玻璃钢复合材料船舶夹层结构中的泡沫芯材
夹层结构玻璃钢游艇整船结构强度有限元分析
第2期收稿日期：2009－07-13作者简介：刘雪松（1985－），男，硕士研究生。
研究方向：船舶结构力学。
E -mail ：tinsug＠yahoo．com．cn周玉龙（1955－），男，研究员。
研究方向：船体结构强度和船舶性能第5卷第2期2010年4月中国舰船研究Chinese Journal of Ship ResearchVol .5No.2Apr.20101引言目前国外的玻璃钢船长度已经达到70m 以上，甚至某些军船也采用玻璃钢材料，而我国现阶段只能制造长40m 以下的玻璃钢船。
不但在尺度上落后于国外，即使同尺度玻璃钢船，其结构形式也跟国外先进技术存在差距［1，2］。
受限制的不是玻璃钢材料本身的性能，而是缺乏这方面的结构设计和结构计算方法。
2玻璃钢船的结构特性玻璃纤维增强复合材料由于比强度高、不锈蚀、建造工艺性好、使用周期成本低等优点，在船舶工业中得到越来越广泛的应用。
与同尺度、等截面的钢质船相比，玻璃钢船的刚度只是钢质船的115~120。
因此，为了满足强度要求，玻璃钢船在结构形式上和钢质船有所差别。
2．1玻璃钢船的骨材形式玻璃钢材料因其弹性模量低而容易产生扭曲和弯曲变形，因此玻璃钢船的骨材就需要采用特定的截面形式来抵抗弯扭变形。
通常情况下，玻璃钢船的骨架梁材会采用梯形帽形截面，截面表面夹层结构玻璃钢游艇整船结构强度有限元分析刘雪松周玉龙江苏科技大学船舶与海洋工程学院，江苏镇江212003摘要：目前各大船级社普遍缺乏新颖玻璃钢艇体结构强度的计算规范，因此设计者需要直接计算艇体结构强度。
在研究玻璃钢游艇的基础上，用ANSYS 软件建立全船有限元模型，采用层合壳单元处理复合材料和复合材料夹层结构并计算分析整船结构强度。
分析中所采用的方法对于正确地进行玻璃钢游艇整船直接计算具有指导作用和实用价值。
同时所采用的冲击力和水动力加载方法可应用于其他类型的高速艇结构强度的有限元分析。
关键字：玻璃钢；夹层结构；结构强度；ANSYS 中图分类号：U661.43，U674.934文献标志码：A文章编号：1673－3185（2010）02－45－04Finite Element Analysis of the Global Strength of FRP Yachtwith Sandwich StructuresLiu Xue－songZhou Yu－longCollege of Marine and Shipbuilding Engineering ，Jiangsu University of Science and Technology ，Zhenjiang 212003，JiangsuAbstract ：T he codes and regulations provided by the major ship classification societies for comput ing strength of fashionable FRP yacht are very rare．Therefore ，designers turn to the direct method to com-pute the structur al strength．Based on the study of FRP yacht ，a finite element model of full yacht was generated by software ANSYS with layered shell elements to treat composite materials and sandwich structures as well as to compute the structur al strength of the full model．The method s used in the paper ha ve provided some advices on how to perform direct computations of FRP yacht in a right way and therefore are of practical values ．The two loading methods applied in this paper ，impulsive forces and hydrodynamics ，can also be used to perform finite element analysis for other similar boats of high speed．Key words ：FRP ；sandwich structure ；structur al strength ；ANSYS第5卷中国舰船研究铺设玻璃纤维，中间空心部分填充芯材。
复合材料工艺及设备[试题]
![复合材料工艺及设备[试题]](https://img.taocdn.com/s3/m/39db79836aec0975f46527d3240c844769eaa0e1.png)
第一章1.复合材料定义：是指两种或两种以上不同材料，用适当的方法复合成一种新材料，其性能比单一材料性能优越。
根据基体材料不同，分为金属基复合材料，非金属基复合材料，树脂基复合材料2.复合材料最大特点，是性能具有可设计性。
影响复合材料性能的因素很多，主要取决于增强材料的性能，含量及分布情况，基体材料的性能和含量，以及它们之间的界面结合情况。
3.树脂基复合材料的使用温度一般为60摄氏度到250摄氏度；金属基复合材料为400摄氏度到600摄氏度；陶瓷基复合材料为1000摄氏度到1500摄氏度。
复合材料硬度主要取决于基体材料的性能，一般硬度为陶瓷基复合材料大于金属基复合材料大于树脂基复合材料4.就力学性能而言，复合材料的力学性能取决于增强材料的性能，含量和分布，以及基体材料的性能和含量。
复合材料的耐自然老化性能，取决于基体材料的性能和与增强材料的界面粘结。
一般优劣次序为，陶瓷基复合材料大于金属基复合材料大于树脂基复合材料。
导热性能的优劣比较为：金属基复合材料大于陶瓷基复合材料大于树脂基复合材料。
5.选择成型方法时应考虑：①产品外形构造和尺寸大小②材料性能和产品质量要求③生产批量大小及供应时间（允许的生产周期）要求④企业可能提供的设备条件及资金⑤综合经济效益，保证企业盈利第二章1.手糊成型：又称接触成型。
是用纤维增强材料和树脂胶液在模具上铺敷成型，室温（或加热），无压（或低压）条件下固化，脱模成制品的工艺方法。
手糊成型按成型固化压力可分为两类：接触压和低压（接触压以上）。
前者为手糊成型，喷射成型。
后者包括对模成型，真空成型，袋压成型，热压釜成型，树脂传递模塑（RTM）和反应注射模塑（RIM）成型。
2.聚合物基体的选择：能配置成粘度适当的胶液，适宜手糊成型的胶液粘度为200-500厘泊聚合物集体包括不饱和聚酯树脂，环氧树脂和辅助材料。
其中，辅助材料包括稀释剂（分为活性稀释剂和非活性稀释剂），填料（在糊制垂直或倾斜面层时，为避免“流胶”，可在树脂中加入少量活性SiO2处变剂），色料。
玻璃钢材料在船舶制造中的应用
专业：班级：：学号：玻璃钢材料在船舶制造中的应用玻璃钢学名玻璃纤维增强塑料，俗称FRP，即纤维增强复合塑料。
根据采用的纤维不同分为玻璃纤维增强复合塑料（GFRP），碳纤维增强复合塑料（CFRP），硼纤维增强复合塑料等。
它是以玻璃纤维及其制品（玻璃布、带、毡、纱等）作为增强材料，以合成树脂作基体材料的一种复合材料。
玻璃钢是一种常见的环保设备制作材料。
它的全称是玻璃纤维复合树脂。
它具有很多新型材料所没有的优点。
玻璃钢是将环保树脂与玻璃纤维丝经过加工工艺揉合在一起。
在树脂固化了以后，性能开始固定而且不可回溯到固化前的状态。
严格来讲，它种树脂是环氧树脂的一种。
经过多年的化工方面的改良，在添加适当的固化剂后，它会在一定时间固化。
固化以后的树脂没有毒性析出，同时开始具备一些十分适合环保行业的特性。
玻璃钢是一种新型的造船材料，是近代材料革命的一重要组成部分。
玻璃钢应用到造船业中的时间不长，但已突显出其强大的生命力和广阔的发展前景。
玻璃钢舰艇的特点是质轻、高强，对减轻重量有较大潜力，适用于限制重量的高性能船舶和赛艇等；耐腐蚀，抗水生物附着，比传统的造船材料更适合使用；无磁性，因而是扫雷艇，猎雷艇最佳的结构功能材料；介电性和微波穿透性好，适宜于军舰艇；能吸收高能量，冲击韧性好，船舶不易因碰撞，挤压而损坏；热导率低，隔热性好，适合建造耐火救生艇、渔船和冷藏船等；船体表面能达到镜面光滑，并且可具有各种色彩，特别适于建造外形美观的各类游艇；可设计性好，能按船舶结构各部件的不同要求，通过选材、铺层研究和结构造型来实现优化设计；整体性好，船体无接缝和缝隙，可防渗漏；成型简便，比钢质、木质省工，且批量生产特别好，降低造价的潜力很大；维修保养方便，维修费比其他材质的船艇少得多，全寿命期的经济性能好。
由于玻璃钢具有传统造船材料无法比拟的上述综合性能，故备受造船界的重视，经多年的开发应用，已成为一种重要的船用材料。
但因其弹性模量低和受成型技术等的限制，尚不能建造太大的舰船，加之价格较贵，故在整个造船业中用量比钢材少。
风电叶片玻璃钢／复合材料夹层结构的泡沫芯材
近 ，且具 有较 好 的耐热 性 。ＴＰＩ叶片公 司一 直 在使 用
此 泡沫作 为 叶 片 的 芯 材 ， 由于 其 具 有 更 好 的热 稳 定
性 ， 目前 国 内已经 有 部 分 叶 片公 司 开始 用 ＳＡＮ泡 沫
替代 ＰＶＣ泡沫作 为 叶片芯 材 。
英 国 于 １９４３年 首 先 制成 聚苯 乙烯 泡 沫 属 于 热塑 性 泡沫 ，１９４４年 美 国 陶 氏化 学 有 限 公 司用 挤 出法 大
沫 ，此公 司后 被 固瑞特公 司收购 ，此 泡沫属 于热 固性
泡沫。ＳＡＮ泡沫是先制 作精胚 ，然后 将胚体放人发
泡炉中通过对温度 、时间等工艺参数的控制来获取不
同密度 的泡 沫 。其 中 Ｃｏｒｅｃｅｌｌ Ｔ４０ｏ型 号 的泡 沫 密度 和
本 体力学 性 能与密 度 为 ６０ ｋｇ／ｍ 的 ＰＶＣ泡 沫 十 分接
种型号的叶片均采用 ＰＶＣ泡 沫作为 叶片芯材 ，在国
内 的很 多 叶片公 司采用 Ａｅｒｏｄｙｎ技术 的均 使用 ＰＶＣ作
为叶片芯材。同时 ＰＶＣ泡沫 以其优 良的力 学性能也
被广泛 用在 其他 设 计公 司设计 的叶片 中充 当夹心
材 料 。
．
１９９３年 ，加 拿 大 的 ＡＴＣ公 司 开 始 生 产 ＳＡＮ泡
关键 词 ：泡沫 ；芯 材 ；风电叶片 ；夹层结构 中图分类 号 ：ＴＱ３３６．１ 文献标识码 ：Ｂ 文章编号 ：１００５—５７７０ （２０１１） １１—０１０４—０３
Ｆｏａｍ Ｃｏｒｅ Ｍ ａｔｅｒｉａｌ ｏｆ ＦＲＰ／Ｃｏｍ ｐｏｓｉｔｅ Ｓａｎｄｗｉｃｈ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎ Ｗ ｉｎｄ Ｂｌａｄｅ
ＬＩＵ Ｋｕｉ （Ｔｉｍｅｓ Ｎｅｗ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｚｈｕｚｈｏｕ ４１２００７，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｓｅｖｅｒａｌ ｆｏａｍ ｃｏｒｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ｂｌａｄｅ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ｉｎｃｌｕ— ｄｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒ ｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｅａｃｈ ｆ ｏａｍ ． ｍｅｃｈａｎｉｃａ ｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｆ ｏａｍ ｂｕｌｋ ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｏｆ ｐｒｏｃｅｓｓ． Ｔｈｅ ｃｏｎ－ ｃｌｕｓｉｏｎ ｗａｓ ｔｈａｔ ｉｔ ｗａｓ ａ ｔｒｅｎｄ ｆｏｒ ｆｏａｍ ｃｏｒｅ ｍａｔｅｒ ｉａｌ ｕｓｅｄ ｉｎ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ｂｌａｄｅｓ ｔｏ ｈａｖｅ ｈｉｇｈ ｐｅｒ ｆｏｒ ｍ ａｎｃｅ ａｎｄ ｂｅｃａｍｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｌｙ ｆｒ ｉｅｎｄｌｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： Ｆｏａｍ ； Ｃｏｒｅ Ｍａｔｅｒ ｉａｌ； Ｗ ｉｎｄ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｂｌａｄｅｓ； Ｓａｎｄｗｉｃｈ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
舰船用玻璃钢夹层结构设计基础
45卷 第3期(总第166期)中 国 造 船Vol.45 No.3(Serial No.166)2004年9月SHIPBUILDING OF CHINA Sep.2004文章编号:1000-4882(2004)03-0043-07 收稿日期:2003-05-13;修改稿收稿日期:2003-08-08舰船用玻璃钢夹层结构设计基础周祝林, 张长明(上海玻璃钢研究所,上海200126)摘要介绍了舰船玻璃钢夹层结构原材料(包括玻璃钢、聚氨酯泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料、胶合板、松木等)的基本性能。
作者在进行了大量结构件试验的基础上,结合国内外已有之研究成果,提出了有关舰船玻璃钢夹层结构强度设计中的若干简明而实用的计算公式。
局部强度设计包括:弯剪强度;骨材的弯曲强度;纵桁的剪切强度。
总体强度设计包括:板的压缩稳定性计算(有面板皱曲失稳计算、芯子剪切弯曲失稳计算、胶合板芯子分层后失稳极限强度计算);舷侧夹层结构板和纵舱壁夹层结构板面内剪切计算;总纵弯曲和舯剖面模数计算。
关 键 词:船舶、舰船工程;玻璃钢;夹层结构;局部强度;总强度中图分类号:U 661.43;U 663.95 文献标识码:A 1 前 言玻璃钢夹层结构在舰船上应用始于20世纪60年代后期。
迄今,瑞典Karlskro navarv et 公司已用这种技术建成了各种类型的PVC 夹层结构舰船,如扫雷艇、海岸警卫艇、警卫艇及拖网渔船等,随后澳大利亚采用瑞典PVC 夹层结构技术,制造了Bay 级反水雷舰艇[1]。
现有的玻璃钢夹层结构船,其船长及船宽已分别高达54m 、8.5m 。
今后,玻璃钢夹层结构船的主尺度将日益增大,航速也将越来越高,这就要求进一步减轻船体结构重量。
作者为编制“海上高速船入级与建造规范”和“小艇入级与建造规范”,进行了一大批玻璃钢夹层结构件试验,并结合国内外已有的研究成果,制定了规范中有关玻璃钢夹层结构设计的基础技术,本文对其有关内容作了阐述。
玻璃钢复合材料GFRP
玻璃钢复合材料 GFRP 在游艇船舶上的应用在工业部门中，船舶是复合材料（composite material, 简称CM ）应用最多的领域之一。
目前船舶中用量最大、范围最广的复合材料是玻璃纤维增强塑料，即玻璃钢（glass fiber reinforced plastics, 简称GFRP ）。
船用GFRP 具有下列优点：(1) 质轻、高强。
(2) 耐腐蚀，抗海生物附着。
(3) 无磁性。
(4) 介电性和微波穿透性好。
(5) 能吸收高能量，冲击韧性好。
(6) 导热系数低，隔热性好。
(7) 船体表面能达到镜面光滑，并可具有各种色彩。
(8) 可设计性好。
(9) 整体性好，船体无接缝和缝隙。
(10) 成型简便，批量生产性特别好。
(11) 维修保养方便，全寿命期的经济性能好。
由于GFRP 具有传统造船材料所无法比拟的优点，故倍受造船界的重视。
经多年的开发应用，已成为一种重要的船用材料。
但因其弹性模量低和受成型技术等的限制，尚不能建造太大的舰船，加之价格较贵，故在整个造船工业中的用量比钢材少。
自40 年代中期第一艘GFRP 船问世以来，世界各国相继开始研制各种GFRP 船舶，25 年间CM 船舶开发的业绩超过了钢质船舶近一个世纪的发展历程，尤其是美、英、日、意等国迄今仍保持强劲的势头。
美国的GFRP 造船量居世界首位；日本1993 年GFRP 渔船的数量已超过32 万艘，GFRP 游艇则超过了20 万艘；据统计英国20 米以下的船有80 ％是采用GFRP 制造，而且还批量建造了世界上最大的GFRP 反水雷舰；意大利和瑞典也分别建成了各具特色的新颖硬壳式和夹层结构的大型GFRP 猎扫雷舰。
中国从1958 年开始试制GFRP 船，迄今也已制造了数以万计的各种GFRP 船艇。
下面对一些主要国家GFRP 船艇产品的研制和开发情况作一概述。
美国是使用CM 最早和最多的国家，40 年代初就宣告GFRP 研制成功。
1946 年美国海军建成了长米的世界第一艘聚酯GFRP 艇，拉开了CM 造船的序幕。
复合材料夹层结构
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② 压制固化
涂胶完毕后从叶轮转筒上取下的蜂窝叠块，按所 用胶的固化规范固化。压力大小以胶液不渗透到玻璃 布背面，保证蜂窝胶接边胶合良好为原则。
蜂窝叠块的厚度即布的层数，由产品的尺寸要求 来决定。可由以下公式算出：
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浸胶这一工序对蜂窝夹芯的质量有着直接的影响。 玻璃布只有在浸胶固化后，才能承力。因此，胶的含 量和蜂窝格壁上胶量的均匀程度直接影响蜂窝夹芯的 强度。含胶量在工艺上主要通过胶液粘度或浓度或密 度来控制，尤其是用密度控制更为方便。
密度大——含胶量大，强度可提高，但较重； 密度小——含胶量小，强度低、刚度低。
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新型轻质夹层结构复合材料
Z向缝合夹层结构
Z-pin夹层结构
新型轻质夹层 结构复合材料
连体织物夹层结构
点阵夹芯结构
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Z向缝合夹层结构
上面板
泡沫 芯材
下面板
承力柱
突出平压强度 优异耐久性 良好隔热隔声性
主要几 何参数
承力柱高度 承力柱细度 承力柱分布密度
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Z向缝合夹层结构
缝合工艺
上面板内层 上面板外层 承力柱纤维
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印胶法的特点： 印胶法是常用的涂胶方法，其设备简单，机械
化程度较高，质量容易控制，生产效率高，适合大 量生产。针对不同粘度有胶液，可以通过调整带胶 辊、递胶辊和涂胶辊之前的距离，就可以印出满意 的胶条。但这各设备的胶槽不易密闭，在涂胶过程 中胶液的粘度易发生变化，产生缺陷。可以通过连 续往胶槽中加料解决。
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[原创]玻璃钢舰船轻量化
![[原创]玻璃钢舰船轻量化](https://img.taocdn.com/s3/m/f26973fc6394dd88d0d233d4b14e852458fb3983.png)
复合材料轻量化技术在舰船制造领域的应用摘要舰船轻量化符合先进复合材料低成本、整体化的发展方向，成为的现代复合材料研究的关键技术之一。
复合材料轻量化技术有利于舰船提高航速和灵活性，降低运营成本。
本文从增强材料、基体树脂、夹层材料、船体结构、结构部件以及复合材料成型工艺6个方面阐述了复合材料轻量化技术在国内外舰船制造领域的应用情况。
在舰船的制造中采用先进的复合材料轻量化制造技术，对满足舰船轻量化需求，提高军事水平，展现综合国力，有着重要的社会和经济意义。
关键词复合材料；轻量化；舰船；应用1 引言复合材料作为新型功能、结构材料，其具有重量轻、比强度和比刚度高、阻尼性能好、耐疲劳、耐蠕变性能、耐化学腐蚀、耐磨性能好、热膨胀系数低、尺寸稳定性好、以及X射线透过性好等特点。
在如今不断扩大的舰船应用领域，具有良好的应用前景。
在舰船中，无论是用于军事，还是救援、执法方面的船只，都对船速提出更高要求，而降低舰船的重量，是使高速舰船得以实现的最有效的办法。
特别是在武装攻击中，必须降低船艇的重量，以在相同动力获得更高的有效载荷，并可以节约燃料，降低成本，在提高航速的同时，也提高了船只的机动灵活性。
曾以结构质量闻名的英国皇家海军就曾提出2.5吨的舰船至少减轻200公斤重量的要求。
为减轻船体重量，结构上他们一般用重载型GRP制造，有时也使用芳纶或碳纤维的层压板。
近年来，先进复合材料和轻量化结构技术已成为减轻船体重量的关键技术，在救生艇、细长艇、高速执法艇、充气艇等等一些需要提高速度的舰船上得以应用，取得了良好的效果。
2 现代舰船常用的复合材料轻量化技术概览从各国复合材料舰船轻量化的应用中，愈来愈能感受到轻量化在舰船制造中的重要作用，先进国家为显现综合国力，也在不断深入的进行此项研究。
复合材料舰船同钢制舰船重量上，减轻近50%，这意味着舰船可装载更多的装备，航速、续航力也可提高，因此复合材料的应用成为首选材料。
复合材料是两种或两种以上不同性能、不同形态的组分材料，通过复合手段组合而成的一种多项材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。
复合材料中常见的夹芯材料介绍
复合材料中常见的夹芯材料介绍1、夹芯结构材料定义夹芯结构材料（sandwich material），又叫夹层结构材料，是一种复合材料夹层结构。
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。
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。
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。
硬质泡沫主要有：聚氯乙烯（PVC）、聚醚酰亚胺（PEI）、聚氨酯（PU）、聚乙烯（PET）、聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）。
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。
轻木：轻木芯材是一类天然可再生芯材，原料为巴尔沙轻木2、夹芯材料的应用介绍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。
芯材是风电叶片关键材料之一，在叶片的前缘、后缘以及腹板等部位，一般采用夹层结构来增加结构刚度，防止局部失稳，提高整个叶片的抗载荷能力。
叶片常用芯材为PVC 泡沫和Balsa。
随着风电市场的日趋成熟，叶片向大型化方向发展，对叶片的重量、质量、成本以及材料的一致性提出新的要求。
现已开发出不同的新型芯材，逐渐在风能行业中得到应用和认可，主要包括聚对苯二甲酸乙二醇酯泡沫（PET）、聚甲基丙烯酰亚胺泡沫（PMI）、聚醚酰亚胺泡沫（PEI）、丙烯腈-苯乙烯泡沫（SAN）、聚苯乙烯泡沫（PS）、纤维增强复合材料芯材等。
对于芯材，除了要求优异的力学性能外，还需考虑芯材的加工、承受的温度、制品形状以及在叶片中使用的工艺性能。
聚醚胺(D230)论文：PMI泡沫壳体夹层结构设计及力学性能研究
聚醚胺(D230)论文：PMI泡沫壳体夹层结构设计及力学性能研究【中文摘要】聚甲基丙烯酸亚胺(PMI)泡沫夹层结构整体具有很高的比强度,较大的比刚度,同时还具有优异的隔热与透波功能,越来越多地应用于大型客机、火箭整流罩、载人飞船和卫星舱段等诸多技术领域。
随着航空航天科技深入发展,对于结构设计与材料的性能要求也在不断提高,使得夹层材料尤其是工艺性能十分稳定的泡沫夹层材料越来越有发展前景。
本文主要研究PMI泡沫/玻璃钢复合舱段的结构与设计优化。
首先以乙二胺为固化剂,并用D230(聚醚胺)对环氧树脂体系进行增韧改性。
纯乙二胺固化的环氧树脂为脆性材料,当加入D230以后,由于D230的C链比乙二胺长,可以有效的增加浇注体网络空间,使交联点的密度降低。
通过以上改进,制造出强度高、缺陷少、韧性好的环氧树脂浇注体。
再通过三点弯曲、拉伸等实验验证得到,当D230的比例为20%的时候,浇注体的强度达到最佳,并且达到了很好的增韧效果。
对断口进行扫描,进一步分析了D230的改性效果。
对浇注体进行了热重法(TG)试验,得到浇注体的分解温度在260℃以上,完全达到舱段的热环境使用要求。
选取聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)作为夹层结构的芯材。
制备了PMI/玻璃钢夹层结构。
同时通过夹层结构侧压、三点弯曲等基本力学性能实验,对PMI泡沫夹层结构的力学性能进行了分析。
同时,对纤维面板铺层、PMI泡沫密度、纤维面板的厚度等影响因素进行了规律性分析。
最后,以某一型号的火箭舱段为背景,利用有限元软件Patran进行对圆柱壳和圆锥壳夹层结构进行模拟设计,并在模拟设计中对夹层结构进行了加筋处理,加大了整体的刚度。
对加筋后的夹层结构进行了屈曲分析,同时考察了面板厚度、纤维铺层角度以及PMI泡沫密度对夹层结构力学性能的影响规律。
【英文摘要】Polymethacrylimide (PMI) foam sandwich structure has high specific strengths and specific stiffness, and the excellent properties of heat insulation andwave-transparent properties, so it can be widely used in the field of large aircraft, rocket fairing, spacecraft, satellite cabin and so on. With the steady development of aerospace science and technology, the demands for structure design and properties of material are urgently increased.Foam-sandwich-structured materials with very stable process performance are very remarkable and promising in wide application field.This thesis studied the structure of PMI foam / Fiber Reinforced Plastics and optimized the design of the structure.First, 1,2-ethylenediaminem was used as curing agent, epoxy resin matrix is toughened by mixing up Polyether amines (D230). Pure ethylenediamine cured epoxy resins are brittle material.After adding D230, it can effectively increase the body casting cyberspace, and decrease the density of the crosslink, for the C-chain length of the D230 is longer thanthat of ethylenediamine. Therefore, epoxy resin matrix with low-defect, high strength and toughness could be obtained. Then the optimization quantity of the flexible amine (D230) fillings is determined through mechanical properties testing. The results shows that if quantity of the flexible amine (D230) comes up to 20%, the matrix shows the best mechanical properties.The fracture morphology was analyzed by SEM and verified the improving results with the addition of the flexible amine (D230). Then the resin casting was investigated by thermogravimetry (TG) test, its decomposition temperature is above 260℃, fully meeting the cabin thermal environment requirements.Then, PMI foam was used as the core material of sandwich structure, PMI/FRP sandwich materials are prepared. The mechanical properties of the structure are studied by lateral compression and three-pointbending experiment. Then the influencing factors of the mechanical properties of the structure are analyzed, the influence of glassepoxy thickness, the laminate orientation and the density of the PMI foam are discussed.Finally, one model rocket cabin was used as the background, simulating the sandwich of conical shell and cylindrical shell with reinforcer by the finite element software Patran and the mechanical properties are analyzed.Buckling analysis was done in reinforced sandwich structure, it also explained the effects of panel thickness, angle of fiber layer and the density of PMI foam to the mechanical properties in sandwich structures .【关键词】聚醚胺(D230) 有限元 PMI夹层结构屈曲【英文关键词】Polyether amines (D230) FEM PMI sandwich structures bulking analysis【目录】PMI泡沫壳体夹层结构设计及力学性能研究摘要3-4Abstract4第1章绪论8-20 1.1 课题背景8-10 1.2 国内外研究现状10-18 1.2.1 PMI泡沫夹层结构的特点及应用10-11 1.2.2 PMI泡沫夹层结构加筋设计研究进展11 1.2.3 PMI泡沫夹层结构的破坏模式及原因11-14 1.2.4 PMI泡沫夹层结构国内外研究现状14-15 1.2.5 夹层结构及加筋优化的国内外研究现状15-18 1.3 本文的研究内容18-20第2章测试方法及实验材料20-25 2.1 实验原材料20-22 2.2 实验内容22-25第3章环氧树脂基体制备与评价25-44 3.1 引言25 3.2 环氧树脂固化机理25-28 3.2.1 环氧树脂概述25 3.2.2 环氧树脂固化剂概述25-26 3.2.3 环氧树脂的固化机理26-28 3.3 固化剂选择方案28-32 3.3.1 固化反应的产物28-29 3.3.2 固化剂比例计算29-32 3.4 红外光谱测试32-34 3.4.1 红外光谱吸收原理32 3.4.2 红外光谱分析32-34 3.5 浇注体力学性能测试34-40 3.5.1 浇注体弯曲性能分析34-37 3.5.2 浇注体拉伸性能分析37-40 3.6 浇注体断裂性能分析40-41 3.7 浇注体热重和差热分析41-42 3.8 本章小结42-44第4章 PMI泡沫夹层结构制备及力学性能分析44-57 4.1 引言44 4.2 PMI泡沫夹层结构制备44-46 4.2.1 夹层结构面板纤维的选择44 4.2.2 夹层结构芯子的选择44-45 4.2.3 夹层结构胶黏剂的选择45 4.2.4 PMI泡沫夹层结构制作工艺45-46 4.3 PMI泡沫夹层结构弯曲性能分析46-49 4.4 PMI泡沫夹层结构侧压性能分析49-51 4.5 PMI泡沫夹层结构力学性能的影响因素51-56 4.5.1 面板厚度的影响51-53 4.5.2 面板铺层角度的影响53-55 4.5.3 PMI泡沫密度的影响55-56 4.6 本章小结56-57第5章壳体夹层结构屈曲分析57-79 5.1 引言57 5.2 夹层结构模型57-59 5.3 面板的材料常数确定59-61 5.4 夹层结构屈曲分析61-64 5.4.1 屈曲分析61-63 5.4.2 夹层结构刚度计算63-64 5.5 夹层结构加筋板的屈曲分析64-67 5.5.1 加筋结构简介64 5.5.2 模型建立64-66 5.5.3 边界条件66-67 5.6 加筋壳的屈曲分析67-72 5.6.1 蒙皮的弹性模量的修正67 5.6.2 加筋壳的屈曲计算67-72 5.7 夹层加筋结构影响因素72-76 5.7.1 面板铺层角度的影响72-74 5.7.2 加筋结构宽厚比的影响74-75 5.7.3 PMI泡沫芯子密度的影响75-76 5.8 加筋壳结构整体刚度计算76-77 5.9 本章小结77-79结论79-80参考文献80-85致谢85。
复合材料在舰船建造中的应用
复合材料在舰船建造中的应用【摘要】复合材料在舰船建造中的应用在航海工业中具有重要性，因为它们拥有独特的优势。
在舰船建造中，常用的复合材料类型包括碳纤维复合材料和玻璃纤维复合材料。
这些材料被广泛应用于舰船的结构件、舾装件以及舰艇外壳等部件中，发挥着重要作用。
复合材料具有轻质、高强度、抗腐蚀等性能优势，是舰船建造中的理想材料之一。
随着技术的不断进步，复合材料在舰船建造中的发展趋势也逐渐增强，但同时也面临着一些挑战，如成本高、技术难度大等问题。
复合材料在舰船建造中的应用前景仍然广阔，其在提高舰艇性能、延长使用寿命等方面具有重要的价值。
随着航海工业的发展，复合材料将继续发挥着重要作用，为舰船建造领域带来更多的创新和突破。
【关键词】关键词：复合材料、舰船建造、应用、优势、性能、发展趋势、挑战、前景、价值1. 引言1.1 复合材料在舰船建造中的应用的重要性复合材料在舰船建造中的应用的重要性体现在多个方面。
复合材料具有优异的性能特点，包括高强度、轻质、耐腐蚀等特点，使得其在舰船建造中能够发挥重要作用。
复合材料具有良好的设计自由度，可以根据舰船的需要进行灵活设计和定制，满足复杂结构和功能要求。
复合材料还能够提高舰船的性能指标，如减少舰船的重量、提高航行速度、减少燃油消耗等，从而提高舰船的整体性能和经济性。
复合材料在舰船建造中的应用能够为舰船带来更好的性能表现和经济效益，促进舰船建造行业的发展和进步。
复合材料的应用不仅可以提高舰船的战斗力和生存能力，还可以为舰船建造领域注入新的活力和创新思维，推动舰船建造行业朝着更加科技化、绿色化和可持续发展的方向发展。
1.2 复合材料的优势复合材料在舰船建造中的优势主要体现在以下几个方面：1. 强度高：复合材料由不同材料组合而成，具有较高的强度和刚度，能够承受舰船在航行过程中的各种力和压力，确保舰船结构的稳定性和安全性。
2. 轻质化：相比于传统的金属材料，复合材料具有更轻的重量，可以降低舰船的自重，提高航行速度和耗能效率，同时减少了燃料消耗，降低了运营成本。
复合材料夹层结构泡沫芯材的性能特点和应用
复合材料夹层结构泡沫芯材的性能特点和应用作者：胡培的博客发表于：2010-01-06 09:06:16 点击：1817复材在线原创文章，转载请注明出处胡培赢创德固赛（中国）投资有限公司上海分公司陈志东博士赢创德固赛（中国）投资有限公司上海分公司摘要：上世纪80年代末，航空公司首先提出飞机结构中应当避免使用蜂窝夹层结构，因为在使用过程中，其表面容易发生损伤，产生显微裂纹并浸入水分。
另外，蜂窝也不适用于液体树脂注射工艺。
文章对复合材料夹层结构中常用的芯材做了简单对比，列出了泡沫夹层结构在结构方面、工艺方面和长期使用过程中的优势，介绍了目前航天航空结构，特别是无人机结构中应用最广泛的PMI泡沫的特点和应用实例。
结合多孔固体的结构特点和国内外最新研究和实践，简单的论述了泡沫芯材的发展趋势。
关键词：泡沫，蜂窝，夹层结构一、前言在航天航空、交通运输结构的设计中，要求构件尽可能轻而不损失强度是对设计人员的最大挑战。
在保证强度、刚度的同时，还要求所设计的薄壁结构在承受拉、压及剪切载荷的综合作用下不失稳。
过去传统的飞机结构设计方法仍在一些范围内使用，通过用长桁和肋/框组成纵、横向加强件来提高板的稳定性。
实际上，某些次结构也可以使用夹层结构设计来满足强度、刚度要求，例如蒙皮、舱门、口盖和翼身整流罩等。
夹层结构的夹芯通常采用蜂窝或泡沫芯材。
二、复合材料夹层结构芯材介绍在设计时，对于面板考虑的主要因素是材料的强度和刚度，而对于芯材，考虑的主要因素是最大幅度的减轻重量。
在飞机结构中芯材通常使用铝蜂窝、泡沫或NOMEX®蜂窝，如图1所示。
铝蜂窝或NOMEX®蜂窝具有压缩模量高和重量轻的优点，它们是飞机结构广泛使用夹芯材料，通常与碳/玻璃纤维预浸料一起使用。
常见的结构有机翼前缘、方向舵、起落架舱门、翼身和翼尖整流罩等。
尽管蜂窝夹层结构在性能上比金属板金结构有突出的优点，但是航空公司还是在积极寻找其替代材料，因为蜂窝夹芯材料在使用过程中需要高昂的维护修理费用。
游艇船壳材料结构设计解读
J I A N G S U U N I V E R S I T Y复合材料结构课程设计游艇船壳复合材料夹层结构设计二Ｏ一二年六月学院名称： 专业班级： 姓名、学号：指导教师：目录摘要 (1)1 游艇简介 (1)1.1 概述及简单分类 (1)1.2 游艇的主要参数 (2)1.2.1 尺寸 (2)1.2.2 船型 (3)1.2.3 纵稳性 (3)1.2.4 快速性 (4)1.2.5 游艇材料 (5)2.游艇受力分析及性能要求 (6)2.1作用在船体上的力 (6)2.1.1 船体的总纵弯曲 (6)2.1.2 作用在船体上的横向载荷 (7)2.1.3 其它局部受力情况 (8)2.2 船壳性能要求 (8)3 玻璃钢船壳结构设计 (8)3.1 玻璃钢的特点 (8)3.2 玻璃钢复合材料的泡沫夹层结构 (9)3.3 玻璃钢夹层结构的设计 (11)3.3.1玻璃钢夹层结构弯剪强度设计 (11)3.3.2夹层结构骨材的弯曲强度设计 (12)3.3.3夹层结构纵桁的剪切强度设计 (13)3.3.4 结构设计图及尺寸 (13)4.泡沫芯材的选择 (15)4.1 泡沫芯材的发展历程 (15)4.2 常见泡沫芯材的性能和应用 (16)5 泡沫芯材的加工使用方法 (17)5.1泡沫芯材的加工 (17)5.2泡沫芯材的使用 (18)6 玻璃钢游艇模型船壳的制作 (19)6.1 阳模法制作模型船壳 (20)6.2 阴模法制作模型船壳 (22)结论 (22)参考文献 (22)游艇船壳复合材料夹层结构设计摘要：游艇作为一种高级高级水上娱乐工具，谁到越来越多的私人或团体组织的青睐。
近年来，为提高游艇性能，越来越多的高科技专利、新型材料被应用到游艇上，其中作为船身主体的船壳材料自然首当其冲的成为重点研究对象。
本文主要从受力分析、材料选用等方面来分析设计玻璃钢夹层结构。
关键词：游艇玻璃钢夹层结构泡沫芯材制备1 游艇简介1.1 概述及简单分类游艇，是一种水上娱乐用高级耐用消费品。
天晟新材（300169）PMI高分子结构型泡沫材料介绍
天晟新材（300169）PMI⾼分⼦结构型泡沫材料介绍、项⽬简介聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）泡沫是⼀种交联型硬质结构型泡沫材料，具有100%的闭孔结构，其均匀交联的孔壁结构可赋予其突出的结构稳定性和优异的⼒学性能。
PMI泡沫⾸先是由德国Schrder博⼠在1961年发明的，由德国Rohm(罗姆)和Hass股份有限公司于1966年在德国Darmstadt⾸先研制成功并实现商品化。
⽬前PMI泡沫已被⼴泛地应⽤在航天、航空、军⼯、船舶、汽车、铁路机车制造、雷达、天线等领域。
PMI泡沫具有下列性能：1、100%的闭孔结构，且各向同性。
2、耐热性能好，热变形温度为180～240℃。
3、优异的⼒学性能，⽐强度⾼、⽐模量⾼，在各种泡沫中是最⾼的。
4、⾯接触，具有很好的压缩蠕变性能。
5、可⾼温热压罐成型（180～230℃、0.5～0.7MPa），可真空包加热成型（180～230℃，⼏个Pa），还可熔融注射成型，实现泡沫夹层与预浸料的⼀次性共固化。
6、不含氟⾥昂和卤素。
天晟新材7、良好的防⽕性能，⽆毒、低烟。
8、和各种树脂体系的相容性好。
9、优良的介电性能：介电常数1.05～1.13，损耗⾓正切在(1～18)×10-3。
在2～26 GHz的频率范围内，其介电常数和介电损耗的变化很⼩，表现出很好的宽频稳定性，使之⾮常适于雷达及天线罩的制造。
10、没有铝蜂窝夹层结构的⾯板-蜂窝界⾯的湿热腐蚀。
在相同密度的泡沫中，PMI泡沫的强度和刚度是所有泡沫中最⾼的。
在许多使⽤条件要求较⾼的情况下，可以使⽤PMI泡沫作为先进复合材料夹层结构的芯材，例如：航天、航空、铁路机车和船舶等。
PMI泡沫作为夹芯材料时，可采⽤Scrimp法、纤维缠绕法、加压铸造法等⽅法制造复合材料。
PMI泡沫具有⽐重⼩、耐⾼温、低介电常数与损耗、抗压强度⾼、⽐强度⾼、抗疲劳和蠕变性能好等优点，可实现与预浸料⼀步固化的⼯艺；同时具有优良的⼆次加⼯性能，可通过加热成型不同曲⾯形状的制品。
泡沫玻璃钢夹层结构板的弯曲强度分析
卢 — — 系 数 ， 卢 ＝ ０ ． １ ５ ８ — ０ ． １ １ 《 ） 。
其 中： ０ ——板格的长边长度 ， ｍ， 当板格 的短边与
长边 比ｂ ／ ａ小 于 ０ ． ３时 ， 取 ＝ ０ ． １ ２ ５ 。
第一作者简介 ： 王
泡沫玻璃钢夹层结构板 的弯 曲强度 分析—— 王
娜， 肖渤舰 ， 肖曙 明
料， 环 氧树 脂 作 为 基 体 。根 据 Ｒ ｅ ｉ ｓ ｓ ｎ ｅ ｒ理论 将 夹 层 板 的面 板模 拟 为 板 单 元 。Ｅ 为 纤 维 的 轴 向方 向， Ｅ 为垂 直 于 纤 维 轴 向 的方 向 ， 从 其 性 能 特 点 看， 该板 为 ２ Ｄ正交 异 性单 向板 ， 所 以在 Ｐ ａ ｔ ｒ ａ ｎ中 定义 单 向板 为 ２ Ｄ Ｏ ｒ ｔ ｈ ｏ ｔ ｒ ｏ ｐ ｉ ｃ材 料 ， 在 创 建 材 料 时， 输人 材料 的线 弹性 属性 ， 由于 目前纤 维增 强塑 料船 的层 板 主要 采用无 捻 粗纱状 胶 正交 纤维 布制 作且 工艺 要求 纤 维方 向应 与船 长 （ 和船宽 ） 方 向一 致 ４ Ｊ 。故本 文实例 中弹性 模量 Ｅ ＝ Ｅ ２ ＝１ １ Ｇ Ｐ ａ ， 剪切模量 Ｇ ＝１ ０ Ｇ Ｐ ａ ， 泊松 比 ：＝ ０ ． ２ ５ 。由于是 研 究板 的弯 曲 ， 故 可认 为 Ｇ ２ ３＝Ｇ ＝ｏ 。， 即认 为剪 应变 ， ＝ 。 ＝０ 。夹心 层 为泡 沫 根据 Ｒ ｅ ｉ ｓ ｓ ｎ ｅ ｒ 理
夹层 结构 的适 用 理 论 和 有 限元 分 析 方 法 进 行 阐 述， 并 用解 析方 法对 比验证其 正 确性 ， 通过 有 限元 分析 方法 推导 泡沫 夹层 结构 板 的边界 条件 修正 系
复合材料泡沫夹层结构力学性能与试验方法
FRP /C M 2005.N o .2收稿日期:2004 07 23作者简介:孙春方(1963 ),男,副研究员,博士研究生。
复合材料泡沫夹层结构力学性能与试验方法孙春方,薛元德,胡 培(同济大学航空航天与力学学院,上海200092)摘要:本文讨论纤维增强复合材料与聚合物泡沫组成的夹层结构的刚度、强度及弯曲性能试验方法;分析了复合材料面层的弹性常数、泡沫芯层的模量和夹层结构的刚度;阐述了夹层结构的应力分布和常见的5种破坏模式;对夹层结构的疲劳强度和冲击时的力学行为进行了探讨。
关键词:复合材料;泡沫;夹层结构;力学性能中图分类号:T B332 文献标识码:A 文章编号:1003-0999(2005)02-0003-041 引 言由轻质芯体与两层刚硬坚固的外壳制成的结构件称为夹层结构。
芯体对外壳的分隔增大了结构的惯性矩,而质量几乎没增加,得到一个抗弯曲和屈曲载荷的有效结构。
它常用于为减小重量的场合。
外壳或面材一般是金属(如铝)或纤维增强复合材料,芯体是蜂窝、聚合物泡沫、木材等。
本文讨论纤维增强复合材料与聚合物泡沫组成的夹层结构。
探讨轨道车辆用复合材料泡沫夹层结构中的一些力学性能及相应的试验方法。
复合材料是由两种或两种以上不同化学性质或物理性质的组分复合而成的材料。
复合材料具有质量轻、比强高,易于加工和改型、耐腐蚀、可设计性强等优点。
涉及到的材料包括碳纤维、玻璃纤维、环氧树脂和酚醛树脂等。
聚合物泡沫是一种最常见的芯材,主要有聚氯乙烯(PVC )、聚苯乙烯(PS)、聚氨酯(PU )、聚甲基丙烯酰亚胺(P M I)、聚醚酰亚胺(PE I)和丙烯腈 苯乙烯(SAN 或AS)。
密度从30kg /m 3到300kg /m 3不等。
通常在复合材料中使用的泡沫密度在40~200kg /m 3之间。
夹层结构的力学性能取决于表层和芯部材料的力学性能及几何尺寸。
主要涉及夹层结构的强度和刚度。
强度主要指复合材料的拉、压性能,泡沫的剪切强度,夹层结构的疲劳强度和冲击时的力学行为。
玻璃钢船体夹层结构设计(二)
(接上期)中外船舶科技 2020年第4期玻璃钢船体夹层结构设计（二)朱珉虎(江苏省船舶设计研究所，江苏镇江212003)8尖舭设计的细节玻璃钢船艇的艇型基本上可以分为两大类：圆舭型和尖舭型。
圆舭型艇体在舭部呈圆弧过渡，船 底的壳板和船侧的壳板基本连成一体，过渡平缓， 文中不做过多介绍。
尖舭型艇体也称为折角型(hard chine )艇体，多用于高速艇。
由于尖舭型船 艇的底部受力较强，通常需对板架进行加强，同时 要增加芯材厚度，而舷侧板架则可相对薄一些。
因 此，处于船底和舷侧交界处的舭部设计就十分重 要。
图10-15分别为适用于不同场合的尖舭设计 详图。
图1〇，11是台阶型尖舭的内侧转角处用楔形 泡沫补强的详图。
如果船艇有台阶型的尖舭，则通 常在船台或干坞中，需将支墩放在台阶型尖舭（尖 舭用于起吊缘梁和支墩台阶）的下方，使一些来自 起吊带索的载荷集中到尖舭部。
此时，舭部的高密 度芯材连通舱壁会形成强力结构，从而可将局部集 中载荷转移到其他结构上。
紕部的高密度芯材和 楔形块可防止尖舭变形、压碎和凹皱。
图10台阶型尖舭使用楔形泡沫补强的详图#1图11台阶型尖舭使用楔形泡沫补强的详图<2在包覆外蒙皮时，船底的外蒙皮应绕过尖舭向 上延伸到舷侧，接着舷侧的外蒙皮绕过尖舭向下延伸到底部，延伸的距离约0.0676(此处f i 为船宽） 或根据其他需求确定。
由于楔形泡沫块是预置的， 因此需要用由芯材黏合剂调制的腻子填充在芯材 下面的空隙处及各种织物包覆板上。
图11与图10的区别在于前者的舭部折角处没 有使用高密度芯材，而是用了与底部板架相同密度 的芯材，其余制作方法则与图1〇相同。
这种结构 一般用在不需要承受支墩的集中载荷或起吊绑扎 载荷处。
如果船有良好的支墩布置图，并且船厂也按照 这样的设计施工，则这些高密度芯材嵌人物应被放 到最适合支墩或起吊绑扎的位置，从而发挥最佳作 用。
这些位置应当在船底标出来，并且能够通过甲 板边缘的标志加以识别。
玻璃钢复合材料船舶夹层结构中的泡沫芯材
玻璃钢复合材料船舶夹层结构中的泡沫芯材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50－60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（Johns-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。
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玻璃钢复合材料船舶夹层结构中的泡沫芯材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50－60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（Johns-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。
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：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。