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玻璃钢复合材料船舶夹层结构中的泡沫芯材

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-03-24  作者:胡培  浏览次数:94

       表1中的结构构造是常见的FRP船舶中的铺层设计。可以看出,在弯曲刚度相近的情况下,夹层结构的重量比非夹层结构减轻很多。
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       泡沫夹层结构的优点还有:良好的隔热和隔音性能、抗冲击损伤性能及施工简便性等。在夹层结构中由于芯材是孔隙材料,整个夹层结构的导热系数和R值均比非夹层结构低。由于层合板的层数减少,降低了铺层制作成型的工作量,同时因为夹层结构的刚度较高,减少了加筋的数量,这有利于冲击荷载的扩散。此外,孔隙芯材还能降低船舶航行中的噪声。
      泡沫芯材的性能和应用

      对于芯材,除了剪切模量和强度以外,还需考虑材料的其他性能特点。压缩强度与承受局部荷载的性能相关,这种局部荷载包括工具的坠落、拖船调船时由拖柱、带缆桩和吊环等产生的局部荷载。图3和图4表示了不同泡沫芯材的剪切模量和剪切强度,图5为几种常见泡沫芯材的压缩强度。

由于泡沫材料是孔隙塑料,还需要根据设计夹层构件的温度要求,参考泡沫的热变形温度来选择适当的泡沫芯材。常见泡沫的热变形温度参见图5。
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        交联PVC泡沫:这种泡沫是由热塑性的PVC和交联热固性聚氨酯组成,通常简称交联PVC泡沫,其主要产品型号为 Divinycell、Klegecell以及Herex C。交联PVC的强度和刚度比线性PVC的高,但是韧性要差。交联PVC泡沫的热稳定温度为120oC。所以在和环氧预浸料共同使用时,需要注意PVC的热蠕变性能。使用温度范围为-240oC-+80oC,并且能够耐多种化学物质腐蚀。尽管PVC泡沫是可燃材料,但阻燃型的PVC泡沫可用于有严格防火要求的结构中,例如列车车厢等。但是需要注意的是PVC在燃烧以后,会产生HCl。
        PVC泡沫耐苯,所以能够和聚酯树脂共同使用。PVC泡沫主要用在一些不需要压力罐的工艺中。选择固化工艺方法时,应虑及PVC泡沫在温度升高时会释放气体,在采用RTM工艺时需要注意。交联PVC泡沫通常用于船底、舷部、甲板、舱壁及上层建筑中。主要厂商有Airex和Diab公司,有多种不同的型号和密度可供选择。

 线性PVC泡沫:这类泡沫具有高的韧性、良好的抗冲击性能、能量吸收性能和耐疲劳性能。线性PVC泡沫的强度和刚度相对交联PVC来讲要低。在施工过程中需要注意的是,树脂中的笨会渗透到泡沫里面,使树脂固化不完全,同时引起泡沫降解。这种泡沫通常用于船体受冲击荷载比较大的部位,例如船底和舭舷部。目前主要产品是Airex公司的Airex R 63系列。

 PS泡沫:曾广泛用在船舶、冲浪板制造行业。虽然其具有重量轻(40kg/m3),成本低,易于机械加工等主要优点,但因力学性能差,很少在高性能结构构件中使用。另外,这种泡沫不能和聚酯树脂同时使用,因为树脂中含有的苯会降解泡沫。

PUR泡沫:与其他泡沫相比,其力学性能一般,树脂/芯材界面易产生老化,从而导致面板剥离。作为结构材料使用时,常用作层合板的纵、横桁条或加强筋之芯材。有时PUR泡沫也能用于受载较小的夹层板中,起到隔热或隔音的作用。该类泡沫的使用温度是150oC左右,吸声性能良好,其成形非常简单,但是机械加工过程中易碎或掉渣。PUR泡沫价格相对便宜,发泡工艺也比较简单,采用液体发泡。国内国外有众多的生产厂商。

SAN泡沫:它属于热塑性材料,如加拿大ATC公司生产的Corecell®泡沫,主要是针对船舶市场而开发的。发泡制作工艺和线性PVC的工艺基本相同。性能也和线性PVC基本相同,热稳定性能比线性PVC好,相当于普通交联PVC。大多数情况下,在船舶结构中可以用SAN泡沫代替线性PVC泡沫。

PEI泡沫:由聚醚酰亚胺/聚醚砜发泡而成,具有很高的使用温度和良好的防火性能,不过其价位相对较高,但是这种泡沫可以在兼有结构要求和防火要求的部位使用,其使用温度为-194oC-+180oC。由于能满足严格的防火阻燃要求,适合在飞机和列车内使用。目前市场上有Airex公司的Airex R82 之PEI泡沫。

PMI泡沫:在相同密度的条件下,PMI是强度和刚度最高的泡沫材料。其高温下耐蠕变性能使得该泡沫能够适用高温固化的树脂和预浸料。PMI泡沫经适当的高温处理以后,能满足190oC的固化工艺对泡沫尺寸稳定性的要求,适用与环氧或BMI树脂共固化的夹层结构构件中。PMI泡沫是采用固体发泡工艺制作,其为孔隙基本一致、均匀的100%闭孔泡沫。目前市场上有德国德固赛(Degussa)公司生产的ROHACELL®和日本积水化学公司生产的FORMAC®之PMI泡沫。

 
 
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