樹脂基復(fù)合材料成型工藝——夾層結(jié)構(gòu)制造技術(shù)

來源：發(fā)布時間：2025-01-02

夾層結(jié)構(gòu)一般是由三層材料制成的復(fù)合材料。夾層復(fù)合材料的上下面層是**度、高模量材料，中間層是較厚的輕質(zhì)材料，玻璃鋼夾層結(jié)構(gòu)實際上是復(fù)合材料與其它輕質(zhì)材料的再復(fù)合。采用夾層結(jié)構(gòu)方式是為了提高材料的有效利用率和減輕結(jié)構(gòu)重量，以梁板構(gòu)件為例，在使用過程中，一要滿足強度要求，二要滿足剛度的需要，玻璃鋼材料的特點是強度高，模量低。因此，用單一的玻璃鋼材料制造梁板，滿足強度要求時，撓度往往很大，如果按允許撓度進行設(shè)計，則強度**超過，造成浪費。只有采用夾層結(jié)構(gòu)形式進行設(shè)計，才能合理的解決這一矛盾。這也是夾層結(jié)構(gòu)得以發(fā)展的主要原因。

由于玻璃鋼夾層結(jié)構(gòu)的強度高，重量輕，剛度大，耐腐蝕，電絕緣及透微波等，目前已**用于航空工業(yè)和宇航工業(yè)的飛機、導(dǎo)彈、飛船及樣板、屋面板，能大幅度的減輕建筑物的重量和改善使用功能。透明玻璃鋼夾層結(jié)構(gòu)板，已**用于寒冷地區(qū)的工業(yè)廠房、大型公用建筑及溫室的采光屋頂。在造船和交通領(lǐng)域，玻璃鋼夾層結(jié)構(gòu)**用于玻璃鋼潛艇、掃雷艇、游艇中的許多構(gòu)件。我國設(shè)計制造的玻璃鋼過街人行橋、公路橋、汽車和火車保溫泠藏車等，均采用了玻璃鋼夾層結(jié)構(gòu)，滿足了重量輕、強度高、剛度大、隔熱、保溫等多性能要求。在要求透微波的雷過罩中，玻璃鋼夾層結(jié)構(gòu)已成為其它材料不能與之相比的**材料。

1.玻璃鋼夾層結(jié)構(gòu)的種類與特點

根據(jù)夾層結(jié)構(gòu)所用的芯材種類和形式不同，玻璃鋼夾層結(jié)構(gòu)分為：泡沫夾層結(jié)構(gòu)，蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，梯形板夾層結(jié)構(gòu)，矩形夾層結(jié)構(gòu)和圓形夾層結(jié)構(gòu)。

（1）泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)是采用玻璃鋼薄板作蒙皮（面板），泡沫塑料做夾芯層，泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)的**特點是蒙皮和泡沫塑料夾芯層粘接牢固、受力不大和保溫隔熱性能要求高的部件，如飛機尾翼、保溫通風(fēng)管道及樣板等。

（2）蜂窩夾層結(jié)構(gòu)蜂窩夾層結(jié)構(gòu)是采用玻璃鋼薄板作蒙皮，蜂窩材料（玻璃布蜂窩、紙蜂窩或其它棉布及鋁蜂窩等）做夾芯層。蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的重量輕，強度高，剛度大，多用作結(jié)構(gòu)尺寸大、強度要求高的結(jié)構(gòu)件，如玻璃鋼橋的承重板、球形屋頂結(jié)構(gòu)、雷達罩、反射面、冷藏車地板及箱體結(jié)構(gòu)等。

（3）梯形和矩形帶頭作用層結(jié)構(gòu)這種帶頭作用層結(jié)構(gòu)的面板（蒙皮）為玻璃鋼薄板，夾芯層是玻璃鋼梯形板或矩形板。這種夾層結(jié)構(gòu)方向性強，*適用于做**平板，不宜用于彎曲形狀的制品。

（4）圓環(huán)形夾層結(jié)構(gòu)它是用玻璃鋼薄板作蒙皮，用玻璃鋼圓環(huán)做夾芯層。這種夾層結(jié)構(gòu)的特點是芯材耗量少，強度比較高，平板受力無方向性，*適宜做采光用的透明玻璃鋼夾層結(jié)構(gòu)板材，具有遮擋少、透光率高的特點。

蜂窩夾層結(jié)構(gòu)制造技術(shù)

（1）蜂窩種類蜂窩的強度與選用原材料和蜂窩幾何形狀有關(guān)，根據(jù)平面投影幾何形狀，蜂窩夾芯材料可分為六邊形、菱形、矩形、正弦曲線形和有加強帶六邊形等。在這些蜂窩夾芯材料中，以加強帶六邊形強度**，正方形蜂窩次之。由于正六邊形蜂窩制造簡單，用料省，強度也較高，故應(yīng)用*廣。

（2）原材料夾層結(jié)構(gòu)的蒙皮和夾芯材料種類很多，如果用鋁、鈦合金做蒙皮和芯材，則稱為金屬夾層結(jié)構(gòu)；用玻璃鋼薄板，木質(zhì)膠合板和無機復(fù)合材料板做蒙皮，用玻璃鋼蜂窩、紙蜂窩及泡沫塑料做夾芯材料，則稱為非金屬材料夾層結(jié)構(gòu)。目前，以玻璃鋼薄板做蒙皮、玻璃鋼蜂窩和泡沫塑料做芯材的夾層結(jié)構(gòu)應(yīng)用*廣。

①玻璃纖維布（增強材料）生產(chǎn)玻璃鋼夾層結(jié)構(gòu)的玻璃布分為面層布和蜂窩布兩種：面層布是經(jīng)過增強處理的中堿和無堿平紋布，其厚度一般為0.1～0.2mm。為加強蒙皮和蜂窩之間的粘度強度，常在兩者之間加一層短切玻璃纖維氈。選用含蠟玻璃布做蜂窩材料，可以防止樹脂浸透到玻璃布背面，減少蜂窩塊層間的粘接，有利于蜂窩成孔拉伸。

②紙生產(chǎn)蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的紙，要求有良好的樹脂浸潤性和足夠的拉伸強度。

③粘接劑（樹脂）制造蜂窩夾層結(jié)構(gòu)用的樹脂分蒙皮用樹脂、蜂窩用樹脂和蜂窩與蒙皮粘接用樹脂。根據(jù)夾層結(jié)構(gòu)的使用條件，可分別選用環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂、有機硅樹脂及鄰苯二甲酸二丙烯酯等。制造蜂窩膠條時，通常采用環(huán)氧樹脂、改性酚醛樹脂、聚醋酸乙烯酯膠和聚乙烯醇縮丁醛膠等。在這些膠粘劑中，環(huán)氧樹脂粘接強度高，改性酚醛樹脂價格低，故應(yīng)用較多。聚醋酸乙烯酯膠無毒，價格便宜，可以室溫固化，但用此膠制造的蜂條，不能浸聚酯膠膠液，因為聚酯樹脂中的苯乙烯能溶解聚醛酸乙烯，使蜂條開膠、破壞。

（3）蜂窩夾芯制造生產(chǎn)玻璃布夾芯材料時，主要彩膠接拉伸法。其工藝過程是先在制造蜂窩芯材的玻璃布上涂膠條，然后重疊粘接成蜂窩疊塊，固化后按需要蜂窩高度切成蜂窩條，經(jīng)拉伸預(yù)成型，**浸膠，固化定型成蜂窩芯材。制造蜂窩夾芯疊塊的膠條上膠法，可以采用手械涂膠，也可以使用機械化涂膠。

（4）蜂窩夾層結(jié)構(gòu)制造玻璃布蜂窩夾層結(jié)構(gòu)制造技術(shù)分濕法和干法兩種。

①干法成型此法是先將蜂窩夾芯和面板作好，然后再將它們粘接成夾層結(jié)構(gòu)。為了保證芯材和面板牢固粘接，常在面板上鋪一層薄氈（浸過膠），鋪上蜂窩，加熱加壓，使之固化成一體。這種方法制造的夾層結(jié)構(gòu)，蜂芯和面板的粘接強度可提高到3MPa以上。干法成型的優(yōu)點主要是產(chǎn)品表面光滑，平整，生產(chǎn)過程中每道工序都能及時檢查，產(chǎn)品質(zhì)量容易保證，缺點是生產(chǎn)周期長。

②濕法成型此法是面板和蜂窩夾芯均處于未固化狀態(tài)，在模具上一次膠接成型。生產(chǎn)時，先在模具上制好上、下面板，然后將蜂窩條浸膠拉開，放到上、下面板之間，加壓（0.01～0.08MPa）、固化，脫模后修整成產(chǎn)品。濕法成型的優(yōu)點是蜂窩和面板間粘接強度高，生產(chǎn)周期短，*適合于球面、殼體等異形結(jié)構(gòu)產(chǎn)品生產(chǎn)。其缺點是產(chǎn)品表面質(zhì)量差，生產(chǎn)過程較難控制。

泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)制造技術(shù)

（1）原材料泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)用的原材料分為面板（蒙皮）材料、夾芯材料和粘接劑。

①面板材料主要是用玻璃布和樹脂制成的薄板，與蜂窩夾層結(jié)構(gòu)面板用的材料相同。

②粘接劑面板和夾芯材料的粘接劑，主要取決于泡沫塑料種類，如聚苯乙烯泡沫塑料，不能用不飽和聚酯樹脂粘接。

③泡沫夾芯材料泡沫塑料的種類很多，其分類方法有兩種：

一種是按樹脂基體分，可分為：聚氯乙烯泡沫塑料，聚苯乙烯泡沫塑料，聚乙烯泡沫塑料，聚氨酯泡沫塑料，酚醛，環(huán)氧及不飽和聚酯等熱固性泡沫塑料等。

另一種是近硬度分，可分為硬質(zhì)、半硬質(zhì)和軟質(zhì)三種。用泡沫塑料芯材生產(chǎn)夾層結(jié)構(gòu)的**優(yōu)點是防寒、絕熱，隔音性能好，質(zhì)量輕，與蒙面粘接面大，能均勻傳遞荷載，抗沖擊性能好等。

（2）泡沫塑料制造技術(shù) 生產(chǎn)泡沫塑料的發(fā)泡方法較多，有機械發(fā)泡法、惰性氣體混溶減壓發(fā)泡法、低沸點液體蒸發(fā)發(fā)泡法、發(fā)泡劑分解放氣發(fā)泡法和原料組分相互反應(yīng)放氣發(fā)泡法等。

①機械發(fā)泡法利用強烈機械攪拌，將氣體混入到聚合物溶液、乳液或懸浮液中，形成泡沫體，然后經(jīng)固化而獲得泡沫塑料。

②惰性氣體混溶減壓發(fā)泡法利用惰性氣體（如氮氣、二氧化碳等）無色、無臭、難與其它化學(xué)元素化合的原理，在高壓下壓入聚合物中，經(jīng)升溫、減壓、使氣體膨脹發(fā)泡。

③低沸點液體蒸發(fā)發(fā)泡法將低沸點液體壓入聚合物中，然后加熱聚合物，當(dāng)聚合物軟化、液體達到沸點時，借助液體氣化產(chǎn)生的蒸氣壓力，使聚合物發(fā)泡成泡沫體。

④化學(xué)發(fā)泡劑發(fā)泡法借助發(fā)泡劑在熱作用下分解產(chǎn)生的氣體，使聚合物體積膨脹，形成泡沫塑料。