結(jié)構(gòu)泡沫芯材的歷史回顧

玻璃鋼/復(fù)合材料（FRP/CM）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）等泡沫，其中PS和PUR泡沫通常僅作為浮力材料，而不是結(jié)構(gòu)用途。目前PVC泡沫已幾乎完全代替PUR泡沫而作為結(jié)構(gòu)芯材，只是在一些現(xiàn)場發(fā)泡的結(jié)構(gòu)中除外。

 嚴(yán)格意義上講，第一種用在承載構(gòu)件夾層結(jié)構(gòu)中的結(jié)構(gòu)泡沫芯材是使用異氰酸酯改性的PVC泡沫，或稱交聯(lián)PVC。第一個采用PVC泡沫夾芯的夾層結(jié)構(gòu)是保溫隔熱車廂。交聯(lián)PVC的生產(chǎn)工藝是由德國人林德曼在上世紀(jì)30年代后期發(fā)明的。二次大戰(zhàn)以后法國將該工藝列入戰(zhàn)爭賠償中，由克勒貝爾蕾洛雷特塑料公司（Kleber Renolit）開始生產(chǎn)Klegecell®交聯(lián)PVC泡沫，主要是一些用在保溫隔熱車廂中的低密度產(chǎn)品。
上世紀(jì)50－60年代，克勒貝爾蕾洛雷特塑料公司給幾家歐洲公司發(fā)放了PVC泡沫的生產(chǎn)許可證。另外兩家美國公司，B.F歌德雷奇（B.F Goodrich）和佳士邁威（Johns-Manville）也買到了許可證開始生產(chǎn)，但是幾年以后就停產(chǎn)。當(dāng)所有的生產(chǎn)許可證都過期以后，交聯(lián)PVC的生產(chǎn)工藝過程轉(zhuǎn)為公開。進(jìn)入70年代以后，多數(shù)原來的歐洲許可生產(chǎn)廠家也已停產(chǎn)。目前兩個主要的生產(chǎn)廠家是戴博（Diab）公司的Divinycell®和Klegecell®系列PVC泡沫及愛瑞柯斯（Airex）公司的Herex®系列PVC泡沫。

 20世紀(jì)40年代后期，林德曼使用高壓氣體作為發(fā)泡劑，制造出未經(jīng)過改性的PVC泡沫，也叫線性PVC泡沫。

 英國于1943年首先制成聚苯乙烯泡沫塑料，1944年美國道化學(xué)有限公司用擠出法大批量的生產(chǎn)聚苯乙烯泡沫塑料。

 第二次世界大戰(zhàn)期間，德國拜爾的試驗人員對二異氰酸酯及羥基化合物的反應(yīng)進(jìn)行研究，制得了PUR硬質(zhì)泡沫塑料、涂料和粘合劑。1952年，拜爾公司報道了軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的研究成果。

 1993年，加拿大的ATC公司開始生產(chǎn)SAN泡沫。其制造工藝和線性PVC相似。

 PMI泡沫是由德國羅姆（Rohm）公司于1966年首先用丙烯腈、甲基丙烯腈、丙烯酰胺和甲基丙烯酸酯熱塑性樹脂在180oC下發(fā)泡并交聯(lián)制作聚甲基丙烯酰亞胺泡沫的技術(shù)，接著日本的積水化學(xué)公司于1967年使用輻射交聯(lián)方法制作聚甲基丙烯酰亞胺泡沫。

夾層結(jié)構(gòu)的工作原理及優(yōu)點

作為孔隙材料芯材可以起到減輕結(jié)構(gòu)的重量，增加結(jié)構(gòu)的剛度，提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度等作用。夾層結(jié)構(gòu)一般是由上面板、上面板與芯材的粘結(jié)層、芯材、下面板與芯材的粘結(jié)層以及下面板所構(gòu)成，這五個要素組成了一個整體的夾層結(jié)構(gòu)。夾層結(jié)構(gòu)傳遞荷載的方式類似于工字梁（見圖1），上下面板（翼板）主要承受由彎矩引起的面內(nèi)拉壓應(yīng)力和面內(nèi)剪應(yīng)力，而芯材（腹板）主要承受由橫向力產(chǎn)生的剪應(yīng)力（見圖2）。
            
             
       為了使夾層結(jié)構(gòu)的各要素能協(xié)同承載，面板與芯材之間的粘接層必須能傳遞荷載，這樣至少應(yīng)具備和芯材一樣的強(qiáng)度。通常，如果加載以后，夾層結(jié)構(gòu)的芯材發(fā)生破壞，其破壞位置一般位于粘接層下面的芯材部分，因為粘接層芯材表面的孔隙中由于填充了膠粘劑／樹脂，提高了粘接層泡沫的強(qiáng)度。選擇正確的膠粘劑對夾層結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度也有非常重要的意義，通常在選擇膠粘劑的時候除了強(qiáng)度以外，還需要考慮使用溫度、煙霧條件及其與芯材的面板材料的兼容性。如果選擇與面板材料共固化，則膠粘劑或膠膜的固化條件需要與面板的共固化條件相一致。