玻璃鋼/復(fù)合材料中常用的芯材有泡沫、巴薩木和蜂窩等多孔固體材料。
巴薩木目前主要的用途集中在風(fēng)電、船舶、鐵路車(chē)輛等行業(yè)。相對(duì)而言,因?yàn)槠涿芏冗x擇范圍小,面層破壞以后,吸水腐爛的缺點(diǎn),已經(jīng)逐步被PVC泡沫取代。但是因?yàn)槠鋬r(jià)格優(yōu)勢(shì),目前還有一定的市場(chǎng)。
蜂窩主要有NOMEX紙蜂窩和鋁蜂窩,蜂窩材料具有各向異性的特點(diǎn)。另外,因?yàn)榉涓C存在開(kāi)孔結(jié)構(gòu),不適用一些濕法工藝或樹(shù)脂注射工藝,例如船舶和風(fēng)電等領(lǐng)域。鋁蜂窩因?yàn)楹?a href="http://shijieche.cn/sell/" target="_blank">碳纖維面板之間存在電腐蝕的問(wèn)題,一般不能和碳纖維一同使用。另外,蜂窩結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中,會(huì)因?yàn)槊鎸悠茐?,發(fā)生滲水問(wèn)題。
玻璃鋼/復(fù)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)、聚醚酰亞胺(PEI)及聚甲基丙烯酰亞胺 (PMI)等。
硬質(zhì)聚氨酯PUR泡沫與其他泡沫相比,其力學(xué)性能一般,樹(shù)脂/芯材界面易產(chǎn)生老化,從而導(dǎo)致面板剝離。作為結(jié)構(gòu)材料使用時(shí),常用作層合板的縱、橫桁條或加強(qiáng)筋之芯材。有時(shí)PUR泡沫也能用于受載較小的夾層板中,起到隔熱或隔音的作用。該類(lèi)泡沫的使用溫度為150℃左右,吸聲性能良好,成型非常簡(jiǎn)單,但是機(jī)械加工過(guò)程中易碎或掉渣。PUR泡沫價(jià)格相對(duì)便宜,發(fā)泡工藝也比較簡(jiǎn)單,采用液體發(fā)泡。目前主要在運(yùn)動(dòng)器材,例如網(wǎng)球拍、冰球棒中用做工藝芯材,并起到一定的阻尼作用。另外在沖浪板中也普遍使用PUR泡沫或EPS泡沫作為芯材. PEI泡沫原先由AIREX公司生產(chǎn),型號(hào)為AIREX R82,由聚醚酰亞胺/聚醚砜發(fā)泡而成,具有很高的使用溫度和良好的防火性能。不過(guò)其價(jià)位相對(duì)較高,但是這種泡沫可以在兼有結(jié)構(gòu)要求和防火要求的部位使用,其使用溫度為-194℃ ~ +180℃。由于滿足嚴(yán)格的阻燃要求,適合在飛機(jī)和列車(chē)內(nèi)使用。但2005年,原材料供應(yīng)上出現(xiàn)了問(wèn)題,目前已退出市場(chǎng),而逐步被PMI S類(lèi)型泡沫取代。
目前占市場(chǎng)份額最大的是PVC泡沫芯材,又分為線形PVC和交聯(lián)PVC泡沫兩種。交聯(lián)PVC泡沫是由熱塑性的PVC和交聯(lián)熱固性聚氨酯組成,主要產(chǎn)品型號(hào)有Divinycell、Klegecell和Herex C。交聯(lián)PVC的強(qiáng)度和剛度比線性PVC的高,但是韌性較差,其使用溫度范圍為-240 ~ +80℃,并且能夠耐多種化學(xué)物質(zhì)腐蝕。盡管PVC泡沫是可燃材料,但阻燃型的PVC泡沫可用于有嚴(yán)格防火要求的結(jié)構(gòu)中,例如列車(chē)車(chē)廂等。但是需要注意的是PVC在燃燒以后,會(huì)產(chǎn)生氯化氫。選擇固化工藝方法時(shí),應(yīng)慮及PVC泡沫在溫度升高時(shí)會(huì)釋放氣體。交聯(lián)PVC泡沫通常用于船底、舷部、甲板、艙壁及上層建筑中,主要廠商有AIREX和Diab公司。
線形PVC泡沫是一類(lèi)具有高韌性、良好抗沖擊性能、能量吸收性能和耐疲勞性能的泡沫材料。線性PVC泡沫的強(qiáng)度和剛度相對(duì)交聯(lián)PVC來(lái)講要低。在施工過(guò)程中需要注意的是,樹(shù)脂中的苯會(huì)滲透到泡沫里面,使樹(shù)脂固化不完全,同時(shí)引起泡沫降解。這種泡沫通常用于船體受沖擊荷載比較大的部位,例如船底和舭舷部。目前市場(chǎng)上有AIREX公司的AIREX R 63系列,價(jià)格相對(duì)交聯(lián)PVC泡沫要高。
PS泡沫曾廣泛用在船舶、沖浪板制造行業(yè)。雖然其具有重量輕(40 kg/m3)、成本低、易于加工等優(yōu)點(diǎn),但因力學(xué)性能差,很少在高性能結(jié)構(gòu)件中使用。另外,這種泡沫不能和聚酯樹(shù)脂同時(shí)使用,樹(shù)脂中含有的苯會(huì)降解泡沫。目前,在沖浪板行業(yè)內(nèi)有少量使用。
SAN泡沫屬于熱塑性材料,由英國(guó)SP Systems公司生產(chǎn),CORECELL?型號(hào)的泡沫,主要是針對(duì)船舶市場(chǎng)而開(kāi)發(fā)。發(fā)泡制作工藝和線性PVC的工藝基本相同,性能也和線性PVC基本相同,熱穩(wěn)定性能比線性PVC好,相當(dāng)于普通交聯(lián)PVC。大多數(shù)情況下,在船舶結(jié)構(gòu)中可以用SAN泡沫代替線性PVC泡沫。價(jià)格略高于PVC泡沫。
在密度相同的條件下,PMI是強(qiáng)度和剛度最高的泡沫材料。高溫耐蠕變性能PMI泡沫經(jīng)適當(dāng)?shù)母邷靥幚硪院?,能滿足190℃的固化工藝對(duì)泡沫尺寸穩(wěn)定性的要求,適用與環(huán)氧或BMI樹(shù)脂共固化的夾層結(jié)構(gòu)構(gòu)件中,例如航天航空結(jié)構(gòu)、醫(yī)療床板、天線結(jié)構(gòu)等,作為碳纖維復(fù)合材料面板的芯材。PMI泡沫采用固體發(fā)泡工藝制作,為孔隙基本一致、均勻的100%閉孔泡沫。