1、泡沫材料

　　泡沫材料
　　泡沫材料是最為常見的夾芯材料芯材，包括多種聚合物材料如聚氯乙烯PVC, 聚苯乙烯PS, 聚氨酯PU, 聚醚酰亞胺PEI和苯乙烯丙烯腈SAN, 密度范圍從30kg/m3到300kg/m3，在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件中常用的密度范圍是40kg/m3到200 kg/m3, 厚度也有多種可供選擇，從5mm到50mm。

PVC泡沫
　　閉孔聚氯乙烯泡沫是高性能復(fù)合夾芯材料最為常用的芯材之一。盡管從化學(xué)組成上PVC泡沫是由聚氯乙烯和聚氨酯混合構(gòu)成的，但在實際應(yīng)用中總是習(xí)慣性的稱為聚氯乙烯泡沫。PVC泡沫兼具優(yōu)良的靜態(tài)和動態(tài)性能，同時具有優(yōu)異的防水性。PVC泡沫適用溫度范圍廣，從-240度到80度，乃化學(xué)侵蝕。盡管PVC泡沫屬于可燃材料，但是其優(yōu)異的阻燃性已經(jīng)可以滿足許多對阻燃性能要求較高的場合，例如火車部件等。在作為玻璃鋼夾芯材料的芯材使用時，PVC泡沫一定的耐苯乙烯性能使其被廣泛的應(yīng)用在多個行業(yè)中。PVC泡沫一般以片狀方式供應(yīng)，可以提供平板或易于隨形的輪廓板。
　　PVC泡沫主要分為兩種：交聯(lián)PVC和線性PVC。線性PVC(例如Airex R63.80)韌性更好，易于熱成型。但是同等密度的線性PVC與交聯(lián)PVC相比性能較差，耐熱性和耐苯乙烯性能也較差。交聯(lián)PVC的缺點(diǎn)在于韌性較差，代表產(chǎn)品如Diab H和HP型號。

此外還有一種新型的增韌型PVC，它具有交聯(lián)PVC的機(jī)械性能，同時韌性上有所改進(jìn)具備了線性PVC的特征。
由于PVC特殊的化學(xué)組成，決定了在與低溫固化型預(yù)浸料配合使用時必須使用特殊的樹脂進(jìn)行密封。通常在使用前需要進(jìn)行熱處理以增強(qiáng)熱穩(wěn)定性，同時減少后續(xù)使用中升溫過程中的放氣。

聚苯乙烯泡沫
　　聚苯乙烯泡沫主要應(yīng)用于帆船和沖浪板的制造，具有低密度(40kg/m3)，低成本和易于打磨的優(yōu)點(diǎn)。但由于機(jī)械性能較低而較少用于高性能復(fù)合材料構(gòu)件中。聚苯乙烯泡沫不能和聚酯樹脂配合使用，因為聚酯樹脂中的苯乙烯會將聚苯乙烯泡沫溶解。

聚氨酯泡沫
　　聚氨酯泡沫機(jī)械性能適中，但在長期使用中易發(fā)生樹脂-芯材界面老化分離并導(dǎo)致分層。聚氨酯泡沫主要用于結(jié)構(gòu)件中的框架部分，也可用在對強(qiáng)度要求不高的場合，被廣泛地作為隔熱材料使用。聚氨酯泡沫耐熱性較高可達(dá)150度，同時具有較好的隔音性能。聚氨酯泡沫可以按照需求加工成各種形狀和尺寸。

PMI泡沫
　　在相同密度下PMI泡沫在所有結(jié)構(gòu)泡沫中具備最高的強(qiáng)度和模量，極佳的熱穩(wěn)定性也保證了它可以和高溫固化預(yù)浸料配合使用。但是由于成本高昂，應(yīng)用僅限于航空復(fù)合材料部件中，例如直升飛機(jī)槳葉制造。

Styrene acrylonitrile (SAN) co-polymer Foams
　　SAN與增韌型交聯(lián)PVC類似，具備與交聯(lián)PVC相似的靜態(tài)性能，并且具有更高的伸長率和韌性。SAN可以吸收更多的沖擊能量，而這些能量足以使傳統(tǒng)的PVC甚至是增韌型PVC斷裂。此外SAN與增韌型交聯(lián)PVC的不同之處還在于，增韌型交聯(lián)PVC通過添加增塑劑來提高韌性，但增塑劑存在明顯的老化問題，而SAN泡沫的韌性是來自于聚合物自身，不存在明顯的老化問題。
　　因為具備線性PVC的諸多優(yōu)點(diǎn)，SAN在大量場合取代線性PVC應(yīng)用，并展現(xiàn)出更高的耐溫性和機(jī)械性能。同時SAN泡沫也可用于熱成型工藝，制備復(fù)雜形狀的部件。經(jīng)過熱穩(wěn)定性處理的SAN可以與低溫預(yù)浸料配合使用。代表產(chǎn)品如固瑞特A系列結(jié)構(gòu)泡沫。

其它熱塑性泡沫
　　隨著新技術(shù)的不斷開發(fā)，出現(xiàn)了越來越多的熱塑性泡沫。據(jù)有代表性的是PEI泡沫，由聚醚酰亞胺/聚醚砜發(fā)泡而成，具有優(yōu)異的防火性和耐高溫性。盡管成本較高，PEI泡沫仍被廣泛應(yīng)用于對防火性能和耐高溫性要求較高的場合（-194度~180度），尤其是飛機(jī)和列車的內(nèi)飾件，PEI可以滿足其嚴(yán)格的防火性能要求。

　　2、蜂窩材料
　　蜂窩材料包括多種型號，從對強(qiáng)度和模量要求較低的紙板蜂窩材料（如家居室內(nèi)門等）到要求高性能的輕質(zhì)材料（飛機(jī)結(jié)構(gòu)部件等）。蜂窩材料可以制成平板或曲面形式。
　　熱塑性蜂窩材料主要是由擠出工藝制造，再切削到需要的厚度。其它的例如紙板或鋁質(zhì)蜂窩材料是由多級工藝制備。首先在蜂窩材料大板表面按照特定圖案涂覆粘結(jié)劑，再將多層大板粘接在一起，經(jīng)過升溫加壓后使粘結(jié)劑固化。將固化后的板材切削后進(jìn)行一定的伸長擴(kuò)展成連續(xù)的六邊形結(jié)構(gòu)。
　　對于紙板蜂窩材料，粘接后的板材可以擴(kuò)展成幾個英尺厚，再將這種脆弱的結(jié)構(gòu)整體浸入樹脂槽中，經(jīng)過吸干和固化后，板材具備了一定的強(qiáng)度后再進(jìn)行切削達(dá)到需要的厚度。
　　以上的兩種蜂窩材料，其六邊形的結(jié)構(gòu)都是通過拉伸工藝得到的，所以蜂窩結(jié)構(gòu)的材料在拉伸方向和非拉伸方向上有明顯的性能差異。
　　蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)的表層可以是常見的玻璃鋼層，或者是木材，熱塑性聚合物或金屬面層，例如鋁或鋼。蜂窩結(jié)構(gòu)的內(nèi)層也可以用硬質(zhì)泡沫填充，經(jīng)過填充的蜂窩結(jié)構(gòu)可以獲得更高的表面粘接性能，同時也可以提高機(jī)械性能和隔音，隔熱性效果。

鋁質(zhì)蜂窩材料
　　鋁質(zhì)蜂窩材料可以獲得最高的比強(qiáng)度，蜂窩尺寸有多種可供選擇，最為常見的是六邊形結(jié)構(gòu)。通過改變鋁箔厚度和蜂窩泡孔尺寸可以調(diào)整材料性能，通常鋁質(zhì)蜂窩材料是以未拉伸的平板方式提供，在使用前再伸展成最終厚度。
　　盡管鋁質(zhì)蜂窩材料具有優(yōu)異的機(jī)械性能和較低的成本，但在特定場合下使用這種材料還要特別注意，例如在大型的船只結(jié)構(gòu)中使用時需要考慮鹽水侵蝕問題，另外在這種場合下使用時鋁質(zhì)蜂窩材料不能和碳纖維直接接觸使用，因為碳纖維的導(dǎo)電性會加速電化學(xué)腐蝕過程。鋁質(zhì)蜂窩材料的另一個問題是在承受外力時性能不可恢復(fù)，蜂窩材料在承擔(dān)外力時會發(fā)生一定的變形，這種變形是不可恢復(fù)的，而不像玻璃鋼材料一樣在撤去外力后可以恢復(fù)。這種情況會導(dǎo)致發(fā)生形變的位置的粘接性能降低，從而影響整體結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能。蜂窩結(jié)構(gòu)材料的性能主要取決于泡孔的尺寸和蜂窩板的材質(zhì)和厚度，通常情況下厚度在3-50mm，尺寸在1200x2400mm，在特殊情況下也可以加工到3m x 3m。蜂窩結(jié)構(gòu)可以獲得很高的模量和較低的重量，但是因為與表面層的粘接面積較小，所以必須與高性能的環(huán)氧樹脂配合使用以提高粘接性能。

諾梅克斯蜂窩材料
　　諾梅克斯蜂窩材料是用諾梅克斯紙板制成的，這種材料是芳綸纖維的一種特殊形式。諾梅克斯紙板在使用前要浸入酚醛樹脂中來增加機(jī)械性能和獲得優(yōu)異的防火性能，這種材料與酚醛樹脂配合制成的蜂窩夾芯材料被廣泛的用于輕質(zhì)內(nèi)飾結(jié)構(gòu)件。對于防火性能要求較高的列車內(nèi)飾件，通常采用酚醛泡沫填充的諾梅克斯蜂窩材料作為芯材使用。
　　諾梅克斯蜂窩材料具有高機(jī)械性能，低密度和高穩(wěn)定性，在非航天領(lǐng)域的高性能結(jié)構(gòu)件中被廣泛應(yīng)用，與其它芯材相比這種材料的價格較高。

熱塑性蜂窩材料
　　除上述蜂窩材料外還有一些熱塑性蜂窩材料具有低密度，易于回收的優(yōu)點(diǎn)而得到一定的應(yīng)用。這些材料的主要缺點(diǎn)是與表面層結(jié)合性能較差，模量較低。主要用于對機(jī)械性能要求不高的場合。常見的有以下幾種：
　　ABS - 高模量，高耐沖擊性能，高韌性，表面硬度高，尺寸穩(wěn)定性好。
　　聚碳酸酯 - 防UV，透光性好，耐熱性高&自熄性
　　聚丙烯 - 化學(xué)穩(wěn)定性高
　　聚乙烯 - 低成本芯材

木材
　　木材可以歸類為天然蜂窩材料，從微觀尺度分析木材具有與合成蜂窩材料類似的六邊形結(jié)構(gòu)，在夾芯結(jié)構(gòu)中使用時可以獲得與合成蜂窩材料類似的性能。木材的主要缺點(diǎn)是易吸潮，通常情況下在使用前都要做密封處理，以防止吸潮腐爛。

輕木
　　最為常用的木材芯材是端面晶粒輕木，輕木最早是在1940年應(yīng)用于水上飛機(jī)的艙體，艙體的制造采用鋁作為表層，輕木作為內(nèi)層芯材。這種結(jié)構(gòu)可以承受水上飛機(jī)起降過程中的反復(fù)沖擊載荷。這種優(yōu)異的性能表現(xiàn)促使輕木在造船行業(yè)中得到大量應(yīng)用。
　　除了優(yōu)良的壓縮性能，輕木還具有良好的隔熱和隔音性能，在受熱時不會發(fā)生變形并起到隔熱的作用。同時具有很好的加工性，便于使用簡單的工具和設(shè)備進(jìn)行機(jī)械加工。
　　輕木的常見厚度范圍是3mm到50mm，背面覆蓋網(wǎng)格布。平板最大厚度可達(dá)到100mm。針對真空輔助工藝，預(yù)浸料和壓力輔助工藝（如RTM），輕木可以做預(yù)先樹脂涂覆處理。輕木的主要缺點(diǎn)是密度較大，最小密度在100kg/m3，同時輕木要吸收大量的樹脂，即使是已經(jīng)作了封孔處理。因此受到重量的限制，輕木主要應(yīng)用在對重量要求不高或需要局部高強(qiáng)度的場合。

其它芯材
　　盡管使用不是十分廣泛，仍然有一部分薄層低密度的材料被用來降低重量。Coremat和Spheretex由類似于無紡織物的構(gòu)成，內(nèi)部包含許多中空的球粒以減輕自重，這種材料厚度只有1~3mm，外觀類似于普通的一層增強(qiáng)材料。盡管密度要高于泡沫和蜂窩材料，但仍比同等厚度的玻璃鋼層低很多，可以起到降低總重的作用。因為厚度較薄，在遇到曲面時也可以方便地隨形。

3、設(shè)計考量
　　眾所周知，芯材的性能通常和密度成正比。但在考量最終部件的總重時，芯材密度并非唯一的決定因素。例如低密度的芯材通常具有更多的空隙，會吸收更多的樹脂，密度越低，泡孔直徑越大，樹脂吸收量越多。從這一點(diǎn)考慮蜂窩材料具有明顯的優(yōu)勢，因為其特殊的六邊形結(jié)構(gòu)與表面層粘接面積小，吸收樹脂少。
　　其次芯材與部件模具的匹配程度也會影響到部件重量。如果尺寸匹配較差會留下較多的空隙，這些空隙需要被樹脂或結(jié)構(gòu)膠填滿，如此則增加了重量。帶有網(wǎng)格布的泡沫或輕木可以有效地解決隨形問題。帶有輪廓切槽的泡沫板也可以解決隨形問題，但是這兩種辦法都需要一定量的樹脂來填充切槽后的間隙。
　　在對重量控制要求較嚴(yán)格的場合，可以熱隨形的芯材應(yīng)被優(yōu)先考慮，包括線性PVC和SAN泡沫，他們在加熱到軟化點(diǎn)以上時都可以方便地隨形。對于蜂窩材料而言，過量膨脹的蜂窩材料是最易于隨形的。