{JZ}夹芯复合材料夹心材料231

1、【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。 硬质泡沫主要有聚氯乙烯（）、聚氨酯（）、聚醚酰亚胺（）和丙烯腈苯乙烯（或）、聚甲基丙烯酰亚胺（）、发泡聚酯（）等。 蜂窝夹芯材料有玻璃布蜂窝、蜂窝、棉布蜂窝、铝蜂

2、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。 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

3、压蒸煮温度和压力 的泡沫夹芯材料。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， 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。船舶常规的交联泡沫己在船舶中广泛应用。瑞士海军的护卫舰使用了、片状构造的 丁二烯蜂窝夹芯材料。聚氨酯（）发泡夹芯材料也常用于船舶的建造。 3高密度 泡沫可应用于承载部件如船舷等。3勺泡沫专门用作甲板和上部构造的芯材。硬质泡沫广泛用于水槽、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。该类船具 有轻质、高强、耐海水腐

4、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，其抗破坏能力应是第 一步考虑的，其次是总重量轻以保证渡轮的速度。 由于这些原因，一种线型泡沫 芯材被选作船壳底材，另一类型的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，以保证渡轮达到标准。交通运输交联的夹芯材料在铁路运输中得到广泛应用，并用于公

5、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钙塑泡沫芯材等。其它夹芯材料用在建

6、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泡沫、轻木和泡沫。典型的设计技术指导文 件是，把强度较高的轻木（密度为 3用于承受载荷较大的靠近叶根的部位，交 联泡沫（密度为3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

7、。三明治夹芯结构有着典 型的轻重量、高刚性和高强度特征。三明治复合材料高压汕强度高剪切强度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著减轻重量的能 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

8、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（）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

9、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、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梦想选择。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一一这 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

10、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）

11、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

12、类，一般选为更高规格的应用。 膜袋制法和三维（）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泡 沫芯材。它采用传统预浸工艺制造。这种新型复

13、合螺旋桨叶的寿命可达先前的金 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世纪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。 年代轻质木芯材

14、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。常规的交联泡沫己在船舶中广泛应用。瑞士海军的护卫舰使用了、片状构造的 丁二烯蜂窝芯材。聚氨酯（）发泡芯材也常用于船舶的建造。3高密度泡沫可应用于承载部件如船舷等。3 勺泡沫专门用作甲板和上部构造的芯材。硬质泡沫 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。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。烟草竞速队长的高速

15、机船赢得了年西海岸机船赛 级（）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,速 度提高了，达到了以上。在多杂物（浮木等）漂浮的巴拿马运河中营运的快速渡轮，其抗破坏能力应是第 一步考虑的，其次是总重量轻以保证渡轮的速度。 由于这些原因，一种线型泡沫 芯材（密度3被选作船壳底材，密度3勺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3勺横纹 轻质木芯材，其表面用（轻质木的专用表面处

16、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 轮达到标准。通用汽车（）第代-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 装进度。交联的芯材在铁路运输中得到应用，典型的实例是丹麦的火车，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

17、路冷藏车采用泡沫芯材提高隔热效果。其它芯材用于运输 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。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钙塑泡沫芯材等。其它芯材用在建筑上主要 是利用它们的绝缘性，如美国艾洛特公司生产的聚异氰酸酯绝缘泡沫塑料用于工 业隔离门，冷冻装置、墙板和通风管道。美国蜂窝芯材公司的纸质芯材应用于耐 化学腐蚀的门，建筑板材和内装饰及地板。降低成本、增强隔热性和

18、降低噪音是休闲设施制造商们考虑的主要因素。减重、 节省油料和优美的外形也是选择使用芯材时要考虑的因素。密度 3的交联泡沫可 在真空袋膜制法的聚酯玻纤层中使用。跨度较小且较低的门体可用3硬质泡沫。门体更轻、外观好，制造成本低。未来建筑技术的竞争是材料的有效利用。 未来复合材料设计的关键在于芯材的选 择。【夹芯】轻木夹芯材料使用方法及铺层技术指导文件具有独特的细胞结构和轻质、高强的特点，这些特点使其成为结构夹芯的梦想材 料。木夹芯是由横断面木制作的结构夹芯材料，产品经过干燥、杀菌、拼接、切 片和表面处理等工序。轻木夹芯材料的密度范围在3之间，其强度和刚度远超各类泡沫的强度和刚度，成型温度广泛C C

19、），是一种非常梦想的天然夹芯材料。木夹芯的制作简单，适合于各种成型工艺：包括手糊、喷射、真空袋成型工艺、 预浸料成型工艺以及真空树脂导入法等。、根据产品的尺寸、设计要求及用途，选择正确的轮廓板，设计合理的玻璃钢辅 层。、在铺放轮廓板时要为它淮备一个床层，即将轮廓板铺在/2厚的毡或同等厚度的纤维床层上。对于床层来讲，玻璃纤维与树脂的比例应当在至的范围内。 但对 于其它的辅层，玻璃纤维与树脂的比例则遵循通常的标准。在铺放轮廓板之前， 先辊压玻璃纤维床层。玻璃纤维床层的铺制方法与其它铺层的铺制办法相同。、为了便于铺层的粘接，在铺放轮廓板之前可以用树脂对轮廓板进行预浸，并将这部分预浸树脂的重量计算到床

20、层的玻璃纤维和树脂的重量比中。、设定固化剂添加比例，将床层树脂的胶凝进度控制在分钟。床层的实际凝胶进 度可能与制作实验小样时试杯中的凝胶进度有所不同特别是对于添加量少于的 浓度为的过氧化甲乙酮固化剂。注释：、：夹心结构的强度在很大程度上取决于整个铺层的完整性，其中也包括蒙皮 和夹心层之间的粘接效果。按步骤、中的制作方法就可达到最好的粘接效果。要使产品获得最好的粘接性能，达到很咼的粘接强度，就应将毡或短切毡紧挨着 夹心层粘接。因为床层上需要有足够的缓冲力或叫 弹性垫”当使用厚度小于/ 2的毡或短切毡时，由于夹心层表面粗糙，床层弹性不足，因此不能保证铺层间 紧密粘接。预浸：在床层上要倒入足够量的树

21、脂，在确保弹性的同时，也可作为床层和夹心层的粘 接桌面。在铺层时可以将轮廓板直接铺在树脂浸润的床层上，或者在铺敷之前将树脂预先刷在夹心层的背面。最重要的是保证床层的胶凝进度，使铺层达到最佳 性能。大多数用于船舶制造的聚酯树脂胶凝进度为分钟，可固化完全。固化过程 出现任何偏差，都会导致铺层本身的物理性能不好，而且也会降低粘接强度。、当床层胶凝固化时，不要对轮廓板铺层施加太大的压力（特别是不要在铺层上 行走）。因为这样会将轮廓板下的树脂挤压出来，导致铺层间产生空隙。但是， 在树脂胶凝之前，为了保证铺层与床层之间很好的粘接， 可以使用手压、辊压成 真空袋的方法，在铺层上正确施压。如果首次铺层没有粘接好，则必须将有空隙 的地方撕开重新铺粘，确保轮廓板在床层上粘接牢固。、在铺玻璃钢层之前，使床层和轮廓板十足固化。以避免铺层内产生气泡。在床 层固化完全，能铺放玻璃钢层之前，用一个很简单的方法可以检验铺层质量， 轻 轻敲击轮廓板。在粘接不好的地方就会发出中空的声音。注释：由于夹心层被镶嵌在床层上，所以当在某一点上施加压力时。所有的压力就会集 中在该处。衡量铺层质量的最简单的方法是在铺层完全固化后轻击轮廓板。 在粘 接不好的地方，敲击时就会发出中空的声音与粘接良好处所发出的声音不同。 发 现之后及