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1、复合材料夹层结构芯材夹层结构的最初应用从上世纪初的航空航天业开始，逐步发展到今天的船舶、交通运输、运动器材、风力发电、医疗器材等领域。德固赛（中国）投资有限公司上海分公司的胡培先生全面综述了各种芯材的特性、应用、市场分布及前景。 常用芯材及其应用 玻璃钢/复合材料中常用的芯材有泡沫、巴萨木和蜂窝等多孔固体材料。 巴萨木目前主要的用途集中在风电、船舶、铁路车辆等行业。相对而言，因为其密度选择范围小，面层破坏以后，吸水腐烂的缺点，已经逐步被PVC泡沫取代。但是因为其价格优势，目前还有一定的市场。 蜂窝主要有NOMEX纸蜂窝和铝蜂窝，蜂窝材料具有各向异性的特点。另外，因为蜂窝存在开孔结构，不适用一些
2、湿法工艺或树脂注射工艺，例如船舶和风电等领域。铝蜂窝因为和碳纤维面板之间存在电腐蚀的问题，一般不能和碳纤维一同使用。另外，蜂窝结构在使用过程中，会因为面层破坏，发生渗水问题。 玻璃钢/复合材料中常用的泡沫芯材有聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、聚氨酯（PUR）、丙烯腈-苯乙烯（SAN）、聚醚酰亚胺（PEI）及聚甲基丙烯酰亚胺 （PMI）等。 硬质聚氨酯PUR泡沫与其他泡沫相比，其力学性能一般，树脂/芯材界面易产生老化，从而导致面板剥离。作为结构材料使用时，常用作层合板的纵、横桁条或加强筋之芯材。有时PUR泡沫也能用于受载较小的夹层板中，起到隔热或隔音的作用。该类泡沫的使用温度为150左右，
3、吸声性能良好，成型非常简单，但是机械加工过程中易碎或掉渣。PUR泡沫价格相对便宜，发泡工艺也比较简单，采用液体发泡。目前主要在运动器材，例如网球拍、冰球棒中用做工艺芯材，并起到一定的阻尼作用。另外在冲浪板中也普遍使用PUR泡沫或EPS泡沫作为芯材。 PEI泡沫原先由AIREX公司生产，型号为AIREX R82，由聚醚酰亚胺/聚醚砜发泡而成，具有很高的使用温度和良好的防火性能。不过其价位相对较高，但是这种泡沫可以在兼有结构要求和防火要求的部位使用，其使用温度为-194 +180。由于满足严格的阻燃要求，适合在飞机和列车内使用。但2005年，原材料供应上出现了问题，目前已退出市场，而逐步被PMI
4、S类型泡沫取代。 目前占市场份额最大的是PVC泡沫芯材，又分为线形PVC和交联PVC泡沫两种。交联PVC泡沫是由热塑性的PVC和交联热固性聚氨酯组成，主要产品型号有Divinycell、Klegecell和Herex C。交联PVC的强度和刚度比线性PVC的高，但是韧性较差，其使用温度范围为-240 +80，并且能够耐多种化学物质腐蚀。尽管PVC泡沫是可燃材料，但阻燃型的PVC泡沫可用于有严格防火要求的结构中，例如列车车厢等。但是需要注意的是PVC在燃烧以后，会产生氯化氢。选择固化工艺方法时，应虑及PVC泡沫在温度升高时会释放气体。交联PVC泡沫通常用于船底、舷部、甲板、舱壁及上层建筑中，主要
5、厂商有AIREX和Diab公司。 线形PVC泡沫是一类具有高韧性、良好抗冲击性能、能量吸收性能和耐疲劳性能的泡沫材料。线性PVC泡沫的强度和刚度相对交联PVC来讲要低。在施工过程中需要注意的是，树脂中的苯会渗透到泡沫里面，使树脂固化不完全，同时引起泡沫降解。这种泡沫通常用于船体受冲击荷载比较大的部位，例如船底和舭舷部。目前市场上有AIREX公司的AIREX R 63系列，价格相对交联PVC泡沫要高。 PS泡沫曾广泛用在船舶、冲浪板制造行业。虽然其具有重量轻（40 kg/m3）、成本低、易于加工等优点，但因力学性能差，很少在高性能结构件中使用。另外，这种泡沫不能和聚酯树脂同时使用，树脂中含有的苯
6、会降解泡沫。目前，在冲浪板行业内有少量使用。 SAN泡沫属于热塑性材料，由英国SP Systems公司生产，CORECELL?型号的泡沫，主要是针对船舶市场而开发。发泡制作工艺和线性PVC的工艺基本相同，性能也和线性PVC基本相同，热稳定性能比线性PVC好，相当于普通交联PVC。大多数情况下，在船舶结构中可以用SAN泡沫代替线性PVC泡沫。价格略高于PVC泡沫。 在密度相同的条件下，PMI是强度和刚度最高的泡沫材料。高温耐蠕变性能PMI泡沫经适当的高温处理以后，能满足190的固化工艺对泡沫尺寸稳定性的要求，适用与环氧或BMI树脂共固化的夹层结构构件中，例如航天航空结构、医疗床板、天线结构等，作
7、为碳纤维复合材料面板的芯材。PMI泡沫采用固体发泡工艺制作，为孔隙基本一致、均匀的100%闭孔泡沫。德国德固赛（Degussa）公司生产的ROHACELL?领导着市场上的PMI芯材。 图1：AVANTO车头 芯材的市场分布和前景 目前芯材主要市场分布在航天航空、船舶制造、运动器材、风力发电、交通工具和医疗器材等行业。在航天航空等先进复合材料领域，客户可以选择NOMEX?蜂窝、铝蜂窝和ROHACELL?泡沫芯材。ALCAN、DIAB和SP Systems公司的市场主要集中在船舶制造、运动器材、风力发电等领域。对于交通运输行业，主要根据防火助燃要求，选择相应的夹层结构芯材。 为了应付日益增加的石油
8、危机，每个国家都将推进可再生能源项目，例如风力发电等。我国风能资源丰富，风电是未来最有希望增加我国发电装机容量的可再生能源。目前全国风电装机容量仅78万千瓦。 2004年，包括风能在内的可再生能源总装机容量仅为0.7GW（百万千瓦），到2010年计划升至4GW，到2020年计划升至40GW。这样会大大推进中国的泡沫芯材市场需求。 图2：A340的后压力框 Enercon公司是一家领先的德国风机生产商，与德国Gaugler & Lutz公司是合作伙伴关系，AlCAN AIREX公司在全世界范围内提供HEREX C70泡沫用作Enercon公司的风机叶片生产，而Gaugler & Lutz公司则提
9、供半成品的预制件用于叶片的组装，需要时及时地提供预制件运输和地区技术服务。 铁路运输也是一个因为应用轻质高强芯材而受益的行业。ROHACELL类型泡沫由于良好的阻燃性、高力学性能、良好的抗疲劳性能和高环保性而广泛应用在车厢地板、顶板、两壁及整个车厢的夹层板材中。 船舶也是夹层结构的一个主要市场。对于受力部件，如船壳、舱壁等，抗波性是最重要的性能之一，而HEREX C70和C71泡沫由于高强度而被赛艇制造商和设计师广泛应用。总部位于Giebelstadt的Bavaria游艇公司，是游艇制造业的领先者，拥有10种不同类型游艇系列（9.215.2米），Bavaria游艇公司近年来发展迅猛，最近又开发
10、了8.211.6米的摩托艇系列。在该系列船舶的船壳中就选用了HEREX C70芯材，ALCAN AIREX认为这种芯材具有很好的比强度，是市场上抗破坏性最强的交联聚氯乙烯泡沫。 图3：已成型、待用的泡沫加强筋 最新产品 2005年，瑞典DIAB公司在改善原有Divinycell H类型泡沫性能的同时，推出了Divinycell HP型号PVC泡沫。 新的Divinycell H泡沫，强度性能平均提高了10%，剪应力提高了20%，断裂延伸率提高了50%。同时，新的Divinycell H泡沫的温度和尺寸稳定性也得到了改善。在工艺温度达到90和一定压力作用下，不发生大的变形。泡沫的孔隙大小减少了5
11、0%，降低了因为泡沫表面开孔导致的树脂吸收率。 Divinycell HP是一种新型PVC泡沫，它的工艺温度可以达到130，可以和中低温固化预浸料或树脂注射（RFI）工艺配合使用，具有工艺条件下的耐压缩蠕变性能。Divinycell HP能够满足一些在对使用温度有要求的复合材料制件，例如，在热带条件下航行的船舶，如果表面使用的是黑色胶衣，温度常常超过90。Divinycell HP的基本力学性能，例如剪切强度、剪切模量和剪切应变都比其他PVC泡沫或SAN泡沫高。 图4：A380的后压力框 2004年，Degussa公司针对树脂注射工艺推出了ROHACELL RIST和RIMA类型的泡沫。ROH
12、ACELL RIST是一种结构用途的泡沫针对树脂注射工艺树脂粘度低的特点，减少了泡沫孔隙大小，在保证粘接强度的前提下，降低了树脂吸收率，达到了减轻结构重量的目的。ROHACELL RIMA是作为树脂注射工艺的辅助芯材，因为不作为结构材料，通过进一步减少孔隙大小，使得树脂吸收率几乎降低为零。 最新的应用案例 在Alcan Airex公司声明停止生产PEI泡沫以后，德固赛公司提出了用ROHACELL S代替PEI泡沫的建议。虽然和PEI泡沫相比，ROHACELL S的FST（火焰、烟雾和毒性）要差一些，但是ROHACELL S泡沫是目前最能满足燃烧性能要求的泡沫芯材。在中国最新建造的磁悬浮项目中，
13、将原先的PEI泡沫全部换成了ROHACELL S泡沫，目前正在成都飞机制造厂和长春客车厂制造。另外在德国西门子公司生产的巴黎地铁AVANTO车头（图1）项目上，Jupiter Plast公司采用ROHACELL 51 S泡沫作为芯材，满足了不含卤素材料和减轻重量的结构要求。另外因为ROHACELL 51 S具有良好的抗冲击性能，车头通过了30吨载荷条件下的正面冲击实验，冲击块移开以后，不发生变形，这也是目前唯一通过现行冲击实验标准的复合材料车头。该项目也获得了2006年最新公布的JEC复合材料地面交通类的创新奖。 图5：骗馈天线反射面的正面 泡沫填充加筋条最新应用在空中客车A340和A340-
14、600的后压力框结构中（图2）。到目前为止，已经有近1700个经过CNC加工，热成型的ROHACELL?71 WF-HT运抵临近汉堡的空中客车Stade工厂，供A340使用（图3）。ROHACELL?泡沫具有很好的耐压缩蠕变性能和尺寸稳定性能，可在180、0.35Mpa和2小时的固化条件下，采用夹层结构共固化工艺，降低成本。PMI泡沫能够保证加强筋周边的预浸料完全压实，因此可以替代气囊工装，避免了使用气囊需要多次固化等一系列的问题。已经成功的制造了近170多个后压力框，还没有出现一个废品，也证实了ROHACELL?加筋条工艺的可靠性和可行性。 在A340后压力框成功采用ROHACELL泡沫填充
15、筋条结构形式的基础上，A380后压力框也采用了这一技术（图4）。在A380结构中，泡沫筋条长达2.5米，几何形状相对更加复杂。ROHACELL?泡沫加工和热成型比较容易，这也是泡沫填充筋条结构能够实现的关键。目前，已有200件加工成型完的泡沫筋条运抵空中客车Stade工厂。十多个巨大的后压力框已经成功固化。 图6：骗馈天线反射面的背面 类似的结构形式在反射面上也有应用。例如最近由北京天波环宇研究所开发的骗馈天线上，改变了过去采用NOMEX蜂窝夹层结构的传统设计，转而采用ROHACELL 51 IG作为筋条（如图5和图6所示），一次固化成型，大大简化了工艺过程。 总结：夹层结构的最初应用从上世纪
16、初的航空开始，逐步发展到今天的船舶、交通运输、运动器材、风力发电、医疗器材等领域，针对不同的应用领域和工艺质量需求，芯材也从最初的纸蜂窝发展到现在的NOMEX?蜂窝、各种聚合物泡沫，最近还有公司开发出了纤维增强泡沫芯材。随着需求的多样化，芯材的产品和应用也将不断发展。 胡培，德固赛（中国）投资有限公司;； pei.hu DIAB; Alcan AIREX; SP Systems; Enercon; www.enercon.de/en Gaugler & Lutz; www.gaugler-lutz.de Bavaria Yachtbau GmbH; www.bavaria- Jupiter P
17、last; www.jupiterplast.dk 长春客车厂; 西门子公司; 空中客车; （完） 本帖最后由 sero1 于 2010-5-1 01:03 编辑 帖子684精华0积分3819资源分255 分From福建阅读权限50在线时间2148 小时最后登录2010-10-5查看个人网站查看详细资料TOP 按照您设置的条件查找超轻型飞机！sero1 Member/大雁帖子684From福建 个人空间 发短消息 加为好友 当前离线 2楼 大 中 小 发表于 2010-5-1 00:51 只看该作者 这些都很贵，呵呵帖子684精华0积分3819资源分255 分From福建阅读权限50在线时间2
18、148 小时最后登录2010-10-5查看个人网站查看详细资料TOP 按照您设置的条件查找超轻型飞机！sero1 Member/大雁帖子684From福建 个人空间 发短消息 加为好友 当前离线 3楼 大 中 小 发表于 2010-5-1 01:03 只看该作者 作为上述内容补充结构泡沫芯材的历史回顾 玻璃钢/复合材料（FRP/CM）中常用的泡沫芯材有聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、聚氨酯（PUR）、丙烯腈-苯乙烯（SAN）、聚醚酰亚胺（PEI）及聚甲基丙烯酰亚胺 （PMI）等泡沫，其中PS和PUR泡沫通常仅作为浮力材料，而不是结构用途。目前PVC泡沫已几乎完全代替PUR泡沫而作为结构芯
19、材，只是在一些现场发泡的结构中除外。 严格意义上讲，第一种用在承载构件夹层结构中的结构泡沫芯材是使用异氰酸酯改性的PVC泡沫，或称交联PVC。第一个采用PVC泡沫夹芯的夹层结构是保温隔热车厢。交联PVC的生产工艺是由德国人林德曼在上世纪30年代后期发明的。二次大战以后法国将该工艺列入战争赔偿中，由克勒贝尔蕾洛雷特塑料公司（Kleber Renolit）开始生产Klegecell交联PVC泡沫，主要是一些用在保温隔热车厢中的低密度产品。上世纪5060年代，克勒贝尔蕾洛雷特塑料公司给几家欧洲公司发放了PVC泡沫的生产许可证。另外两家美国公司，B.F歌德雷奇（B.F Goodrich）和佳士迈威（J
20、ohns-Manville）也买到了许可证开始生产，但是几年以后就停产。当所有的生产许可证都过期以后，交联PVC的生产工艺过程转为公开。进入70年代以后，多数原来的欧洲许可生产厂家也已停产。目前两个主要的生产厂家是戴博（Diab）公司的Divinycell和Klegecell系列PVC泡沫及爱瑞柯斯（Airex）公司的Herex系列PVC泡沫。 20世纪40年代后期，林德曼使用高压气体作为发泡剂，制造出未经过改性的PVC泡沫，也叫线性PVC泡沫。 英国于1943年首先制成聚苯乙烯泡沫塑料，1944年美国道化学有限公司用挤出法大批量的生产聚苯乙烯泡沫塑料。 第二次世界大战期间，德国拜尔的试验人员
21、对二异氰酸酯及羟基化合物的反应进行研究，制得了PUR硬质泡沫塑料、涂料和粘合剂。1952年，拜尔公司报道了软质聚氨酯泡沫塑料的研究成果。 1993年，加拿大的ATC公司开始生产SAN泡沫。其制造工艺和线性PVC相似。 PMI泡沫是由德国罗姆（Rohm）公司于1966年首先用丙烯腈、甲基丙烯腈、丙烯酰胺和甲基丙烯酸酯热塑性树脂在180oC下发泡并交联制作聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的技术，接着日本的积水化学公司于1967年使用辐射交联方法制作聚甲基丙烯酰亚胺泡沫。夹层结构的工作原理及优点 作为孔隙材料芯材可以起到减轻结构的重量，增加结构的刚度，提高结构的强度等作用。夹层结构一般是由上面板、上面板与芯材的
22、粘结层、芯材、下面板与芯材的粘结层以及下面板所构成，这五个要素组成了一个整体的夹层结构。夹层结构传递荷载的方式类似于工字梁（见图1），上下面板（翼板）主要承受由弯矩引起的面内拉压应力和面内剪应力，而芯材（腹板）主要承受由横向力产生的剪应力（见图2）。图1工字梁和夹层结构的对比图2夹层结构对称间支梁的弯曲 为了使夹层结构的各要素能协同承载，面板与芯材之间的粘接层必须能传递荷载，这样至少应具备和芯材一样的强度。通常，如果加载以后，夹层结构的芯材发生破坏，其破坏位置一般位于粘接层下面的芯材部分，因为粘接层芯材表面的孔隙中由于填充了胶粘剂树脂，提高了粘接层泡沫的强度。选择正确的胶粘剂对夹层结构的强度也
23、有非常重要的意义，通常在选择胶粘剂的时候除了强度以外，还需要考虑使用温度、烟雾条件及其与芯材的面板材料的兼容性。如果选择与面板材料共固化，则胶粘剂或胶膜的固化条件需要与面板的共固化条件相一致。表1夹层结构和非夹层结构的刚度和重量之对比 表1中的结构构造是常见的FRP船舶中的铺层设计。可以看出，在弯曲刚度相近的情况下，夹层结构的重量比非夹层结构减轻很多。 泡沫夹层结构的优点还有：良好的隔热和隔音性能、抗冲击损伤性能及施工简便性等。在夹层结构中由于芯材是孔隙材料，整个夹层结构的导热系数和R值均比非夹层结构低。由于层合板的层数减少，降低了铺层制作成型的工作量，同时因为夹层结构的刚度较高，减少了加筋的
24、数量，这有利于冲击荷载的扩散。此外，孔隙芯材还能降低船舶航行中的噪声。泡沫芯材的性能和应用 对于芯材，除了剪切模量和强度以外，还需考虑材料的其他性能特点。压缩强度与承受局部荷载的性能相关，这种局部荷载包括工具的坠落、拖船调船时由拖柱、带缆桩和吊环等产生的局部荷载。图3和图4表示了不同泡沫芯材的剪切模量和剪切强度，图5为几种常见泡沫芯材的压缩强度。 由于泡沫材料是孔隙塑料，还需要根据设计夹层构件的温度要求，参考泡沫的热变形温度来选择适当的泡沫芯材。常见泡沫的热变形温度参见图5。图3 几种常见泡沫的剪切模量图4 几种常见泡沫的剪切强度图5 几种常见泡沫的压缩强度图6 几种常见泡沫的热变形温度 交联
25、PVC泡沫：这种泡沫是由热塑性的PVC和交联热固性聚氨酯组成，通常简称交联PVC泡沫，其主要产品型号为 Divinycell、Klegecell以及Herex C。交联PVC的强度和刚度比线性PVC的高，但是韧性要差。交联PVC泡沫的热稳定温度为120oC。所以在和环氧预浸料共同使用时，需要注意PVC的热蠕变性能。使用温度范围为-240oC+80oC，并且能够耐多种化学物质腐蚀。尽管PVC泡沫是可燃材料，但阻燃型的PVC泡沫可用于有严格防火要求的结构中，例如列车车厢等。但是需要注意的是PVC在燃烧以后，会产生HCl。 PVC泡沫耐苯，所以能够和聚酯树脂共同使用。PVC泡沫主要用在一些不需要压力
26、罐的工艺中。选择固化工艺方法时，应虑及PVC泡沫在温度升高时会释放气体，在采用RTM工艺时需要注意。交联PVC泡沫通常用于船底、舷部、甲板、舱壁及上层建筑中。主要厂商有Airex和Diab公司，有多种不同的型号和密度可供选择。 线性PVC泡沫：这类泡沫具有高的韧性、良好的抗冲击性能、能量吸收性能和耐疲劳性能。线性PVC泡沫的强度和刚度相对交联PVC来讲要低。在施工过程中需要注意的是，树脂中的笨会渗透到泡沫里面，使树脂固化不完全，同时引起泡沫降解。这种泡沫通常用于船体受冲击荷载比较大的部位，例如船底和舭舷部。目前主要产品是Airex公司的Airex R 63系列。 PS泡沫：曾广泛用在船舶、冲浪
27、板制造行业。虽然其具有重量轻（40kg/m3），成本低，易于机械加工等主要优点，但因力学性能差，很少在高性能结构构件中使用。另外，这种泡沫不能和聚酯树脂同时使用，因为树脂中含有的苯会降解泡沫。 PUR泡沫：与其他泡沫相比，其力学性能一般，树脂/芯材界面易产生老化，从而导致面板剥离。作为结构材料使用时，常用作层合板的纵、横桁条或加强筋之芯材。有时PUR泡沫也能用于受载较小的夹层板中，起到隔热或隔音的作用。该类泡沫的使用温度是150oC左右，吸声性能良好，其成形非常简单，但是机械加工过程中易碎或掉渣。PUR泡沫价格相对便宜，发泡工艺也比较简单，采用液体发泡。国内国外有众多的生产厂商。 SAN泡沫：
28、它属于热塑性材料，如加拿大ATC公司生产的Corecell泡沫，主要是针对船舶市场而开发的。发泡制作工艺和线性PVC的工艺基本相同。性能也和线性PVC基本相同，热稳定性能比线性PVC好，相当于普通交联PVC。大多数情况下，在船舶结构中可以用SAN泡沫代替线性PVC泡沫。 PEI泡沫：由聚醚酰亚胺/聚醚砜发泡而成，具有很高的使用温度和良好的防火性能，不过其价位相对较高，但是这种泡沫可以在兼有结构要求和防火要求的部位使用，其使用温度为-194oC+180oC。由于能满足严格的防火阻燃要求，适合在飞机和列车内使用。目前市场上有Airex公司的Airex R82 之PEI泡沫。 PMI泡沫：在相同密度
29、的条件下，PMI是强度和刚度最高的泡沫材料。其高温下耐蠕变性能使得该泡沫能够适用高温固化的树脂和预浸料。PMI泡沫经适当的高温处理以后，能满足190oC的固化工艺对泡沫尺寸稳定性的要求，适用与环氧或BMI树脂共固化的夹层结构构件中。PMI泡沫是采用固体发泡工艺制作，其为孔隙基本一致、均匀的100%闭孔泡沫。目前市场上有德国德固赛（Degussa）公司生产的ROHACELL和日本积水化学公司生产的FORMAC之PMI泡沫。泡沫芯材的加工 机械加工泡沫芯材：大多数泡沫芯材可以使用木工工具加工或成形，包括带锯，车削，穿孔，打磨和仿形。在切割过程中，因为材料的导热系数低 ，高密度泡沫的给进速度应略低一
30、些，否则材料会发热，甚至烧焦。在加工泡沫以前，最好先和制造厂家联络，因为每种泡沫的性能都有不同的特点。加工泡沫材料时，使用的锯条要求相邻的锯齿拌开，这样在锯切过程中，通过锯齿带出切割过程中产生的锯屑，然后用真空装置吸除。 特殊分格板：对于不同的用途，泡沫芯材的厂家可以提供各种不同的分格板，满足各种夹层结构外形的需要。其一面用玻璃纤维网格粘接，泡沫切成1 x 1 的正方形小块，这样泡沫板就可以自由变形；另外一种是两面切割，或三个方向切割。泡沫还是切割成1 x 1的正方形小块，但是切割的深度是整个厚度的2/3。这样泡沫板芯材有了一定的自由变形能力，但是这样切割的主要目的为了使树脂流动，且手糊过程中
31、排出气体，此外一般厂家还可以提供表面有沟槽的泡沫芯材，表面沟槽的深度一般为0.12 ，在面板相对较厚情况下，用作真空注射过程中的树脂流动通道。泡沫芯材的使用 材料的准备：泡沫材料必须在干燥的环境下保存，否则会影响其与面板的粘接。同时，对于PMI泡沫应予以特别的注意，因为PMI泡沫在吸水后，热蠕变性能会下降。泡沫上的灰尘应使用真空吸尘器吸除，或用压缩空气吹除，但要记住，千万不能用水或什么其他的液体冲洗。冲洗的结果只能使灰尘进入泡沫表面的开孔中。某些强烈的溶剂（例如丙酮）还有可能降解表面的泡沫材料，降低芯材与面板的粘接强度。清洁干净的泡沫表面与面板粘接后，一般粘接强度不会出什么问题。 FRP泡沫夹
32、层板的制作：泡沫几乎适用于所有的FRP成型制作工艺。复合材料夹层结构的主要成型工艺有：手糊喷射成型，真空袋注射成型及预浸料热压罐成型等。 在手糊喷射工艺中，芯材与面板之间的粘接非常重要。一般常见的船舶泡沫夹层板依次由胶衣层，短切毡层，外面板FRP铺层，泡沫芯材和内面板FRP铺层。必须注意的是在内外面板与泡沫之间，需要加上一层特别的粘接基层，将泡沫与面板材料粘接。这层的材料是CBA （Core Bond Adhesive，例如Divilette, Corebond, Baltekbond等）或富树脂的CSM（短切毡）。CSM的最小厚度为225g/m2，树脂与纤维的重量比为3：1左右。CSM浸润树
33、脂以后，在泡沫表面涂覆与层合板相同的树脂，以填充泡沫表面的开孔，然后埋入CSM中。泡沫芯材埋入CSM或CBA的过程可以使用真空袋辅助均匀加压。 在使用真空袋的工艺中，如果泡沫芯材是有切口的分格板，在加压以后，泡沫均匀地压入粘接基层中，树脂或CBA就填入泡沫切口。大多数的真空袋工艺的过程是：在底部面板铺层的基础上，先加泡沫粘接基层，再铺设泡沫夹层，然后使用真空袋将泡沫压入粘接基层中。当采用真空辅助成型工艺时，则需要在泡沫上面覆盖一层剥离层，剥离层外面是透气毡，透气毡的外面才是真空袋膜。剥离层常常采用一层薄的尼龙膜，而透气毡的作用是使真空压力能均匀施压在泡沫的表面。 另外一种能确保泡沫芯材的切口能
34、被全部填充的方法是使用树脂注射工艺。其工艺过程为：先将未浸胶的玻璃纤维和芯材铺设在模具中，再使用真空袋密封，待抽真空以后，注入树脂，浸润纤维和芯材。通常将树脂分散传递到构件各个部位的方法是利用泡沫芯材表面的沟槽或切口，来引导树脂的流动。采用这种工艺方法制作的夹层结构具有纤维含量高、铺层时间不受限制、不需要手糊树脂并进行压实等优点。 另外一种高端的工艺过程是预浸料热压罐或真空袋成型。由于PVC泡沫通常的固化温度不超过80oC，在加温加压以后，泡沫孔隙中的气体会释放出来，从而破坏芯材与面板之间的粘接。但如果PVC泡沫经过特殊的热处理，则可以达到120oC，1Bar以上，例如Divinycell H
35、T, Klegecell TR, 和Airlite/Herex C71，而且热处理还会提高泡沫的热尺寸稳定性，即泡沫的热蠕变性能。泡沫、巴萨木和蜂窝之间的对比 多年以来，船舶制造中使用的芯材是巴萨（Balsa）轻木，更多情况下也使用普通的木胶合板。这类材料相对成本较低，具有很高的压缩强度，但是比泡沫要重（一般密度都大于100kg/m3），而且容易吸水，最终腐烂。和Balsa相比，泡沫芯材轻，吸水少，耐腐蚀。泡沫的疲劳性能和耐久性也比Balsa好。但是有些情况下，例如局部荷载很高或交叉接头的位置（例如：引擎安装处或楔子周围），Balsa要优于泡沫材料。如果使用高密度泡沫，价格相对Balsa要高很
36、多。 蜂窝材料例如Nomex（芳纶纸和酚醛树脂）和铝蜂窝常用在航空领域，因为它们具有的高强度、高温稳定性和轻质的特点。但是蜂窝在船舶制造中存在许多的缺点：蜂窝和面板的粘接接触面积相对较小，抗疲劳性能较差；蜂窝的开孔容易渗水导致芯材和面板的粘接破坏等等。结论 泡沫芯材在造船行业的应用越来越普遍，泡沫芯材有各种各样不同的类型、密度和使用方法。在使用、设计泡沫芯材夹层结构的过程中，芯材的选择非常关键。必须考虑到使用环境、固化方法、荷载要求和综合成本等诸多因素。帖子684精华0积分3819资源分255 分From福建阅读权限50在线时间2148 小时最后登录2010-10-5查看个人网站查看详细资料T
37、OP 伊卡路斯的羽翼 Member/海鸥帖子208From蜀 个人空间 发短消息 加为好友 当前离线 4楼 大 中 小 发表于 2010-5-1 09:13 只看该作者 夜深人静的时候楼主还为大家奉献这么好的精神食粮，可敬啊！ps：光棍吧_帖子208精华0积分758资源分55 分From蜀阅读权限40在线时间373 小时最后登录2010-10-6查看详细资料TOP 杨帆 Member/大雁帖子210From沈阳市 个人空间 发短消息 加为好友 当前离线 5楼 大 中 小 发表于 2010-5-1 09:16 只看该作者 总结的太精辟了！可以看出sero1老师下了很大的功夫，我个人表示非常感谢！
38、夹芯复合结构不尽在航空领域，在其他方面用途也非常广泛，特别是近些年来在风力发电方面应用非常迅猛。泡沫芯材有很多种类和用途，当然，最高级别是航空方面的，正像sero1老师所说它是经过特殊处理的，但我个人认为在轻航机方面没有必要应用那么好的芯材，一般风力发电用的芯材就可以了，这在我校风能所得到了验证，上海的两坐电动滑翔机也是如此的，螺旋桨可以用级别高的航空泡沫芯材，再有一些非航空级别的泡沫芯材不适用于预侵料，固化温度也不是很高（一般是中温固化），这些都需要注意，这也是螺旋桨为什么选择级别高的芯材的原因。当然选材与复合结构也有关系，中间夹芯两边带面层（纤维织物复合材料 或 薄壁钢板） 和 大块芯材表
39、面铺层，还有一定的区别。密度的选择与上面也有关系。现代的泡沫芯材都是闭孔结构，是不吸水的，但聚氨酯硬泡有一定的吸水量，10%左右。伯特鲁坦先生很早就提过聚氨酯硬泡不是很耐久的，前面sero1老师也提过“树脂/芯材（PUR）界面易产生老化，从而导致面板剥离”，但聚氨酯可以现场发泡，密度可以控制，在补缝方面还是有一定优势的，一些泡沫芯材板可以现场加热弯曲，这给加工带来很多便利，同时也节省材料，简化了工艺。面层与芯材之间所使用的胶粘剂，在选择胶粘剂方面也要注意，它对强度是有影响的，最好是选择其专用的结构胶。帖子210精华0积分2898资源分601 分From沈阳市阅读权限50在线时间1705 小时最
40、后登录2010-9-27查看详细资料TOP sero1 Member/大雁帖子684From福建 个人空间 发短消息 加为好友 当前离线 6楼 大 中 小 发表于 2010-5-1 12:51 只看该作者 这篇文章发完我就睡着了呵呵这个是我请教一位造魁基Q2的老前辈，想找一下这方面资料，归纳一下，供大家学习ps：要和我相亲的很多哦 本帖最后由 sero1 于 2010-5-1 12:56 编辑 帖子684精华0积分3819资源分255 分From福建阅读权限50在线时间2148 小时最后登录2010-10-5查看个人网站查看详细资料TOP sero1 Member/大雁帖子684From福建
41、个人空间 发短消息 加为好友 当前离线 7楼 大 中 小 发表于 2010-5-1 23:27 只看该作者 刚刚在网上看到这家公司，估计造飞机泡沫芯子可以用得上了下面是泡沫芯子的性能参数这个是PMI泡沫的性能参数: . tion%20Proposal.pdf帖子684精华0积分3819资源分255 分From福建阅读权限50在线时间2148 小时最后登录2010-10-5查看个人网站查看详细资料TOP sero1 Member/大雁帖子684From福建 个人空间 发短消息 加为好友 当前离线 8楼 大 中 小 发表于 2010-5-4 10:13 只看该作者 PMI泡沫芯材性能表rohace
42、ll的PMI泡沫，算是行业老大了大家可以参考下帖子684精华0积分3819资源分255 分From福建阅读权限50在线时间2148 小时最后登录2010-10-5查看个人网站查看详细资料TOP 按照您设置的条件查找超轻型飞机！海上翼 Moderator/版主帖子3233From上海 个人空间 发短消息 加为好友 当前在线 9楼 大 中 小 发表于 2010-5-28 10:45 只看该作者 有些说法是不准确的。尤其中间夹杂了很多商业宣传词汇的时候。比如说PMI， 你自己有办法成型吗？不能对吧。所以这种材料连想都不用想了。EPS最容易切割（因为熔点低），而且市场供应非常普及，那自然也是好的材料选择了。“PUR泡沫：与其他泡沫相比，其力学性能一般”， 这个和“其他比较，是和哪个比较呢，是和聚砜比较还是和聚苯乙烯？是和孔隙率多大的时候比较呢？“树脂/芯材界面易