工藝方法時(shí)，應(yīng)慮及PVC泡沫在溫度升高時(shí)會(huì)釋放氣體，在采用RTMC藝時(shí)需要注意。交聯(lián)PVC泡沫通常用于船底、舷部、甲板、艙壁及上層建筑中。主要廠商有Airex和Diab公司，有多種不同的型號(hào)和密度可供選擇。線，fPVC包沫：這類泡沫具有高的韌性、良好的抗沖擊性能、能量吸收性能和耐疲勞性能。線TPVC泡沫的強(qiáng)度和剛度相對(duì)交聯(lián)PVC來(lái)講要低。在施工過程中需要注意的是，樹脂中的笨會(huì)滲透到泡沫里面，使樹脂固化不完全，同時(shí)引起泡沫降解。這種泡沫通常用于船體受沖擊荷載比

26、較大的部位，例如船底和觥舷部。目前主要產(chǎn)品是Airex公司的AirexR63系列。PS泡沫：曾廣泛用在船舶、沖浪板制造行業(yè)。雖然其具有重量輕(40kg/m3),成本低，易于機(jī)械加工等主要優(yōu)點(diǎn)，但因力學(xué)性能差，很少在高性能結(jié)構(gòu)構(gòu)件中使用。另外，這種泡沫不能和聚酯樹脂同時(shí)使用，因?yàn)闃渲泻械谋綍?huì)降解泡沫。PUR泡沫：與其他泡沫相比，其力學(xué)性能一般，樹脂/芯材界面易產(chǎn)生老化，從而導(dǎo)致面板剝離。作為結(jié)構(gòu)材料使用時(shí)，常用作層合板的縱、橫桁條或加強(qiáng)筋之芯材。有時(shí)PUR包沫也能用于受載較小的夾層板中，起到隔熱或隔音的作用。該類泡沫的使用溫度是1500c左右，吸聲性能良好，其成形非常簡(jiǎn)單，但是機(jī)械加工過程中

27、易碎或掉渣。PUR包沫價(jià)格相對(duì)便宜，發(fā)泡工藝也比較簡(jiǎn)單，采用液體發(fā)泡。國(guó)內(nèi)國(guó)外有眾多的生產(chǎn)廠商。SAN泡沫：它屬于熱塑性材料，如加拿大ATC公司生產(chǎn)的Corecell?泡沫，主要是針對(duì)船舶市場(chǎng)而開發(fā)的。發(fā)泡制作工藝和線性PVC的工藝基本相同。性能也和線性PVC基本相同，熱穩(wěn)定性能比線性PVC子，相當(dāng)于普通交聯(lián)PVC大多數(shù)情況下，在船舶結(jié)構(gòu)中可以用SAN泡沫代替線TPVC泡沫。PEI泡沫：由聚醛酰亞胺/聚醍碉發(fā)泡而成，具有很高的使用溫度和良好的防火性能，不過其價(jià)位相對(duì)較高，但是這種泡沫可以在兼有結(jié)構(gòu)要求和防火要求的部位使用，其使用溫度為-194oC+1800c由于能滿足嚴(yán)格的防火阻燃要求，適合在

28、飛機(jī)和列車內(nèi)使用。目前市場(chǎng)上有Airex公司的AirexR82之PEI泡沫。PMI泡沫：在相同密度的條件下，PMI是強(qiáng)度和剛度最高的泡沫材料。其高溫下耐蠕變性能使得該泡沫能夠適用高溫固化的樹脂和預(yù)浸料。PMI泡沫經(jīng)適當(dāng)?shù)母邷靥幚硪院?，能滿足1900c的固化工藝對(duì)泡沫尺寸穩(wěn)定性的要求，適用與環(huán)氧或BMI樹脂共固化的夾層結(jié)構(gòu)構(gòu)件中。PMI泡沫是采用固體發(fā)泡工藝制作，其為孔隙基本一致、均勻的100%可孔泡沫。目前市場(chǎng)上有德國(guó)德固賽（Degussa）公司生產(chǎn)的ROHACELL?和日本積水化學(xué)公司生產(chǎn)的FORMAC?PMI泡沫。泡沫芯材的加工機(jī)械加工泡沫芯材：大多數(shù)泡沫芯材可以使用木工工具加工或成形，包

29、括帶鋸，車削，穿孔，打磨和仿形。在切割過程中，因?yàn)椴牧系膶?dǎo)熱系數(shù)低，高密度泡沫的給進(jìn)速度應(yīng)略低一些，否則材料會(huì)發(fā)熱，甚至燒焦。在加工泡沫以前，最好先和制造廠家聯(lián)絡(luò)，因?yàn)槊糠N泡沫的性能都有不同的特點(diǎn)。加工泡沫材料時(shí)，使用的鋸條要求相鄰的鋸齒拌開，這樣在鋸切過程中，通過鋸齒帶出切割過程中產(chǎn)生的鋸屑，然后用真空裝置吸除。特殊分格板：對(duì)于不同的用途，泡沫芯材的廠家可以提供各種不同的分格板，滿足各種夾層結(jié)構(gòu)外形的需要。其一面用玻璃纖維網(wǎng)格粘接，泡沫切成1"x1"的正方形小塊，這樣泡沫板就可以自由變形；另外一種是兩面切割，或三個(gè)方向切割。泡沫還是切割成1"x1"的正

30、方形小塊，但是切割的深度是整個(gè)厚度的2/3。這樣泡沫板芯材有了一定的自由變形能力，但是這樣切割的主要目的為了使樹脂流動(dòng)，且手糊過程中排出氣體，此外一般廠家還可以提供表面有溝槽的泡沫芯材，表面溝槽的深度一般為0.12",在面板相對(duì)較厚情況下，用作真空注射過程中的樹脂流動(dòng)通道。泡沫芯材的使用材料的準(zhǔn)備：泡沫材料必須在干燥的環(huán)境下保存，否則會(huì)影響其與面板的粘接。同時(shí)，對(duì)于PMI泡沫應(yīng)予以特別的注意，因?yàn)镻MI泡沫在吸水后，熱蠕變性能會(huì)下降。泡沫上的灰塵應(yīng)使用真空吸塵器吸除，或用壓縮空氣吹除，但要記住，千萬(wàn)不能用水或什么其他的液體沖洗。沖洗的結(jié)果只能使灰塵進(jìn)入泡沫表面的開孔中。某些強(qiáng)烈的溶劑

31、（例如丙酮）還有可能降解表面的泡沫材料，降低芯材與面板的粘接強(qiáng)度。清潔干凈的泡沫表面與面板粘接后，一般粘接強(qiáng)度不會(huì)出什么問題。FRP泡沫夾層板的制作：泡沫幾乎適用于所有的FRP成型制作工藝。復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)的主要成型工藝有：手糊/噴射成型，真空袋/注射成型及預(yù)浸料/熱壓罐成型等。在手糊/噴射工藝中，芯材與面板之間的粘接非常重要。一般常見的船舶泡沫夾層板依次由膠衣層，短切氈層，外面板FRP鋪層，泡沫芯材和內(nèi)面板FRP鋪層。必須注意的是在內(nèi)外面板與泡沫之間，需要加上一層特別的粘接基層，將泡沫與面板材料粘接。這層的材料是CBA（CoreBondAdhesive,例如Divilette,Corebon

32、d,Baltekbond等）或富樹脂的CSM（短切氈）。CSM勺最小厚度為225g/m2,樹脂與纖維的重量比為3:1左右。CSM1潤(rùn)樹脂以后，在泡沫表面涂覆與層合板相同的樹脂，以填充泡沫表面的開孔，然后埋入CSMo泡沫芯材埋入CSMCBA的過程可以使用真空袋輔助均勻加壓。在使用真空袋的工藝中，如果泡沫芯材是有切口的分格板，在加壓以后，泡沫均勻地壓入粘接基層中，樹脂或CBA就填入泡沫切口。大多數(shù)的真空袋工藝的過程是：在底部面板鋪層的基礎(chǔ)上，先加泡沫粘接基層，再鋪設(shè)泡沫夾層，然后使用真空袋將泡沫壓入粘接基層中。當(dāng)采用真空輔助成型工藝時(shí)，則需要在泡沫上面覆蓋一層剝離層，剝離層外面是透氣氈，透氣氈的外

33、面才是真空袋膜。剝離層常常采用一層薄的尼龍膜，而透氣氈的作用是使真空壓力能均勻施壓在泡沫的表面。另外一種能確保泡沫芯材的切口能被全部填充的方法是使用樹脂注射工藝。其工藝過程為：先將未浸膠的玻璃纖維和芯材鋪設(shè)在模具中，再使用真空袋密封，待抽真空以后，注入樹脂，浸潤(rùn)纖維和芯材。通常將樹脂分散傳遞到構(gòu)件各個(gè)部位的方法是利用泡沫芯材表面的溝槽或切口，來(lái)引導(dǎo)樹脂的流動(dòng)。采用這種工藝方法制作的夾層結(jié)構(gòu)具有纖維含量高、鋪層時(shí)間不受限制、不需要手糊樹脂并進(jìn)行壓實(shí)等優(yōu)點(diǎn)。另外一種高端的工藝過程是預(yù)浸料/熱壓罐或真空袋成型。由于PVC泡沫通常的固化溫度不超過80oC,在加溫加壓以后，泡沫孔隙中的氣體會(huì)釋放出來(lái)，從

34、而破壞芯材與面板之間的粘接。但如果PVC泡沫經(jīng)過特殊的熱處理，則可以達(dá)到120oC,1Bar以上，例如DivinycellHT,KlegecellTR,和Airlite/HerexC71,而且熱處理還會(huì)提高泡沫的熱尺寸穩(wěn)定性，即泡沫的熱蠕變性能。泡沫、巴薩木和蜂窩之間的對(duì)比多年以來(lái)，船舶制造中使用的芯材是巴薩（Balsa）輕木，更多情況下也使用普通的木膠合板。這類材料相對(duì)成本較低，具有很高的壓縮強(qiáng)度，但是比泡沫要重（一般密度都大于100kg/m3）,而且容易吸水，最終腐爛。和Balsa相比，泡沫芯材輕，吸水少，耐腐蝕。泡沫的疲勞性能和耐久性也比Balsa好。但是有些情況下，例如局部荷載很高或交

35、叉接頭的位置（例如：引擎安裝處或楔子周圍），Balsa要優(yōu)于泡沫材料。如果使用高密度?沫，價(jià)格相對(duì)Balsa要高很多。蜂窩材料例如Nomex（芳綸紙和酚醛樹脂）和鋁蜂窩常用在航空領(lǐng)域，因?yàn)樗鼈兙哂械母邚?qiáng)度、高溫穩(wěn)定性和輕質(zhì)的特點(diǎn)。但是蜂窩在船舶制造中存在許多的缺點(diǎn)：蜂窩和面板的粘接接觸面積相對(duì)較小，抗疲勞性能較差；蜂窩的開孔容易滲水導(dǎo)致芯材和面板的粘接破壞等等。結(jié)論泡沫芯材在造船行業(yè)的應(yīng)用越來(lái)越普遍，泡沫芯材有各種各樣不同的類型、密度和使用方法。在使用、設(shè)計(jì)泡沫芯材夾層結(jié)構(gòu)的過程中，芯材的選擇非常關(guān)鍵。必須考慮到使用環(huán)境、固化方法、荷載要求和綜合成本等諸多因素。TOP伊卡路斯的4樓大中小發(fā)表于

36、2010-5-109:13只看該作者夜深人靜的時(shí)候樓主還為大家奉獻(xiàn)這么好的精神食糧，可敬啊!羽翼ps：光棍吧A_AMember施鷗帖子208From蜀 個(gè)人空間 發(fā)短消息 加為好友 當(dāng)前離線TOP楊帆5樓大中小發(fā)表于2010-5-109:16只看該作者總結(jié)的太精辟了！可以看出serol老師下了很大的功夫，我個(gè)人表示非常感Member/：謝！雁夾芯復(fù)合結(jié)構(gòu)不盡在航空領(lǐng)域，在其他方面用途也非常廣泛，特別是近些年Q呼"來(lái)在風(fēng)力發(fā)電方面應(yīng)用非常迅猛。泡沫芯材有很多種類和用途，當(dāng)然，最高S級(jí)別是航空方面的，正像serol老師所說它是經(jīng)過特殊處理的，但我個(gè)人認(rèn)為在輕航機(jī)方面沒有必要應(yīng)用那么好的芯

37、材，一般風(fēng)力發(fā)電用的芯材就可以210了，這在我校風(fēng)能所得到了驗(yàn)證，上海的兩坐電動(dòng)滑翔機(jī)也是如此的，螺旋From»槳可以用級(jí)別高的航空泡沫芯材，再有一些非航空級(jí)別的泡沫芯材不適用于預(yù)侵料，固化溫度也不是很高（一般是中溫固化），這些都需要注意，這也是螺旋槳為什么選擇級(jí)別高的芯材的原因。當(dāng)然選材與復(fù)合結(jié)構(gòu)也有關(guān)系，.個(gè)人中間夾芯兩邊帶面層（纖維織物復(fù)合材料或薄壁鋼板）和大塊芯材表面空間鋪層，還有一定的區(qū)別。密度的選擇與上面也有關(guān)系?，F(xiàn)代的泡沫芯材都是發(fā)短閉孔結(jié)構(gòu)，是不吸水的，但聚氨酯硬泡有一定的吸水量，10虬右。伯特魯消息坦先生很早就提過聚氨酯硬泡不是很耐久的，前面sero1老師也提過“樹脂力口為/芯材（PUR界面易產(chǎn)生老化，從而導(dǎo)致面板剝離”，但聚氨酯可以現(xiàn)場(chǎng)發(fā)好友泡，密度可以控制，在補(bǔ)縫方面還是有一定優(yōu)勢(shì)的，一些泡沫芯材板可以現(xiàn)當(dāng)前場(chǎng)加熱彎曲，這給加工帶來(lái)很多便利，同時(shí)也節(jié)省材料，簡(jiǎn)化了工藝。面層離線與芯材之間所使用的膠粘劑，在選擇膠粘劑方面也要注意，它對(duì)強(qiáng)度是有影響的，最好是選擇其專用的結(jié)構(gòu)膠。TOPserolMembe隊(duì)雁帖子684大中小發(fā)表于2010-5-112:51只看該作者這篇文章發(fā)完我就睡著了呵呵這個(gè)是我請(qǐng)教一位造魁基Q2的老前輩,想找一下這方面資料，歸納一下，供大家學(xué)習(xí)From福建