夹芯复合材料夹心材料Word格式.docx

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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PVCm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PVCPET

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。

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。

？

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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。

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"

的桨叶都使用了轻质木芯材。

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；

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ABSS

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，可减少安装时间。

交联的PVC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。

赛车具有高的抗冲击强度和能量吸收能力。

法国制造的铁路冷藏车采用PVC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。

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60kg/m3的交联PVC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40kg/m3PVC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】Balsa轻木夹芯材料使用方法及铺层方案

balsa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理想材料。

balsa木夹芯是由横断面balsa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100-150kg/m3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（-212C〜+163C），是一种非常理想的天然夹芯材料。

balsa木夹芯的操作简单，适合于各种成型工艺：

包括手糊、喷射、rtm、真空袋成型工艺、

预浸料成型工艺以及真空树脂导入法等。

1、根据产品的尺寸、设计要求及用途，选择正确的balsa轮廓板，设计合理的玻璃钢辅层

2、在铺放轮廓板时要为它淮备一个床层，即将轮廓板铺在450g/m2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20-80%至25-75%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。

3、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层的玻璃纤维和树脂的重量比中。

4、设定固化剂添加比例，将床层树脂的胶凝时间控制在20-40分钟。

床层的实际凝胶时间可能与制作实验小样时试杯中的凝胶时间有所不同特别是对于添加量少于0.75%的浓度为60%勺过氧化甲乙酮固化剂。

注释：

2、3、4:

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2、3、4中的操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，达到很高的粘接强度，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50g/m2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脂，在确保弹性的同时，也可作为床层和夹心层的粘接界面。

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时间，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时间为20-40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。

5、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。

6在铺玻璃钢层之前，使床层和轮廓板充分固化。

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。

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。

发现之后及时进行修补。

7、在铺边缘的时候，逐步改变铺层厚度。

因为在已经有铺层的区域和没有铺层的区域之间存在着刚度差异，为了消除由这些差异引起的压力集中，可使用楔形修边的轮廓板或用腻子铺边。

这种操作同时也可避免产生气泡或树脂过于集中。

在轮廓板上开始铺放厚度至少为300g/m2的毡或同等厚度的短切纤维。

8、为了使整个铺层良好，应保证面板层的厚度一致。

（允许微小误差）

因为夹心层不是铺在玻璃钢铺层之间，而是直接与蒙皮粘接，所以我们建议使用毡或短切纤维。

这层辅层不象床层那样需要有缓冲力，所以使用的毡的厚度与床层所使用的不一样在制造船舶等产品时，通常外层的蒙皮比较厚，从而达到更高的强度和耐冲击、耐磨损强度，同时获得高质量产品。

但是，最重要的要保持两层铺层厚度的平衡，否则三明治结构不可能达到最佳的结构性能。

9、在铺层中所使用的所有材料都对潮湿很敏感，所以一定要注意防潮。

将所有材料储存在干燥的地方。

为了防潮，使用塑料膜密封轮廓板，使用时再开启包装。

1、极高的强度-重量比;

2、突出的抗压缩性能;

3、良好的面板粘接性能；

4、操作简单，工艺性好；

5、良好的绝热、隔音性能；

6高抗冲击性和抗疲劳性；

7、良好的阻燃、低烟密度和烟毒性

8、优良的耐水性能；

9、操作温度范围达到-212C至+163C；

模具：

手糊、rtm用玻璃钢模具，尺寸稳定性好

船舶：

船壳、尾封板、龙骨、甲板、上层结构、舱壁等

军舰：

上层结构、舱壁、甲板、整流装置

铁路：

导流罩、地板、墙壁、门、顶板、内隔板

汽车：

地板、顶板、单壳体车身结构

航空：

地板、内隔板、货舱及集装箱

工业：

风力叶片、导流罩、防腐罐、管道

建筑：

混凝土结构、轻质结构以及建筑模板

军事：

战术掩体、货舱及集装箱体育：

滑雪板、滑水板等其它：

撞击与反冲测试设备