夹芯 复合材料夹心材料.docx

夹芯】夹芯材料简介一、 原理自二十世纪四十年代低密度的夹芯材料就已用于复合材料，它可提高弯曲强度、降低重量具有相 同负荷能力的夹层结构要比实体层状结构轻好几倍夹芯材料能够降低单位体积的成本、削弱噪音 与震动、增加耐热、抗疲劳和防火性能等夹芯材料的作用机理是将剪切力从表皮层传向内层，使 两个表皮层在静态和动态载荷下都能保持稳定，并且吸收冲击能来提供抗破坏性能二、 分类用于复合材料夹层结构的夹芯材料主要有：硬质泡沫、蜂窝和轻木三类① 硬质泡沫主要有聚氯乙烯（PVC）、聚氨酯（PU）、聚醚酰亚胺（PEI）和丙烯腈—苯乙烯（SAN 或AS）、聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）、发泡聚酯（PET）等② 蜂窝夹芯材料有玻璃布蜂窝、NOMEX蜂窝、棉布蜂窝、铝蜂窝等蜂窝夹层结构的强度高， 刚性好，但蜂窝为开孔结构，与上下面板的粘接面积小，粘接效果一般没有泡沫好③ 轻木夹芯材料是一种天然产品，市场常见的轻木夹芯主要产自南美洲的种植园，由于气候原因， 轻木在当地生长速度特别快，所以比普通木材轻很多，且其纤维具有良好的强度和韧性，特别适合用于复合材料夹层结构三、 应用领域夹芯材料的应用领域广阔，涉及能源、航空航天、船舶、交通运输、建筑等领域。

航空航天飞机的主要部件，如机身，机翼和尾翼可采用PVC泡沫夹芯材料复合结构，同时使用丁二烯在 生产中不必进行高压高温处理飞机的重量得以减轻直升飞机最新一代复合螺旋桨叶采用密度较 低、可耐大多数溶剂且可经受高压蒸煮温度和压力的PMI泡沫夹芯材料它采用传统预浸工艺制 造这种新型复合螺旋桨叶的寿命可达10000h/L，是先前金属桨叶寿命的十倍今天超轻型竞 赛飞机、飞机模型和现代"超级风车"的桨叶都使用了轻质木质夹芯材料船舶常规的交联PVC泡沫己在船舶中广泛应用瑞士海军的护卫舰使用了 28、13.5、0.09m片状 构造的丁二烯蜂窝夹芯材料聚氨酯（PU）发泡夹芯材料也常用于船舶的建造80kg/m3高 密度泡沫可应用于承载部件如船舷等；80〜120kg/m3的泡沫专门用作甲板和上部构造的芯 材硬质PU泡沫广泛用于水槽、绝缘板、结构性填料和充空填料大型冷藏拖网鱼船很多是整 体成型的夹芯构，用玻璃布制作内外蒙皮，夹芯材料的厚度为100mm该类船具有轻质、高强、 耐海水腐蚀、抗微生物附着以及吸收撞击能很多游艇的船底、表面使用了标准的轻质木，以保证 最大的剪切和挤压强度；船前部和甲板使用了密度较低的轻质木；隔壁面板室内地板和家具也使用 了轻质木夹芯材料。

在多杂物（浮木等）漂浮的巴拿马运河中营运的快速渡轮，其抗破坏能力应是首先考虑的，其次是 总重量轻以保证渡轮的速度由于这些原因，一种线型PVC泡沫芯材被选作船壳底材，另一类型的PVC泡沫芯材作船壳侧面材料和舷侧突出部部件使用玻纤增强表皮层和真空袋膜工艺；甲板 和船舱侧面使用横纹轻质木夹芯材料，其表面用交联环氧树脂/玻纤板材做舱房表皮层，以保证渡 轮达到ABS标准交通运输交联的PVC夹芯材料在铁路运输中得到广泛应用，并用于公共汽车和有轨电车及摩托车等一级 方程式赛车模仿自然蜂窝结构，使用空心六边形管相互作用增强原理制作芯材赛车具有高的抗冲 击强度和能量吸收能力比赛用自行车也采用这种蜂窝结构芯材法国制造的铁路冷藏车采用PVC 泡沫夹芯材料提高隔热效果其它夹芯材料用于运输车辆主要是利用它们的绝缘性，如聚异氰酸酯 绝缘泡沫塑料等建筑夹芯材料在建筑上的应用十分广泛在内外墙上使用纤维板、胶合板等各种夹芯材料，使墙壁具有 隔音、隔热、轻质、高强等优点由于顶棚强度要求不太高，只要求重量轻、刚性好，有一定防火、 保温性能，其次是美观和价格便宜，安装方便，因此通常采用各种纤维芯材和PE钙塑泡沫芯材等 其它夹芯材料用在建筑上主要是利用它们的绝缘性。

风能夹芯材料是风电叶片的关键材料之一，为增加结构刚度，防止局部失稳，提高整个叶片的抗载荷能 力，在叶片的前缘、后缘以及剪切肋等部位，一般都会采用夹层结构用于风电叶片的夹芯材料主要有交联PVC泡沫、Balsa轻木和PET泡沫典型的设计方案是， 把强度较高的Balsa轻木（密度为150kg/m3）用于承受载荷较大的靠近叶根的部位，交联 PVC泡沫（密度为60kg/m3）用于承载较小的靠近叶尖的部位，从叶根向叶尖方向，夹芯材 料的厚度逐渐减小也有叶片厂家只使用Balsa轻木或泡沫夹芯】何为三明治夹芯结构？,是一种特殊的复合材料结构类型，三明治夹芯结构是通过在重量轻而相对厚一点的芯材两侧贴上 两层薄而坚固又有刚度的面板所组成三明治夹芯结构有着典型的轻重量、高刚性和高强度特征 当三明治夹芯结构承受弯曲载荷时，其工作原理从某种意义上来说类似于工字钢，工字钢翼板（正 如三明治夹芯结构的面板）承载平面压缩和拉伸荷载，而工字钢腹板承受剪切载荷（正如结构三明 治夹芯结构的芯材）像使用传统的工字钢一样，当上下面板之间的距离被进一步分开，结构就能 获得更大比例的刚性较厚的芯材能达到同样的效果，但它也能提供一个总体的低比重，这就获得 了高刚度-重量比。

三明治夹芯结构在具有在保持力学性能的同时显着减轻重量的能力减重带来 许多好处，包括增加的行程、更大的载荷和降低的油耗所有这些都对成本和减少对环境的冲击有 着积极的影响因此，在三明治夹芯复合材料的应用变得越来越广泛三明治夹芯复合材料除了具有较高的刚度-重量比之外，还可以通过选择不同的芯材和面板来实现 不同的功能阻燃、低烟、无毒（FST）在公共汽车、火车和飞机这类人员高度密集的地方，通过选用适合的芯材可以实现三明治夹芯复合 材料的特殊功能一一阻燃、低烟和无毒一些结构芯材因为具有特殊的结构及原料特点，因此可以 在保证无毒的基础上实现自我熄灭功能；而隔热聚合物芯材通常由微孔结构构成，在这些微孔中充 满了空气从而实现隔热、隔冷效果隔音同样基于微孔结构，当芯材选用合适的材料时，可以实现三明治夹芯复合材料具有良好的隔音效果 这在高铁、航空等领域的应用已经非常广泛了耐腐蚀三明治夹芯结构复合材料的面板通常可以选用一些刚性相对较差但具有良好的抗冲击、耐腐蚀性能 的材料，例如玻璃钢以游艇壳体为例，通过选用以玻璃钢为面板，以PVC、PET泡沫或轻木为 芯材的三明治夹芯结构复合材料，不仅可以使游艇壳体在高盐、高腐蚀的情况下具有良好的寿命， 还能实现隔热、抗冲击、防火等各项性能。

这使三明治复合材料成为船舶和海底结构应用的理想选 择介电性质一些芯材材料具有卓越的介电性质这使得它们可以隔断无线电波的干扰——这一特点可以用于设计和建造雷达罩、雷达设备的球形遮蔽物或X光设备最典型的三明治夹芯结构复合材料通常由面板、芯材、胶合层组成面板（上蒙皮、下蒙皮）面层承载三明治夹芯结构中的拉伸和压缩应力局部的抗弯刚度往往小到可忽略不计像钢、不锈 钢、铝、玻璃钢这样的传统材料常被用于面层材料，随着碳纤维的高速发展，如今碳纤维也已经是 三明治夹芯结构复合材料的主要选择之一芯材芯材的作用是支撑的面板使它们不会产生向内或向外的弯曲（变形），并将它们彼此保持在相应的 位置芯材由于通常密度较低，因此夹层结构材料与能承担同等载荷的非夹层结构材料相比，质量 大为减轻；芯材还有一个作用，它的加入扩大了两个面板间距，而面板间距越大，整个夹层结构材 料截面惯性矩越大，因此其整体强度会得到一定提升，因此芯材通常还需具备较好的抗剪切强度 胶合层（胶黏剂）为了使面层和芯材之间相互配合，面层和芯材之间的胶黏剂必须能传导它们之间的剪切力胶黏剂 必须能承载剪切和拉伸应力，胶合层通常由树脂组成夹芯】玻璃钢夹芯材料的主要作用及应用自二十世纪四十年代低密度的"芯"就已用于复合材料，它可分隔表皮材料可提高弯曲强度、降低重 量。

具有相同负荷能力的夹层结构要比实体层状结构轻好几倍芯材还能对整体强度起加强作用， 降低单位体积的成本、削弱噪音与震动、增加耐热、抗疲劳扣防火性能等芯材的是将剪切力从表 皮层传向内层，使两个表皮层在静态和动态载荷下都能保持稳定，并且吸收冲击能来提供抗破坏性 能芯材大致上分成三类：泡沫类，柔韧或坚硬；蜂窝类，一般选为更高规格的应用；膜袋制法和三 维（3D）织物或无纺布芯材的应用领域广阔，涉及航空航天、船舶、交通运输、建筑等领域航空部门特别需要轻质高强的材料夹层结构获得低密度芯材的方法之一是复合模袋法它在泡沫 中将微珠有序结合，典型的是玻璃微珠轻而坚硬的芯材或层材，用于飞机、航空器和其它领域 它们具有防火、低导电和抗破环的特性飞机的主要部件，如机身，机翼和尾翼可采用PVC泡沫芯材复合结构，同时使用丁二烯在生产 中不必进行高压高温处理飞机的重量得以减轻直升飞机最新一代复合螺旋桨叶采用密度较低、 可耐大多数溶剂且可经受高压蒸煮温度和压力的PMI泡沫芯材它采用传统预浸工艺制造这种 新型复合螺旋桨叶的寿命可达10000h/L先前的金属桨叶寿命提高十倍飞机的机舱地板对材 料的要求非常挑剔由于其使用的特殊性，要求其轻质、高硬度、耐疲劳及长寿命。

现在飞机上使 用了芳族聚酰胺纤维为芯材的地板和其它类似的产品这些产品最大的优点是有效而持久，即使用 于喷气式飞机的过道，也完全满足了机舱地板材料的要求飞机上最早使用的铝质夹层结构虽然轻 质j更实，但是它不耐腐蚀、易扭曲、导热、有导致点载荷破坏的倾向，而以芳族聚酰胺纤维为芯 材的地板完全克服了铝质夹层结构的这些缺陷美国新泽西洲的巴尔特得公司在20世纪60年代宇航员乘坐的探测号上使用了轻质木芯材它使 宇航员乘坐的探测号经受了降落时的冲击70年代轻质木芯材被用来隔离盛有大量液氮的舱体 今天超轻型竞赛飞机，飞机模型和现代"超级风车"的桨叶都使用了轻质木芯材常规的交联PVC泡沫己在船舶中广泛应用瑞士海军的护卫舰使用了 28、13.5、0.09m片状 构造的丁二烯蜂窝芯材聚氨酯（PU）发泡芯材也常用于船舶的建造80kg/m3高密度泡沫 可应用于承载部件如船舷等；80〜120kg/m3的泡沫专门用作甲板和上部构造的芯材硬质 PU泡沫广泛用于水槽、绝缘板、结构性填料和充空填料大型冷藏拖网鱼船海王星号甲板室是整 体成塑的夹芯结构，用玻璃布制作内外蒙皮和芯材，芯材的厚度为100mm该船具有轻质、高 强、耐海水腐蚀、抗微生物附着以及吸收撞击能。

该船在条件恶劣的巴伦支海和北大西洋营运烟 草竞速队11.5m长的高速机船赢得了 1998年西海岸机船赛F2级（10.5〜12.2m ）冠军 它的船底和表面使用了标准的轻质木，以保证最大的剪切和挤压强度；船前部和甲板使用了密度较 低的轻质木；隔壁面板，室内地板和家具也使用了轻质木芯材；泡沫芯材船头取代了陈旧笨重的式 洋其结果是重量降低22%，速度提高了 24km/h，达到136km/h 了以上在多杂物（浮木等）漂浮的巴拿马运河中营运的快速渡轮，其抗破坏能力应是首先考虑的，其次是 总重量轻以保证渡轮的速度由于这些原因，一种线型PVC泡沫芯材（密度140kg/m3）被 选作船壳底材，密度80kg/m3的PVC泡沫芯材作船壳侧面材料和舷侧突出部部件使用玻纤 增强表皮层和真空袋膜工艺；甲板和船舱侧面使用密度为78kg/m3的横纹轻质木芯材，其表面 用AL-600R/10 （轻质木的专用表面处理剂）处理，以提高粘结力；交联环氧树脂/玻纤板材 做舱房表皮层；材料加工运用计算机层压设计程序，以保证渡轮达到ABS标准通用汽车（GM）第5代C-5雪佛兰车使用了夹层结构的底板系统这个夹层已进行了优化， 以提高速度，降低噪音，减轻摇摆以及提供足够的刚度支持汽车的座位。

通用汽车公司选用控制密 度的横纹轻质木这种材料由计算机数控切割，可减少安装时。