先进复合材料讲义（三）：蜂窝芯材及复材制造和使用中的损伤

表面材料

大多数在飞机施工中使用的蜂窝结构有铝、玻璃纤维、kevlar®或碳纤维面材。碳纤维表面板不能与铝蜂窝芯材料一起使用,因为它导致铝腐蚀。在高温结构中,钛和钢用于特种应用。许多组件的面材,如扰流板和飞行控制,都非常薄,有时只有3到4个厚度（指mm）。参数报告显示,这些面材板没有良好的冲击阻力。

核心材料

蜂窝芯

每个蜂窝芯材料都能具有一定的良好性能。如图19所示，最常见的用于飞机蜂窝结构的核心材料是芳纶纸(Nomex®or Korex®)。玻璃纤维用于更高强度的应用。

图19：蜂窝芯材料

•牛皮纸—其强度相对较低,因其良好的绝缘性能而大量使用,且成本低。

•热塑性塑料—其热质绝缘性能良好,吸收性能好或可重置定向,光滑的细胞壁,湿度和化学阻力,具有环境兼容性,美观,成本相对较低。

•铝-强度最佳，高重量比和能量吸收,具有良好的传热性能,电磁屏蔽性能,具有光滑、超薄的细胞壁,易加工,成本相对较低。

•钢—传热性能好,具备电磁屏蔽性能和耐热性。

•特种金属(钛)-具有相对较高的强度、重量比,良好的传热性能,化学阻力,以及耐热性高温。

•芳纶纸—具有耐火、阻燃、绝缘性能好、低介质性、易成型。

·玻璃纤维—其具有易剪切性,低介电性,良好的绝缘性,易成型。

•碳纤维—其保持了碳质的稳定性,高温性,高刚度,和极低的热膨胀系数,易控的导热系数,剪切模量相对较高,但价格昂贵。

•陶瓷-其高温耐热性良好，绝缘性好,且具有非常小的细胞结构,但价格昂贵。

航空航天应用的蜂窝芯通常是六边形的。这些芯材是由特殊位置的粘结堆叠薄板制成的。堆叠的薄板被拉伸成六边形。在水平方向延伸的被称为带状方向。

二等分六边形核芯有另一层材料交叉切割在每一个六边形上。二等分蜂窝比六角形核芯更硬、更强。过拉伸的核芯是通过扩大纸张来制造六边形的。过拉伸核心的芯材是矩形的。过拉伸核芯是柔性垂直于带的方向,使用简单的曲线。铃形的核芯,或弯曲的芯,有弯曲的芯材,使它在各个方向灵活。铃形核芯是用在复杂曲线的面板方向。

蜂窝芯有不同的芯材尺寸。小尺寸为三明治板材强度提供更好的强度。蜂窝芯也有不同的密度。密度高的蜂窝芯比低密度核芯更硬、更坚固。如图20所示

图20：蜂窝芯密度

泡沫

泡沫芯用于住宅建筑和轻型飞机,为机翼的尖端、飞行控制、机身部分、机翼和翼肋提供支撑力和形状。泡沫芯不常用在商用飞机上。泡沫通常比蜂窝芯重,也不那么强固。可以作为核芯材料的各种泡沫包括:

•聚苯乙烯(更常用的是聚苯乙烯泡沫)-航空级泡沫聚苯乙烯，具有紧密封闭的胞状蜂窝芯结构，胞芯之间没有空隙;抗压强度高，抗水渗透性能好;可用热丝切割，制成机翼形状。

•酚醛—非常好的耐火性能，可以有非常低的密度，但其机械性能相对较低。

•聚氨酯-用于生产机身、翼尖和其他小型飞机的弯曲部件;相对便宜，耐燃，并与大多数粘合剂兼容;不可使用热丝切割聚氨酯泡沫;易用大型刀具和打磨设备进行轮廓优化。

•聚丙烯-用于制造翼型形状;可以用热丝切割;与大多数胶粘剂和环氧树脂兼容;不可与聚酯树脂一起使用，可溶于燃料和溶剂。

•聚氯乙烯(PVC) (Divinycell, Klegecell和Airex)其是一种闭孔介质的中高密度泡沫，具有高压缩强度，耐用性和优异的防火性能;可真空成型复合形状和使用热弯曲成型;与聚酯、乙烯基酯和环氧树脂兼容。

•聚甲基丙烯酰亚胺(Rohacell) -用于轻质夹层结构的闭孔泡沫;优良的机械性能，高温下性能稳定，耐溶剂性好，抗蠕变压缩性能突出;比其他类型的泡沫更贵，但有超强的机械性能。

轻木（巴尔莎木）

巴莎木是一种天然木材产品，具有细长的闭合细胞;根据结构、外观和物理特性，它有多种等级可供选择。巴尔沙木的密度不到传统木制品密度的一半。然而，巴尔沙木的密度比其他类型的结构芯要高得多。