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复合材料常用芯材及其应用

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-09-19  来源:复材应用技术网  浏览次数:115

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,不适用一些湿法工艺树脂注射工艺,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,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 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

 
关键词: 泡沫 巴萨木 蜂窝
 
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