目前芯材廣泛應(yīng)用于復(fù)合材料市場，分布在航天航空、船舶制造、運動器材、風(fēng)力發(fā)電、交通工具和醫(yī)療器材等領(lǐng)域。什么是當今復(fù)合材料主流應(yīng)用的芯材產(chǎn)品？未來的應(yīng)用趨勢又是怎樣的？在眾多產(chǎn)品中如何選擇好合適的芯材？首先我們梳理一下在使用的系列芯材產(chǎn)品。

       常用芯材及其應(yīng)用 
         
       玻璃鋼/復(fù)合材料中常用的芯材有泡沫、巴薩木和蜂窩等多孔固體材料。 
巴薩木目前主要的用途集中在風(fēng)電、船舶、鐵路車輛等行業(yè)。相對而言，因為其密度選擇范圍小，面層破壞以后，吸水腐爛的缺點，已經(jīng)逐步被PVC泡沫取代。但是因為其價格優(yōu)勢，目前還有一定的市場。 
         
       蜂窩主要有紙蜂窩和鋁蜂窩，蜂窩材料具有各向異性的特點。另外，因為蜂窩存在開孔結(jié)構(gòu)，不適用一些濕法工藝或樹脂注射工藝，例如船舶和風(fēng)電等領(lǐng)域。鋁蜂窩因為和碳纖維面板之間存在電腐蝕的問題，一般不能和碳纖維一同使用。另外，蜂窩結(jié)構(gòu)在使用過程中，會因為面層破壞，發(fā)生滲水問題。 
         
       玻璃鋼/復(fù)合材料中常用的泡沫芯材有聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、聚氨酯（PUR）、丙烯腈-苯乙烯（SAN）、聚醚酰亞胺（PEI）及聚甲基丙烯酰亞胺 （PMI）等。 
         
       硬質(zhì)聚氨酯PUR泡沫與其他泡沫相比，其力學(xué)性能一般，樹脂/芯材界面易產(chǎn)生老化，從而導(dǎo)致面板剝離。作為結(jié)構(gòu)材料使用時，常用作層合板的縱、橫桁條或加強筋之芯材。有時PUR泡沫也能用于受載較小的夾層板中，起到隔熱或隔音的作用。該類泡沫的使用溫度為150℃左右，吸聲性能良好，成型非常簡單，但是機械加工過程中易碎或掉渣。PUR泡沫價格相對便宜，發(fā)泡工藝也比較簡單，采用液體發(fā)泡。目前主要在運動器材，例如網(wǎng)球拍、冰球棒中用做工藝芯材，并起到一定的阻尼作用。另外在沖浪板中也普遍使用PUR泡沫或EPS泡沫作為芯材。 
         
       PEI泡沫由聚醚酰亞胺/聚醚砜發(fā)泡而成，具有很高的使用溫度和良好的防火性能。不過其價位相對較高，但是這種泡沫可以在兼有結(jié)構(gòu)要求和防火要求的部位使用，其使用溫度為零下194攝氏度到零上180攝氏度。由于滿足嚴格的阻燃要求，適合在飛機和列車內(nèi)使用。近年，原材料供應(yīng)上出現(xiàn)了問題，目前已退出市場，而逐步被PMI S類型泡沫取代。 
         
       目前占市場份額最大的是PVC泡沫芯材，又分為線形PVC和交聯(lián)PVC泡沫兩種。交聯(lián)PVC泡沫是由熱塑性的PVC和交聯(lián)熱固性聚氨酯組成。交聯(lián)PVC的強度和剛度比線性PVC的高，但是韌性較差，其使用溫度范圍為零下240攝氏度到零上80攝氏度，并且能夠耐多種化學(xué)物質(zhì)腐蝕。盡管PVC泡沫是可燃材料，但阻燃型的PVC泡沫可用于有嚴格防火要求的結(jié)構(gòu)中，例如列車車廂等。但是需要注意的是PVC在燃燒以后，會產(chǎn)生氯化氫。選擇固化工藝方法時，應(yīng)慮及PVC泡沫在溫度升高時會釋放氣體。交聯(lián)PVC泡沫通常用于船底、舷部、甲板、艙壁及上層建筑中。 
         
       線形PVC泡沫是一類具有高韌性、良好抗沖擊性能、能量吸收性能和耐疲勞性能的泡沫材料。線性PVC泡沫的強度和剛度相對交聯(lián)PVC來講要低。在施工過程中需要注意的是，樹脂中的苯會滲透到泡沫里面，使樹脂固化不完全，同時引起泡沫降解。這種泡沫通常用于船體受沖擊荷載比較大的部位，例如船底和舭舷部。目前市場上價格相對交聯(lián)PVC泡沫要高。 
         
       PS泡沫曾廣泛用在船舶、沖浪板制造行業(yè)。雖然其具有重量輕（40 公斤每立方米）、成本低、易于加工等優(yōu)點，但因力學(xué)性能差，很少在高性能結(jié)構(gòu)件中使用。另外，這種泡沫不能和聚酯樹脂同時使用，樹脂中含有的苯會降解泡沫。目前，在沖浪板行業(yè)內(nèi)有少量使用。 
     
       SAN泡沫屬于熱塑性材料，主要是針對船舶市場而開發(fā)。發(fā)泡制作工藝和線性PVC的工藝基本相同，性能也和線性PVC基本相同，熱穩(wěn)定性能比線性PVC好，相當于普通交聯(lián)PVC。大多數(shù)情況下，在船舶結(jié)構(gòu)中可以用SAN泡沫代替線性PVC泡沫。價格略高于PVC泡沫。 
         
       在密度相同的條件下，PMI是強度和剛度最高的泡沫材料。高溫耐蠕變性能PMI泡沫經(jīng)適當?shù)母邷靥幚硪院?，能滿足190攝氏度的固化工藝對泡沫尺寸穩(wěn)定性的要求，適用與環(huán)氧或BMI樹脂共固化的夾層結(jié)構(gòu)構(gòu)件中，例如航天航空結(jié)構(gòu)、醫(yī)療床板、天線結(jié)構(gòu)等，作為碳纖維復(fù)合材料面板的芯材。PMI泡沫采用固體發(fā)泡工藝制作，為孔隙基本一致、均勻的100%閉孔泡沫。
 
       芯材的市場分布及前景 
         
       目前芯材主要市場分布在航天航空、船舶制造、運動器材、風(fēng)力發(fā)電、交通工具和醫(yī)療器材等行業(yè)。在航天航空等先進復(fù)合材料領(lǐng)域，客戶可以選擇NOMEX蜂窩、鋁蜂窩和泡沫芯材。市場主要集中在船舶制造、運動器材、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域。對于交通運輸行業(yè)，主要根據(jù)防火助燃要求，選擇相應(yīng)的夾層結(jié)構(gòu)芯材。 
         
       為了應(yīng)付日益增加的石油危機，每個國家都將推進可再生能源項目，例如風(fēng)力發(fā)電等。我國風(fēng)能資源豐富，風(fēng)電是未來最有希望增加我國發(fā)電裝機容量的可再生能源。包括風(fēng)能在內(nèi)的可再生能源總裝機容量計劃到2020年計劃升至40GW。這樣會大大推進中國的泡沫芯材市場需求。 
                
        鐵路運輸也是一個因為應(yīng)用輕質(zhì)高強芯材而受益的行業(yè)。泡沫芯材由于良好的阻燃性、高力學(xué)性能、良好的抗疲勞性能和高環(huán)保性而廣泛應(yīng)用在車廂地板、頂板、兩壁及整個車廂的夾層板材中。 
         
       船舶也是夾層結(jié)構(gòu)的一個主要市場。對于受力部件，如船殼、艙壁等，抗波性是最重要的性能之一，而泡沫芯材由于高強度而被賽艇制造商和設(shè)計師廣泛應(yīng)用。