夾芯材料

夾芯材料一般由面板和芯材組成。面板一般為透波材料， 芯為電磁損耗材料和紅外隱身材料。

基本介紹

• 中文名：夾芯材料
• 部分組成：面板—芯材—面板
• 面板組成：透波材料
• 芯材組成：電磁損耗材料和紅外隱身材料
• 套用場景：能源、航空航天、船舶、建築等

原理

自二十世紀四十年代低密度的夾芯材料就已用於複合材料，它可提高彎曲強度、降低重量。具有相同負荷能力的夾層結構要比實體層狀結構輕好幾倍。夾芯材料能夠降低單位體積的成本、削弱噪音與震動、增加耐熱、抗疲勞和防火性能等。夾芯材料的作用機理是將剪下力從表皮層傳向內層，使兩個表皮層在靜態和動態載荷下都能保持穩定，並且吸收衝擊能來提供抗破壞性能。

分類

用於複合材料夾層結構的夾芯材料主要有：硬質泡沫、蜂窩和輕木三類。硬質泡沫主要有聚氯乙烯（PVC）、聚氨酯（PU）、聚醚醯亞胺（PEI）和丙烯腈一苯乙烯（SAN或AS）、聚甲基丙烯醯亞胺（PMI）、發泡聚酯（PET）等。

蜂窩夾芯材料有玻璃布蜂窩、NOMEX蜂窩、棉布蜂窩、鋁蜂窩等。蜂窩夾層結構的強度高，剛性好，但蜂窩為開孔結構，與上下面板的粘接面積小，粘接效果一般沒有泡沫好。

輕木夾芯材料是一種天然產品，市場常見的輕木夾芯主要產自南美洲的種植園，由於氣候原因，輕木在當地生長速度特別快，所以比普通木材輕很多，且其纖維具有良好的強度和韌性，特別適合用於複合材料夾層結構。

套用

夾芯材料的套用領域廣闊，涉及能源、航空航天、船舶、交通運輸、建築等領域。

航空航天

飛機的主要部件，如機身，機翼和尾翼可採用PVC泡沫夾芯材料複合結構，同時使用丁二烯。在生產中不必進行高壓高溫處理。飛機的重量得以減輕。直升飛機最新一代複合螺旋槳葉採用密度較低、可耐大多數溶劑且可經受高壓蒸煮溫度和壓力的PMI泡沫夾芯材料。它採用傳統預浸工藝製造。這種新型複合螺旋槳葉的壽命可達10000h/L，是先前金屬槳葉壽命的十倍。今天超輕型競賽飛機、飛機模型和現代"超級風車"的槳葉都使用了輕質木質夾芯材料。

船舶

常規的交聯PVC泡沫己在船舶中廣泛套用。瑞士海軍的護衛艦使用了28、13.5、0.09m片狀構造的丁二烯蜂窩夾芯材料。聚氨酯（PU）發泡夾芯材料也常用於船舶的建造。80kg/m3高密度泡沫可套用於承載部件如船舷等；80～120kg/m3的泡沫專門用作甲板和上部構造的芯材。硬質PU泡沫廣泛用於水槽、絕緣板、結構性填料和充空填料。大型冷藏拖網魚船很多是整體成型的夾芯結構，用玻璃布製作內外蒙皮，夾芯材料的厚度為100mm。該類船具有輕質、高強、耐海水腐蝕、抗微生物附著以及吸收撞擊能。很多遊艇的船底、表面使用了標準的輕質木，以保證最大的剪下和擠壓強度；船前部和甲板使用了密度較低的輕質木；隔壁面板室內地板和家具也使用了輕質木夾芯材料。

在多雜物（浮木等）漂浮的巴拿馬運河中營運的快速渡輪，其抗破壞能力應是首先考慮的，其次是總重量輕以保證渡輪的速度。由於這些原因，一種線型PVC泡沫芯材被選作船殼底材，另一類型的PVC泡沫芯材作船殼側面材料和舷側突出部。部件使用玻纖增強表皮層和真空袋膜工藝；甲板和船艙側面使用橫紋輕質木夾芯材料，其表面用交聯環氧樹脂/玻纖板材做艙房表皮層，以保證渡輪達到ABS標準。

交通運輸

交聯的PVC夾芯材料在鐵路運輸中得到廣泛套用，並用於公共汽車和有軌 電車及機車等。一級方程式賽車模仿自然蜂窩結構，使用空心六邊形管相互作用增強原理製作芯材。賽車具有高的抗衝擊強度和能量吸收能力。比賽用腳踏車也採用這種蜂窩結構芯材。法國製造的鐵路冷藏車採用 PVC泡沫夾芯材料提高隔熱效果。其它夾芯材料用於運輸車輛主要是利用它們的絕緣性，如聚異氰酸酯絕緣泡沫塑膠等。

建築

夾芯材料在建築上的套用十分廣泛。在內外牆上使用纖維板、膠合板等各種夾芯材料，使牆壁具有隔音、隔熱、輕質、高強等優點。由於頂棚強度要求不太高，只要求重量輕、剛性好，有一定防火、保溫性能，其次是美觀和價格便宜，安裝方便，因此通常採用各種纖維芯材和PE鈣塑泡沫芯材等。其它夾芯材料用在建築上主要是利用它們的絕緣性。

風能

夾芯材料是風電葉片的關鍵材料之一，為增加結構剛度，防止局部失穩，提高整個葉片的抗載荷能力，在葉片的前緣、後緣以及剪下肋等部位，一般都會採用夾層結構。

用於風電葉片的夾芯材料主要有交聯PVC泡沫、Balsa輕木和PET泡沫。典型的設計方案是，把強度較高的Balsa輕木（密度為150 kg/m3）用於承受載荷較大的靠近葉根的部位，交聯PVC泡沫（密度為60 kg/m3）用於承載較小的靠近葉尖的部位，從葉根向葉尖方向，夾芯材料的厚度逐漸減小。也有葉片廠家只使用Balsa輕木或泡沫。