夹芯结构材料

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夹芯结构材料(sandwich material),又叫夹层结构材料,是一种复合材料夹层结构,英国最早于1938年应用于蚊式轰炸机的制造。夹层结构材料通常由上面板、上胶合层、芯材、下胶合层、下面板构成。通常夹层结构材料的强度要高于单独的面板材料或芯材刚度、强度,且重量、成本等均低于单一材料,因此被广泛应用于建筑、公路运输、轨道交通、航空、传播、风电等领域。

特点[编辑]

夹层结构材料的整体受力原理类似工字梁。夹层结构材料的面板承受由弯矩引起的面内正应力和面内剪切应力,芯材主要承受由面板传来的横向剪切应力,与此同时还具有稳定两块面板,防止局部屈服的作用[1]。 夹层结构材料具有优良的比刚度和比强度,即在同等刚度和强度下,重量更低。此外,夹层结构材料还具有削弱噪音与震动、隔热、抗疲劳、阻燃、吸声、隔震等优点。夹层结构材料通过合理选择芯材和面板,可以有效降低材料的单位体积成本。

种类[编辑]

常用的夹层结构材料芯材主要分为三类:硬质泡沫、蜂窝和轻木[2]
1)硬质泡沫

  • 主要有聚氯乙烯(PVC):实际是聚氯乙烯与聚氨酯混合物,具有较好的静力学和动力学性能,可用于承载要求高的产品。市场上常见的夹层结构材料芯材主要有AIREX和DIAB品牌。
  • 聚醚酰亚胺(PEI):具有较好的防火、阻燃性能,适用于航空与轨道交通领域,市场常见的PEI泡沫芯材为AIREX R82。
  • 聚氨酯(PU):其力学性能一般,但加工及发泡成型较容易且价格低廉,因此常用于载荷较小情况下的夹层结构材料。
  • 聚乙烯(PET):综合性能较PVC泡沫差,但更加环保且成本较低。市场常见的PET泡沫芯材有AIREX T90和T91。
  • 聚甲基丙烯酰亚胺(PMI):具有较高的强度和刚度,在经过高温处理后,可承受190℃固化工艺对泡沫的尺寸稳定性要求。常用于航空领域。市场常见的PMI泡沫是德固赛公司的ROHACELL系列。

2)蜂窝: 常见的蜂窝芯材有NOMEX蜂窝、铝蜂窝、棉布蜂窝、玻璃布蜂窝等。蜂窝芯材具有较好的强度和刚度,但由于蜂窝芯材存在孔洞,因此和面板的粘连效果不如泡沫芯材。

3)轻木: 轻木芯材是一类天然可再生芯材,原料为巴尔沙轻木,具有密度小、生长快、强度好、韧性好的特点,因此比较适合作为夹层结构材料的芯材。市场较常见的轻木芯材BALTEK公司的SB系列产品。

参考文献[编辑]

  1. ^ 张铁亮. 卫星夹层结构分析与结构设计研究. 南京航空航天大学,博士学位论文,2011
  2. ^ 姚辉. 风电叶片用夹芯材料的现状和发展趋势. 中国复合材料通讯,2009,第3期