富于競爭力的FRP“三明治”夾芯材料

　　夾芯復合材料作為更輕、更強、更有競爭力的產品，在國外已經廣泛應用在風力發(fā)電、航空航天、交通運輸、船艇制造、建筑和其他工業(yè)領域。二次世界大戰(zhàn)期間，盟軍的蚊式戰(zhàn)斗機的機身上已經使用了輕木夾芯結構。半個世紀以來，從產業(yè)角度而言，歐美、澳洲等國家在風電力發(fā)電葉片、夾芯玻璃鋼船艇的設計、生產技術上的發(fā)展和應用比較早。逐年來不斷地應用實踐，夾芯復合結構的力學理論得到完善，力學界對復合材料結構的破壞損傷模式的研究也逐漸發(fā)展完善，對輕質夾芯材料的采用，將從必然走向自由。
　　復合材料與金屬均一材料相比具有自身的特殊性，復合材料作為“材料”的同時本身又是一種“結構”。近來年，我國風力發(fā)電、航空航天工業(yè)的發(fā)展，為夾芯復合材料的材料研發(fā)、結構設計、工藝開發(fā)提供了很好的契機。夾芯復合材料理念為“高強度剛度、低重量”要求嚴格的產業(yè)提供了全新的材料、結構、工藝的解決方案；使復合材料從傳統(tǒng)單層實心玻璃鋼向夾芯玻璃鋼的轉換，實現了產品升級，提高了市場競爭力。可以認為，夾芯復合材料作為朝陽產業(yè)，在我國擁有巨大的市場容量和發(fā)展空間。
　　夾芯復合材料也被形象稱為“三明治材料”或“三明治結構”，這種材料和結構由上下兩層抗拉抗壓性能優(yōu)異的表層材料(層合木板、金屬、玻璃鋼、碳纖維或芳綸纖維增強樹脂基體塑料)、輕質高強并抗剪切的夾芯材料和膠黏劑構成。常見的夾芯材料有蜂窩板、巴爾沙輕木和各種高分子的泡沫等。“三明治”夾芯為結構設計提供了高剛度、高強度、低重量的優(yōu)異組合，從而實現了產品卓越的強重化。以船艇和高速列車車體為例，在不折損結構剛度強度的同時，重量的減輕帶來了動力產品加速提速性能、操縱性能、運能運力的提升，而運能的提升又達到了節(jié)能環(huán)保的效果。
　　采用“三明治”夾芯復合材料生產產品，夾芯材料的選擇上應當首先注意材料在力學、極限溫度等方面的性能特點，選擇合適的材質，進而配合表層材料和黏結劑樹脂基體的選擇，包括纖維種類、克重、層數、夾芯材料密度、厚度。對整個鋪層結構作出鋪層設計。
　　結構設計的方法有幾種，船艇的夾芯材設計規(guī)范，我國主要使用國外船級社的規(guī)范指導。另外，使用公式計算軟件做典型鋪層設計以實用及Ansys、Femap等有限元計算軟件做整體結構分析計算的方法。