夹芯材料的种类（夹层材料类型）

如果应用的关键要求是高刚度和低重量，那么芯材可能是最佳和最合适的选择。芯材因其独特的性能而开始广泛应用于夹层复合材料，主要用于航空航天、海洋、风能、交通运输和工业领域。夹层结构是首批获得广泛认可和使用的复合结构形式之一。据说第二次世界大战的蚊式飞机是夹层板的首次主要应用，尽管早些时候夹层原理也有一些不那么引人注目的用途。

典型的夹层结构复合材料由两层薄而坚固的表皮和一层轻质、柔软的芯组成。每层表皮可能是各向同性材料或纤维增强复合材料层压板。表皮的主要功能是提供所需的弯曲和平面剪切刚度，并承受轴向、弯曲和平面剪切载荷。芯必须足够坚固，以便在加载时保持表皮的相对位置，并在剪切时保持刚性，这样表皮就不会相互滑动。为了迫使表皮和芯配合并充当整体结构部件，两者之间使用了粘合剂。使用的大多数粘合剂是环氧树脂、改性环氧树脂或环氧聚酰胺。粘合剂的韧性是指在静态或动态条件下抵抗将表皮与芯分离的载荷的能力。每个组件本身都相对较弱且灵活，但当组合成夹层板时，结果是一个真正坚固的结构。

夹层复合材料因其能够增加刚度、减轻重量和提高机械性能而变得非常受欢迎。减轻重量可带来许多好处，包括降低油耗、提高速度、提高负载能力和减少对环境的碳足迹。根据工程理论，面板的刚度与其厚度的立方成正比。因此，添加低密度芯材以加厚夹层板，可以显著提高复合材料的刚度，同时重量损失很小。

• e _p = 皮肤厚度
• e _c = 芯厚度
• E _p = 材料表皮的弹性模量

为了更好地理解核心材料，下面描述了一些有关其典型特性的基本术语。

应力描述的是由于施加的负载而作用于材料内的力，或者换句话说，应力是在一定负载下作用于材料内的力的测量值。

应力σ=P/A，其中P是施加于区域A的力。

应变描述的是变形的趋势（由于施加的负载而导致的材料几何形状的变化），并以单位长度的变形来衡量。

应变ε=δI/I，其中δI是变形长度与原始长度I之比。

变形和应力之间的关系决定了材料的弹性模量。

弹性模量是材料刚度的量度。模量越高，材料越硬。

弹性模量E=σ/ε，

其中σ是应力与应变ε的比值。

不同的芯材具有不同的密度、尺寸、重量、寿命、物理属性和成本，因此，应为特定工作选择最合适的材料。最常用的高质量芯材是Nomex蜂窝和PVC泡沫。

Nomex蜂窝

“Nomex”蜂窝（Nomex是杜邦公司芳纶纸的品牌名称）采用芳纶纤维纸制成。Nomex纸被制成蜂窝状，一种六边形的蜂窝状片状结构（类似蜜蜂的蜂窝），浸入耐热酚醛树脂中，以提高机械性能并获得一定的稳定性。这种结构提供了强度和效率的完美结合，同时减轻了部件的重量。因此，蜂窝材料广泛应用于其高强度重量比很重要的行业，如航空航天、海洋、军事、建筑、体育和汽车。

蜂窝也可以用其他较便宜的材料制造，例如其他芳纶纸、普通纸、金属（铝）和塑料（聚丙烯）。相反，它用更昂贵的材料制造，如玻璃纤维和碳纤维增强塑料。有关Nomex蜂窝的更多信息。

PVC泡沫

PVC泡沫由充满气泡的聚合物聚氯乙烯(PVC)制成。聚合物和气泡的混合物形成了一种一致的材料，体积增加了许多倍，而重量却很轻。它由50%到95%的空气组成，密度为55-200千克/平方米，因此有助于节省宝贵的重量和原材料。它可以与大多数类型的树脂一起使用，例如环氧树脂、乙烯基酯等，以及所有类型的纤维增强材料，例如碳纤维、芳纶、凯夫拉纤维、玻璃纤维等。PVC泡沫有两种类型：交联或刚性，以及线性或延展性。由于吸水率低，它主要用于海洋建筑，但由于其出色的物理性能，其应用领域扩展到运输、航空航天、军事、风能和工业市场。有关PVC泡沫的更多信息。

其他低成本、可能质量较低的核心材料如下：

木材-胶合板

木材是一种天然芯材，具有类似蜂窝状的结构。木材很容易找到，比其他芯材便宜，而且易于加工。胶合板是一种广泛使用的木制品。由于其强度高、抗开裂、抗收缩和抗扭曲，它被用来代替木材。船用胶合板的防潮性更强。然而，所有木芯都对水分敏感，如果不用环氧树脂包裹，最终会腐烂。

轻木

巴尔萨木是另一种常用的芯材。它最早在20世纪40年代用于飞行艇船体。它具有非常低的密度（对于木材而言）和一定的防水性。它还具有良好的隔热性和良好的吸音性。它很容易用简单的设备成型。然而，巴尔萨木的最小密度非常高，100或200 kg/m3是典型的质量，因此它经常用于重量要求不高的场合。

PET泡沫

PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）是一种轻质、可回收的热塑性塑料。PET泡沫具有高强度和耐高温性，但抗冲击性较差。

聚氨酯泡沫

聚氨酯泡沫具有良好的机械性能，但会随着时间推移而劣化，导致表皮脱层。这种泡沫还具有合理的高温性能、良好的吸音性能，并且可以加工成所需的形状。

强芯毡

这些芯材通常不被视为“真正的”芯材，它们是薄的、低密度的织物状材料，用于降低单层层压板的密度。例如，Coremat和Spheretex是含有微球和膨胀玻璃的聚酯无纺布。伪芯材用作纤维增强层压板中的薄芯材，以增加其刚度，同时仅增加一些重量。

聚苯乙烯

聚苯乙烯，或通常称为聚苯乙烯泡沫塑料，也用作低成本核心材料。聚苯乙烯有两种类型，即发泡聚苯乙烯(EPS)和挤压聚苯乙烯(XPS)。与聚氨酯等其他泡沫相比，聚苯乙烯重量极轻，吸水率相对较低。它在风帆冲浪和冲浪板行业中应用非常广泛（几乎所有冲浪板和风帆冲浪板内部都有聚苯乙烯泡沫塑料）。聚苯乙烯泡沫塑料可以进行CNC加工，是一种非常方便的材料，适合成型和原型制作。