《复合材料工艺与设备》第3章夹层结构

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《复合材料工艺与设备》课程介绍

《复合材料工艺与设备》课程介绍一、课程简介《复合材料工艺与设备》是复合材料与工程专业复合材料方向的一门主要的专业课，其主要任务是使学生掌握复合材料研究与生产中的各种成型工艺方法、成型工艺原理、复合材料工艺配方设计等方面的系统知识。

通过本科程学习，要求学生掌握复合材料的基本性质、原材料的选用、各种典型成型工艺的主要工艺过程与复合原理，并了解这些工艺的主要成型设备。

掌握各成型工艺制品的主要性质及其在实际生活中的应用。

该课程的学习对本专业其他专业课的学习具有重要的关联作用。

课程的主要教学内容包括：1、热固性树脂基复合材料的生产工艺与设备要求学生掌握手糊成型、夹层结构成型、模压成型等各种热固性树脂基复合材料成型工艺的原材料选择、工艺特点、成型工艺原理和过程。

了解这些成型工艺的发展概况和成型设备。

2、热塑性树脂基复合材料的生产工艺与设备要求学生掌握树脂基体的成型性能、聚合物熔体的流变行为、聚合物的结晶和定向。

掌握挤出成型、注射成型及片状模塑料冲压成型等热塑性树脂基复合材料的成型工艺的工艺原理、工艺过程。

了解热塑性树脂基复合材料的发展，成型工艺的发展概况和成型设备。

3、无机非金属基复合材料成型工艺及设备掌握短纤维增强水泥的制造工艺、水泥对玻璃纤维的微观侵蚀机理等。

了解纤维增强水泥基复合材料的发展概况和纤维水泥的增强机理。

了解石膏基和陶瓷基复合材料的发展概况、成型工艺与成型设备。

4、金属基复合材料成型工艺及设备了解金属基复合材料的发展概况和复合工艺。

本课程的实验教学内容共有共有两个实验项目，包括不饱和聚酯树脂粘度的测定和手糊玻璃钢板。

通过本课的教学，掌握树脂基复合材料典型成型工艺如手糊成型工艺、夹层结构成型、模压成型、层压、缠绕、拉挤成型、注射成型等工艺的原材料选用、主要工艺过程与复合原理，了解这些成型工艺的发展概况和成型设备。

掌握纤维增强水泥基复合材料的分类、特点、缺陷及应用，短纤维增强水泥的制造工艺、水泥对玻璃纤维的微观侵蚀机理等。

第3章、夹层结构

第3章、夹层结构诞生起因：减重，保温。

生产方式：手工，机械。

1、夹层性质：泡沫塑料夹层蜂窝玻璃布夹芯玻钢、玻纹板2、夹层结构六边形，矩形，加强带六边形§3-1、蜂窝夹层结构§3-1-1、原材料蒙皮，易成异型布、纸、箔芯材易拉伸，成网状粘接剂：环氧，不饱和聚酯蒙皮，芯材浸胶，胶接酚醛，有机硅DAP树脂聚醋酸乙烯酯蜂窝夹芯制造聚乙烯醇缩丁醛胶环氧树脂§3-1-2、蜂窝夹芯制造低密度：纸、布（玻璃，棉）芯材分类高密度：钢材，合金钢塑性胶接芯的制造模压手工涂胶胶接拉伸机械涂胶§3-1-2-1、手工涂胶胶条纸板如同丝网印花的丝网涂胶如同印彩色釉连接如此间隔叠层达到厚度，固化、切割、手拉开§3-1-2-2、机械涂胶印胶法：同墙、地砖机械印花法类同，把底面再印一次胶。

§3-1-2-3、金属蜂窝胶接拉伸法工艺流程：金属箔表面处理胶液涂刷干燥打通气孔化学除油化学粗化水洗干燥剪裁、定位、叠合加压固化蜂窝拉伸§3-1、泡沫塑料夹层§3-2-1、基本性能质量轻，绝热，隔音，均匀传递外力。

§3-2-2、泡沫塑料夹芯种类与工艺§3-2-2-1、种类1、生产的树脂基体分聚苯乙烯，聚氯乙烯，聚氨酯，聚乙烯，脲甲醛，酚醛，环氧，有机硅，聚丙烯，氯化或磺化聚乙烯，聚碳酸酯，聚四氟乙烯。

2、泡沫塑料硬度压缩变形：60~70℃ 洗涤剂 3~5min 磷酸钠硅酸钠液体皂3、密度§3-2-2-2、发泡方法1、物理发泡压入气体发泡低沸点液体蒸发发泡2、机械混入“固化”气泡3、化学发泡内部化学反应发泡§3-2-2-3、聚氨酯泡沫塑料制备工艺聚醚或聚酯树脂异氰酸酯化学反应水助剂1、聚醚氧化烯烃+ 多元醇聚醚+ H2O —C—C———OH —C—C—O—O —C—OH O—C—C—O—2、聚酯二元酸+ 多元醇聚酯O O —C —OH O OHO —C —R —C —OH R HO ——R —C —O —C — —C —OH3、异氰酸酯甲苯二异氰酸酯64 CH 32 C —N —O2,6，对称稳定性，形成开孔泡。

夹层结构的工艺流程

夹层结构的工艺流程夹层结构是指由两层玻璃之间通过PVB膜或EVA膜粘合在一起形成的一种复合材料结构。

夹层结构玻璃具有较强的抗冲击性、抗震性和耐爆性能，同时还具有防火、隔音和紫外线防护的功能。

下面是夹层结构的工艺流程：首先，准备玻璃材料。

工人需根据设计要求选择合适的玻璃材料，通常是钢化玻璃或夹层玻璃，确保其质量符合标准。

接下来，对玻璃进行清洁处理。

使用专用的玻璃清洁剂和清洗设备，将玻璃表面的污垢、灰尘和油渍清洗干净。

这一步非常重要，保证了后续工艺的顺利进行。

然后，准备夹层膜。

将PVB膜或EVA膜裁剪成与玻璃相同大小，并确保其质量和厚度符合要求。

夹层膜通常是透明的，可以根据需要添加防紫外线材料。

接下来，将PVB膜或EVA膜放置在两块玻璃之间，形成一个夹层结构。

这一步需要特殊的夹层结构粘合设备，确保整个过程中夹层膜能够均匀且牢固地粘合在玻璃上。

然后，将夹层结构的玻璃进行维修。

如果在粘合过程中出现了气泡、瑕疵或其他问题，需要及时修复。

通常使用高温和高压的方法，利用真空来排除气泡，并重新粘合或更换夹层膜。

最后，对夹层结构的玻璃进行压力处理。

将夹层结构的玻璃置于加热设备中，施加一定的温度和压力，使夹层膜与玻璃密合，并确保整个夹层结构的质量和性能。

在此过程中，需要严格控制温度和压力的参数，以避免材料的熔化或损坏。

综上所述，夹层结构的工艺流程包括准备玻璃材料、清洗处理、准备夹层膜、夹层结构粘合、维修和压力处理。

每个步骤都非常重要，需要经过专业的设备和工人的操作，以确保夹层结构玻璃的质量和性能，满足设计要求和使用需求。

复合材料成型工艺夹层结构制造技术

复合材料成型工艺夹层结构制造技术夹层结构一般是由三层材料制成的复合材料。

夹层复合材料的上下面层是高强度、高模量材料，中间层是较厚的轻质材料，玻璃钢夹层结构实际上是复合材料与其它轻质材料的再复合。

采用夹层结构方式是为了提高材料的有效利用率和减轻结构重量，以梁板构件为例，在使用过程中，一要满足强度要求，二要满足刚度的需要，玻璃钢材料的特点是强度高，模量低。

因此，用单一的玻璃钢材料制造梁板，满足强度要求时，挠度往往很大，如果按允许挠度进行设计，则强度大大超过，造成浪费。

只有采用夹层结构形式进行设计，才能合理的解决这一矛盾。

这也是夹层结构得以发展的主要原因。

由于玻璃钢夹层结构的强度高，重量轻，刚度大，耐腐蚀，电绝缘及透微波等，目前已广泛用于航空工业和宇航工业的飞机、导弹、飞船及样板、屋面板，能大幅度的减轻建筑物的重量和改善使用功能。

透明玻璃钢夹层结构板，已广泛用于寒冷地区的工业厂房、大型公用建筑及温室的采光屋顶。

在造船和交通领域，玻璃钢夹层结构广泛用于玻璃钢潜艇、扫雷艇、游艇中的许多构件。

我国设计制造的玻璃钢过街人行桥、公路桥、汽车和火车保温泠藏车等，均采用了玻璃钢夹层结构，满足了重量轻、强度高、刚度大、隔热、保温等多性能要求。

在要求透微波的雷过罩中，玻璃钢夹层结构已成为其它材料不能与之相比的专用材料。

1、玻璃钢夹层结构的种类与特点根据夹层结构所用的芯材种类和形式不同，玻璃钢夹层结构分为：泡沫夹层结构，蜂窝夹层结构，梯形板夹层结构，矩形夹层结构和圆形夹层结构。

（1）泡沫塑料夹层结构泡沫塑料夹层结构是采用玻璃钢薄板作蒙皮（面板），泡沫塑料做夹芯层，泡沫塑料夹层结构的最大特点是蒙皮和泡沫塑料夹芯层粘接牢固、受力不大和保温隔热性能要求高的部件，如飞机尾翼、保温通风管道及样板等。

（2）蜂窝夹层结构蜂窝夹层结构是采用玻璃钢薄板作蒙皮，蜂窝材料（玻璃布蜂窝、纸蜂窝或其它棉布及铝蜂窝等）做夹芯层。

蜂窝夹层结构的重量轻，强度高，刚度大，多用作结构尺寸大、强度要求高的结构件，如玻璃钢桥的承重板、球形屋顶结构、雷达罩、反射面、冷藏车地板及箱体结构等。

复合材料夹层结构基本原理

复合材料夹层结构基本原理前言我国复合材料工业的发展起始于20世纪50年代，经过50余年的发展，由于“轻质高强”的优异性能，其应用领域已由最初的航空航天和国防业渗透到了当今国民经济的各个领域，如化工管罐，运动器材，汽车部件，建筑，船艇，轨道交通，风力发电叶片等等。

随着复合材料应用领域的扩展，产品的尺寸不断变大，夹层结构的应用也越来越广泛。

1 复合材料夹层结构基本原理复合材料夹层结构由强度很高的面层和强度较低的轻质夹芯材料组成，在弯曲荷载下，上下面层承担主要的拉应力和压应力，芯材主要承担剪切应力。

芯材的力学作用机理是连接面层使之成为整体构件，让薄而强的面层在承担较高拉压应力的同时不发生屈曲，并将剪切力从面层传向内层。

以面层厚度相等的单夹层结构在弯曲载荷作用下的响应为例，来说明夹层结构的基本原理。

1.1 面层和芯材的拉、压应力分布在弯曲载荷作用下，假设面层和芯材的界面没有损坏，即在界面处的变形是连续的，且材料处于线弹性范围内，则夹层结构产生的拉压应变分布如图1所示。

由于面层和芯材的弹性模量不同，所以其应力分布会发生突变，面层的拉、压应力远大于芯材的拉、压应力，如图2所示。

图2 截面拉、压应力分布根据材料力学梁的弯曲理论，根据夹层结构的几何数据和各部分材料的弹性模量可以算出结构的等效刚度（EI）eq，则面层和芯材部位产生的拉、压应力如下：（1）（2）式中，M：夹层结构承受的弯矩y：离中性轴的距离Ef：面层的弹性模量Ec：夹芯材料的弹性模量1.2 面层和芯材的剪应力分布根据材料力学梁的弯曲理论，夹层结构中的剪应力分布如图3所示。

图3 剪应力分布图4简化后的剪应力分布在工程实践中，为便于计算，可以对其进行线性简化，如图4所示。

那么剪应力可按下式进行简化计算：（3）（4）式中，Q：截面承受的剪力b：夹层结构梁的宽度c：芯材的高度1.3 面层和芯材的匹配从上面的分析可以看到，面层承担了大部分的拉、压力，芯材承担了大部分的剪力。

复合材料夹层结构

复合材料夹层结构复合材料夹层结构的主要组成部分是纤维增强复合材料和基体材料。

纤维增强复合材料是指将纤维与基体材料相结合，形成具有特定性能和性质的材料。

常见的纤维包括碳纤维、玻璃纤维、聚合物纤维等，而基体材料则常常是树脂基材料。

夹层结构的设计要根据具体的应用需求来确定，一般包括夹层材料的选择、厚度的确定和夹层界面的处理。

在选择材料时，要综合考虑夹层的强度、刚度、耐热性、耐腐蚀性等性能。

对于不同的应用领域，要针对其特定环境和工况来选择夹层材料，以确保结构的可靠性和稳定性。

夹层结构的优势主要有以下几个方面。

首先，夹层结构能够结合不同材料的优点，提供更好的力学性能。

例如，纤维增强复合材料具有高强度、高刚度和低密度的特点，而基体材料则能提供耐磨损、耐腐蚀等特性。

其次，夹层结构可以提高整体结构的韧性和抗疲劳性能，减少开裂和断裂的风险。

此外，通过选择不同的夹层材料和界面处理方法，夹层结构还可以具有防火、隔热、隔音等功能，满足不同应用领域的要求。

然而，夹层结构在实际应用中也存在一些挑战和问题。

首先，夹层结构的复杂性增加了制造难度和成本。

其次，夹层结构的失效机制和破坏行为也较难预测和分析，对设计和维护提出了较高的要求。

此外，夹层结构的性能与结构参数之间存在一定的相互影响，需要通过研究和实验验证来进行优化和改进。

综上所述，复合材料夹层结构作为一种具有重要应用前景的结构形式，在不同领域和行业中发挥着重要的作用。

随着不断的研究和发展，夹层结构的性能和可靠性将会得到进一步提升，为实现更高效、更可靠的结构设计和应用提供了新的可能性。

复合材料夹层结构分析

复合材料夹层结构分析复合材料夹层结构是指由两个或多个不同材料组成的结构，每个材料在夹层结构中的分布和相互作用对整个结构的性能起着重要的影响。

本文将从夹层结构的组成、分析方法和应用领域三个方面进行介绍，并重点探讨夹层结构的应力分析、强度计算和疲劳寿命预测等方面的问题。

夹层结构的组成可以有很多种形式，例如纤维增强复合材料夹层结构、金属-复合材料夹层结构、复合材料-塑料夹层结构等。

其中，纤维增强复合材料夹层结构是最常见的一种形式。

在纤维增强复合材料夹层结构中，一般由多层纤维增强复合材料板材和粘接剂层组成。

其中，板材是由纤维和基体材料复合而成的，粘接剂层用于将不同板材连接在一起。

夹层结构的分析方法可以通过有限元分析、理论分析和试验分析等途径进行。

其中，有限元分析是最常用的分析方法之一、有限元分析可以通过将夹层结构离散化成有限个小单元，然后利用数值方法求解得到夹层结构的应力、应变和变形等信息。

在进行有限元分析时，需要考虑夹层结构的几何形状、材料特性和加载方式等因素，并选择合适的有限元模型和边界条件。

夹层结构的应力分析是夹层结构分析的关键一步。

应力分析可以通过解析方法、数值方法和试验方法进行。

在解析方法中，常用的有层合板理论、三维理论和剥离理论等。

层合板理论是最常见和简化的一种方法，它假设夹层结构是一个薄板，在板厚方向上应力变化不大。

三维理论则考虑了夹层结构的厚度效应，可以更准确地描述夹层结构的应力分布。

而剥离理论则主要用于描述夹层结构在受剪力作用下的剥离破坏。

夹层结构的强度计算是夹层结构分析中的另一个重要内容。

强度计算可以通过解析方法和试验方法进行。

在解析方法中，常用的有杠杆平衡法、层合板理论和损伤力学等。

杠杆平衡法可以用于计算夹层结构的最大弯曲应力和最大剪应力等。

层合板理论可以用于计算夹层结构的最大应力和最大应变等。

而损伤力学则可以用于描述夹层结构的疲劳寿命和损伤演化过程等。

夹层结构的疲劳寿命预测是夹层结构分析的重要内容之一、疲劳寿命预测可以通过数值模拟和试验验证相结合的方法进行。

复合材料夹层结构分析

复合材料夹层结构分析复合材料夹层结构是一种由两层或多层材料组成的结构，其中不同材料层通过层间粘接或焊接等工艺相连。

它的结构设计旨在充分发挥各种材料的优势，使夹层结构具有较高的性能和应用价值。

在实际应用中，夹层结构广泛用于航空航天、汽车、建筑等领域。

夹层结构的优势主要体现在以下几个方面：1.强度和刚度优势：夹层结构中的不同层材料可以互相补充，使整个结构具有更高的强度和刚度。

例如，夹层结构可以利用高强度纤维增强聚合物复合材料作为外层，在保证较高强度的同时，通过内层材料的增韧作用提高结构的韧性。

2.轻量化优势：夹层结构可以有效减轻整体结构的重量。

由于复合材料的密度较小且具有较高的强度，可以使用薄而轻的复合材料构成夹层结构，从而达到减轻结构重量的目的。

这对于提高载重能力、降低能耗和提高运行效率具有重要意义。

3.抗疲劳和耐久性优势：夹层结构在使用过程中具有较好的抗疲劳和耐久性能。

由于夹层结构中的不同材料层具有不同的性能，使整个结构具有更好的抗疲劳和耐久性能。

例如，夹层结构可以利用耐磨材料作为外层，使结构表面具有更好的耐磨性，提高结构的使用寿命。

4.导热和绝缘性优势：夹层结构中的不同层材料可以起到隔热和隔热的作用。

例如，夹层结构可以利用导热性能较好的材料作为内层，阻止热量向外传导；同时利用导热性能较差的材料作为外层，防止外界热量传入结构中，从而达到保温的目的。

5.吸音和隔音优势：夹层结构中的不同层材料可以起到吸音和隔音的作用。

例如，在建筑领域中，夹层结构可以利用吸音性能较好的材料作为内层，增加结构对声音的吸收；同时利用密度较大的材料作为外层，阻止声音的传播，提高结构的隔音效果。

然而，夹层结构也存在一些挑战和问题。

首先，夹层结构的设计和制造要求较高，需要考虑不同材料层之间的界面粘接强度、尺寸匹配等问题；其次，夹层结构在使用过程中可能存在层间剥离、破裂等问题，需要进行结构损伤评估和修复；最后，夹层结构的成本较高，需要考虑材料选择、制造工艺等问题，以提高经济性。

复合材料夹层结构

)T
避免缝线屈曲，提高斜缝合泡沫夹层结构力学性能，尤其是抗压性能；
便于制备大尺寸制件；
Z-pin夹层结构
应用领域
23
Z-pin夹层结构
24
连体织物及复合材料
面层
纤维芯柱
面层
三维间隔连体织物是一种层与层之间由连续纤维芯柱相接而成一体呈空芯结构的编织物
面层之间芯柱经向呈“8”字形，纬向呈“1”字形
3.0
70°-80°
2.5
60°-70°
Stress (MPa)
2.0
平
1.5
压
1.0
0.5
0.0 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 Strain
芯柱断裂破坏芯柱与面层夹角成80°-90°时性能最佳
Stress (MPa)
1.2
1.0
剪
0.8
切 0.6
warp weft
Time / s
树脂沿芯柱纤维浸润距离-时间曲线
经向
纬向
上下面层异步浸胶方法：
首先将其总量的 30% 均匀
涂覆在模具上，使树脂完
全浸入织物下面层，然后
将剩余树脂均匀涂覆在织
物上面层。
粘度越小下浸速度和上浸速
度差异越大
27
连体织物及复合材料
树脂含量对浸渗质量的影响
1.93 kg/m2
2.31 kg/m2
Fiber volume fraction/% Distance/cm
50
5mm 8mm
10mm
40
30
20
10
0 0.00
0.02 0.04 0.06 0.08 Vacuum pressure/MPa

夹层结构成型工艺及设备

芯材的应用领域广阔，涉及航空航天、船舶、交通运输、建筑等领域。

1、航空航天航空部门特别需要轻质高强的材料。

夹层结构获得低密度芯材的方法之一是复合模袋法。

它在泡沫中将微珠有序结合，典型的是玻璃微珠。

轻而坚硬的芯材或层材，用于飞机、航空器和其它领域。

它们具有防火、低导电和抗破环的特性。

飞机的主要部件，如机身，机翼和尾翼可采用PVC泡沫芯材复合结构，同时使用丁二烯。

在生产中不必进行高压高温处理。

飞机的重量得以减轻。

直升飞机最新一代复合螺旋桨叶采用密度较低、可耐大多数溶剂且可经受高压蒸煮温度和压力的 PMI 泡沫芯材。

它采用传统预浸工艺制造。

这种新型复合螺旋桨叶的寿命可达10000h/L 先前的金属桨叶寿命提高十倍。

飞机的机舱地板对材料的要求非常挑剔。

由于其使用的特殊性，要求其轻质、高硬度、耐疲劳及长寿命。

现在飞机上使用了芳族聚酰胺纤维为芯材的地板和其它类似的产品。

这些产品最大的优点是有效而持久，即使用于喷气式飞机的过道，也完全满足了机舱地板材料的要求。

飞机上最早使用的铝质夹层结构虽然轻质j 更实，但是它不耐腐蚀、易扭曲、导热、有导致点载荷破坏的倾向，而以芳族聚酰胺纤维为芯材的地板完全克服了铝质夹层结构的这些缺陷。

美国新泽西洲的巴尔特得公司在 20 世纪 60 年代宇航员乘坐的探测号上使用了轻质木芯材。

它使宇航员乘坐的探测号经受了降落时的冲击。

70 年代轻质木芯材被用来隔离盛有大量液氮的舱体。

今天超轻型竞赛飞机，飞机模型和现代 " 超级风车 " 的桨叶都使用了轻质木芯材。

2、船舶常规的交联 PVC泡沫己在船舶中广泛应用。

瑞士海军的护卫舰使用了 28、13.5 、0.09m 片状构造的丁二烯蜂窝芯材。

聚氨酯（ PU）发泡芯材也常用于船舶的建造。

80kg/m3 高密度泡沫可应用于承载部件如船舷等； 80～120kg/m3 的泡沫专门用作甲板和上部构造的芯材。

硬质 PU泡沫广泛用于水槽、绝缘板、结构性填料和充空填料。

复合材料工艺设备夹层结构作业

1、简述玻璃钢泡沫夹层结构特点及应用。

2、简述玻璃钢蜂窝夹层结构特点及应用。

答：1、玻璃钢泡沫夹层结构特点:泡沫夹层结构的两蒙皮采用玻璃钢板材，夹层材料用泡沫塑料，最大特点是质量轻、刚度大，保温隔热性能好，刚度好，硬度不是很大。

应用：飞机尾部
2、玻璃钢蜂窝夹层结构特点及应用：蜂窝夹层结构的蒙皮采用玻璃钢板材，而夹芯层采用蜂窝材料，蜂窝夹芯按其平面投影的形状，可分为正六边形、菱形、矩形和正弦曲线等多种形式，蜂窝进行合理设计可以获得较高的强度和刚度。

应用：多用于构件尺寸较大、强度要求较高的部件，如承重板材、雷达罩、反射面、冷藏汽车、火车地板及壳体结构等。

夹层结构

窝
夹层 3.2.1.3 金属箔
结
构
制作蜂窝可用铝箔、不锈钢箔和钛合金箔等
用
原
材
料
第三章夹层结构
课件
3.2.1.4 粘结剂蒙皮浸胶、芯材浸胶、蒙皮芯材结合用胶。
3.2.1
蜂窝夹
环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、有机硅树脂和DAP树脂等
层
结
蜂窝夹芯制做过程中的胶条
构
用原材
聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇缩丁醛胶和环氧树脂等
蜂窝
固化时间2～4h 。它只适用于机械制造蜂窝芯子
夹
层
结 (3) 环氧树脂构
用
原
6101＃（E-44），618#(E-51)， 634#(E-42) 等。
材
室温固化，可用氨类固化剂固化。
料
第三章夹层结构
课件
3.2.2 各种材质蜂窝夹芯的制造
3.2.2
蜂窝
密度
夹
芯
的
制
造
低密度夹芯高密度夹芯
蜂
窝
有蜡玻璃布可防止树脂渗透到玻
夹
璃布的背面，减少层间粘接，有利于
层结构
蜂窝格子孔的拉伸。无碱平纹布不易变形，可提高芯材的挤压强度。
用
原
材
料
课件
第三章夹层结构
课件
3.2.1
3.2.1.2 绝缘纸
可以用于制作蒙皮和蜂窝，要求具有良好的被浸
润性和足够的拉伸强度，一般采用木质纤维素纸或棉
蜂纤维纸。要求纸中不含有金属和其它杂质。
芯材：纸、棉布、玻璃布浸渍树脂，泡沫塑料、铝蜂窝夹芯；蒙皮：胶合板、玻璃钢、薄铝板芯材与蒙面胶结而成

复合材料夹层结构芯材

复合材料夹层结构芯材夹层结构的最初应用从上世纪初的航空航天业开始，逐步发展到今天的船舶、交通运输、运动器材、风力发电、医疗器材等领域。

德固赛（中国）投资有限公司上海分公司的胡培先生全面综述了各种芯材的特性、应用、市场分布及前景。

常用芯材及其应用玻璃钢/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或树脂注射工艺，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℃。

夹层结构复合材料翼型件模压工艺

第 #期
马
军：夹层结构复合材料翼型件模压工艺附表产品测试结果实际加载 $ % & ’ ( ).)" ’ ( #),, 主要检查结果
设计载荷 $ % &
加载要求
+,’ ( !))* )/0-
无永久变形未破坏
测试结果满足设计强度要求。
/
结
论
$ ) & 碳纤维预浸料面板—— — 组合泡沫芯在成型模中胶接共固化的模压成型工艺能满足设计的要求，用该方法成型的飞行器翼型件具有良好的胶接质量、气动外形、力学性能，互换性好，保证了导弹的结构平稳性。 $ ! & 由于面板为湿法成型，不能排胶，因此预浸料的过程控制十分重要，用本工艺方法应使得预浸料的含胶量适当偏低。 $ # & 对于外形要求高的产品，模具表面精度高，复合材料在固化过程中，丝的阻力小，易产生走丝现象，在零件与模具之间增加一层聚四氟乙烯布能很好地解决走丝问题。 $ . & 加压时机的选择对于排除模压工艺过程中的表层碳丝错位现象至关重要，过早或过晚都会有副面影响。 $ /& 采用本工艺方案可显著提高制作效率，节约动力，有明显的经济效益。
第 #期
马
军：夹层结构复合材料翼型件模压工艺
结合翼型件产品的结构特点，要想实现模压成型至少有以下四种不同的途径工艺方法可供选择：方法 $ % & ，上、下面板预先固化，发泡胶带金属骨架发好泡沫芯，然后面板与泡沫芯组合、胶接固化。方法 $ ! & ，上、下面板仅铺贴好不固化，发泡胶带金属骨架发好泡沫芯，然后面板与泡沫芯组合、胶接共固化。方法 $ # & ，上、下面板预先固化，发泡胶及金属骨架直接放于面板间，在模具中发泡并胶接固化。方法 $ ’ & ，上、下面板仅铺贴好不固化，发泡胶及金属骨架直接放于面板间，在模具中发泡并胶接共固化。从传统工艺经验角度看，工艺方法 $ % & 能有效地保证面板的内部质量和泡沫芯的外形。因此，首选了方法 $ % & ，其主要工序为：在热压罐中成型好上、下碳纤维面板，切割加工修型后进行无损检测：在发泡成型模具中放入金属骨架和粉状发泡胶发泡成型为泡沫芯；在泡沫芯表面贴好胶膜，合上面板，放入成型模中胶接固化。在最初的试验中选用 $ % & 制作了四片翼型件，无损检测中发现：在翼型件根部后缘部位面板与骨架间有局部脱胶；面板与泡沫芯间有局部点状密集气泡缺陷。分析其原因有两个：一个是面板与骨架均为硬体结构，而面板与骨架间的间隙存在公差，胶膜不能完全地填充面板与骨架间的间隙，造成面板与骨架脱胶；另一个原因是由于泡沫芯为粉状发泡胶发泡所成，泡沫芯表面有许多的气孔，胶膜薄且流动性差，面板又为硬体结构，胶膜不能完全地填满气孔，造成面板与泡沫芯产生疏松缺陷。后来，在工艺方法 $ % & 的基础上又增加了一层胶膜，但脱胶、疏松缺陷仍然存在，仅是疏松面积小了一些。从 $ % & 可以看出，只要面板预先固化，它与金属骨架的硬碰硬的胶接形式就会产生脱粘现象，达不到设计要求。从而认为 $ # & 也不可选用。考虑到 $ % & 、 $ # & 是一种硬碰硬的胶接形式，它对各组合件配合的精度要求极高，可见这种工艺方法很难达到产品的质量要求。为此，在总结 $ % & 的基础上，将主攻目标转向了 $ ! & 。这种方法的主要工序是：先将上、下碳纤维面板铺贴好待用，再将金属骨架和粉状发泡胶在发泡成型模中组合发泡—— — 组合泡沫芯，并在组合泡沫芯表面贴胶膜，合上面板，放入成型模中胶接共固化。按 $ ! & 试制作了两片翼型件，脱粘问题得到了解决，但面板与泡沫芯存在分散性的小面积疏松缺陷，且翼型件表层有错丝现象。分散性的小面积疏松缺陷是由于面板未固化、含胶量和挥发份偏高造成的。而翼型件表层有错丝现象则是由于模面光滑、阻力小、面板中的胶流动性好、在加温加压过程中碳丝也随着胶的流动而产生错位现象。为解决上述两方面问题，采取了以下措施：将预浸料的晾置时间放长，并将预浸料的含胶量控制在底限，还要在模具表面、面板外表面加放一层聚四氟乙烯布，以增大模具与面板的接触阻力，同时控制好加压点。复合材料在固化成型过程中，随着温度的升高，树脂粘度慢慢下降，形成粘流态。随着温度的继续上升，粘度开始回升，直到形成不能流动的凝胶 !"

王升版复合材料成型与设备

第一章绪论FRP 纤维增强塑料Fiber reinforced plasticsFRTP 纤维增强热塑性塑料ThermoplasticSMC 片状模塑料Sheet molding compoundDMC 团状模塑料Dough moulding compoundBMC 块状模塑料Bulk molding compoundRTM 树脂传递模塑Resin Transfer MoldingRIM 反应注射模塑Reaction Injection MoldingRRIM 增强反应注射模塑Reinforced Reaction Injection MoldingGMT 玻璃纤维增强热塑性片状模塑料Glass fiber reinforced thermoplastic sheet molding compound)AS AS树脂，丙烯腈—苯乙烯共聚物Acrylonitrile styrene copolymer1、复合材料的定义是什么？答：CM广义的定义：是指由两种或两种以上的不同材料，通过一定的工艺复合而成的，性能优于原单一材料的多相固体材料。

狭义定义：（通常研究的内容：）用纤维增强树脂、金属、无机非金属材料所得的多相固体材料。

2、按照基体不同复合材料怎么分类？答：金属基复合材料、树脂基复合材料、非金属基复合材料。

3、复合材料性能的主要决定因素有哪些？答：a、增强材的性能、含量及分布情况b、基体材料的性能及含量c、界面的结合情况4、复合材料的主要性能特点有哪些？答：1、轻质高强是CM最突出、重要的特点，也是研究最多的特点。

可以用比强度（强度/密度），比弹性模量（弹性模量/密度）来定量描述。

2、可设计性好是复合材料区别于传统材料的根本特点之一。

3、工艺性能好复合材料的工艺性能十分优越，其成型方法多种多样，成型条件机动灵活。

•以上三点是复合材料通有的特性。

具体到玻璃纤维增强树脂基复合材料，还具有以下特性：4、热性能好导热系数小，是金属材料1/100～1/1000；特殊类型的玻璃钢可耐瞬时高温。

《复合材料工艺与设备》第3章夹层结构

《复合材料工艺与设备》课程介绍

第3章、夹层结构

夹层结构的工艺流程

复合材料成型工艺 夹层结构制造技术

复合材料夹层结构基本原理

复合材料夹层结构

复合材料夹层结构分析

复合材料夹层结构分析

复合材料夹层结构

夹层结构成型工艺及设备

复合材料工艺设备夹层结构作业

夹层结构

复合材料夹层结构芯材

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复合材料成型工艺夹层结构制造技术