3、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。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、拖船和吊船时由拖柱、带缆桩和吊环等产生的局部荷载。图和图4表示了不同泡沫芯材的剪切模量和剪切强，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6。
交联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120℃。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-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、冲浪板制造行业。虽然其具有质量轻(40kg/ m3)，成本低，易于机械加工等主要优点，但因力学性能差，很少在高性能船舶结构构件中使用。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、横桁材或加强筋之芯材。有时PUR泡沫也能用于受载荷较小的夹层板中，起到隔热或隔音的作用。该类泡沫的使用温度是150。C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。它属于热塑性材料，如加拿大ATC公司生产的Co recell泡沫，主要是针对船舶市场而开发的。发泡制作工艺与线性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，其使用温度为一194。C～+180℃。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190。aa
4、 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。在切割过程中，因为材料的导热系数低，密度泡沫的给进速度应略低一些，否则材料形会发热，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。最常见的泡沫分格板如图7所示。其一面用玻璃纤维网格粘接，泡沫切成2. 54cm X2. 54cm的正方形小块，这样泡沫板就可以自由变形，另外一种是2面切割，或3个方向切割。泡沫还是切割成2. 54cm X2. 54cm的正方形小块，但是切割的深度是整个厚度的2／3，参见图8。这样泡沫板芯材有了一定的自由变形能力，但切割的主要目的是为了使树脂流动，且手糊过程中排出气体。此外一般厂家还可以提供表面有沟槽的泡沫芯材，参见图9。表面沟槽的深度一般为3mm，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。
5、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，一般其粘接强度不会出什么问题。
FRP泡沫夹层板的制作。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。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子L，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80。C，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120℃、0. lMPa以上，例如Divinycell HT，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。
根据树脂或预浸料的固化温度要求，表2中列出了常见的树脂和预浸料适用的泡沫类型。
6、 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(Bal-sa)轻木，更多情况下也采用普通的木胶合板。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l00kg/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，蜂窝的开子L容易渗水，导致芯材和面板的粘接破坏等等。
7、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。
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