蜂窝夹芯板的结构与应用
航空用蜂窝夹层结构及制造工艺
航空用蜂窝夹层结构及制造工艺摘要：蜂窝夹层结构复合材料的性能主要由蒙皮和蜂窝芯材料的性能所决定，这些性能主要包括蒙皮的厚度与材质，蜂窝芯材的高度、材质、密度、孔格大小以及形状等。
近些年，研究人员围绕蜂窝夹层结构复合材料做了大量研究并取得了一定成果。
关键词：航空结构；蜂窝；夹层结构；成型工艺预浸料；胶粘剂一、材料体系与性能1.蜂窝芯子。
蜂窝种类包括Nomex蜂窝、铝蜂窝及玻璃布蜂窝等，其功能是将上、下面板隔开，以承受由一个面板传递到另一个面板的载荷和横向剪力。
根据孔格形状可分为正六边形、过拉伸、单曲柔性、双曲柔性、增强正六边形和管状等。
在这些蜂窝夹芯材料中，以增强正六边形强度最高，正六边形蜂窝次之。
由于正六边形蜂窝制造简单，用料省，强度也较高，故应用最广。
应用上，由于NOMEX蜂窝与铝蜂窝相比，局部失稳的问题要小得多，而且NOMEX材料不导电，不存在电化腐蚀问题，还能够满足FST（烟雾毒性）等要求，所以在航空制造上具有广泛的应用领域。
不同规格的蜂窝具有不同的密度和力学性能，密度小于48kg/m3的蜂窝属于低密度蜂窝，这类蜂窝在民机、直升机、无人机等亚音速飞机上具有广阔的使用前景。
密度为48~80kg/m3的蜂窝称为中、高密度蜂窝，具有较高的强度及刚度，广泛应用于某些有特殊力学性能要求的部位，如歼击机的平尾、鸭翼及方向舵等。
目前国外航空用蜂窝的生产厂家主要有Hexcel、M.C.Gill、Plascore、Advanced Honeycomb Technologies及Euro-technologies Inc.等，国内主要是中航复合材料有限责任公司。
不同厂家生产的Nomex蜂窝制造标准和产品性能是有差异的，选用时可参考GJB1874及其他有关资料。
2.面板材料。
面板种类包括铝合金、玻璃钢及碳纤维复合材料等，目前航空结构上采用的大多为碳纤维单向带或织物增强复合材料。
面板主要功能是提供要求的轴向弯曲和面内剪切刚度。
浅谈蜂窝夹层复合材料应用及成型工艺
浅谈蜂窝夹层复合材料应用及成型工艺■ 文/范雨娇1 王维维2 1.中国航空制造技术研究院 2.中航复合材料有限责任公司1 蜂窝夹层复合材料及其优势复合材料由于其优异的性能近年已备受关注。
蜂窝夹层结构是一种复合材料结构形式，通常由2层或多层蒙皮（也称为“面板”）之间夹以一层轻质蜂窝夹芯并采用胶黏剂在一定温度和压力下复合成一个整体刚性结构（见图1）。
其主要包括复合材料蒙皮材料、蜂窝材料和胶粘剂材料。
目前的蒙皮材料根据固化温度可分为高温、中温、常温材料，按照材料体系可分为环氧树脂体系、氰酸酯树脂体系及双马树脂体系等。
蜂窝材料包括纸蜂窝、铝蜂窝、Nomex蜂窝等。
胶粘剂按照固化温度不同包括常温胶黏剂、中温胶粘剂、高温胶粘剂等。
蜂窝夹层复合材料由所选用的蒙皮材料及蜂窝材料匹配胶粘剂材料进行设计，可以满足航空航天、汽车等领域的具体需求。
蜂窝夹层复合材料具备着复合材料的特点，并且由于其选用了蜂窝材料及其特殊的结构形式，也更扩宽了其应用的范围提升了其优势，蜂窝夹层复合材料具有以下特点：①质量轻，比强度高，尤其是抗弯刚度高，同等质量的蜂窝夹层结构复合材料其抗弯刚度约为铝合金的5倍。
②具有较高的表面平面度，且可以制备出形状复杂的曲面结构；可以制造成双曲、单曲面板，制成车辆零部件后拆装方便。
③可吸收震动能量，能够具备隔音降噪、减震等效果；蜂窝夹层结构复合材料，内部含有大量的密闭蜂窝孔格，其内部充满大量空气，而气体相比固体的传播介质，具有更为出色的隔音、隔热效果。
④具有复合材料的耐腐蚀、绝缘性和环境适应性。
⑤具有可设计性，可根据实际需要选取具有相应功能的材料，如防火、自熄、耐温等材料。
并可根据实际使用工况对材料的结构进行设计。
⑥优异的成型制造工艺性，可以满足各类形状复杂、稳定性要求高的零部件成型制造方法。
2 蜂窝夹层复合材料的应用2.1 蜂窝夹层复合材料在航天领域的应用蜂窝夹层复合材料由于其具有弯曲强度大、抗剪切失稳能力强、质量轻的优势，被广泛应用于对性能和重量有特殊要求的航天、航空结构中。
塑料蜂窝板基础信息
2、 隔音、隔热性能好；在常用的蜂窝夹芯板中，实体材料的体积仅为1%--3%，其余空间内是密封状态的空气，由于空气的隔音、隔热性能优于任何固体材料，热量和声波的传播受到极大的限制，所以蜂窝夹层板有许多相互牵制的密集蜂窝，犹如许多小工字梁，可分散承担来之各方面的压力，从而起到减震作用。
4、节约能源
100%可回收
加工过程无VOC
应用蜂窝的产品无异味、无甲醛
5、防水防潮
有优秀的防水防潮性能，能较好的应用在水上建筑领域。
6、良好的耐腐蚀性
优秀的抗腐蚀性能，可抵挡化工产品，海水等的侵蚀。
塑料蜂窝板是采用PVC、PET、PP等塑料片材叠合而成的蜂窝状材料，具有质量轻、强度大等特点。目前蜂窝孔形态：六角形 圆孔 半圆槽型
塑料蜂窝板的特性主要为：防水、防潮、其结构为蜂窝状，所以质量轻便，具有防震、保温、隔热 隔音等优点
蜂窝板的性能特点
1、 密度小；由于蜂窝是一种多孔的不连续材料，而且实体部分的截面积又很小，因此蜂窝的密度也很小这样整体质量轻，满足航天设计中的轻质要求。优良的抗压强度，良好的抗剪强度，质量轻，密度低
蜂窝夹芯复合板及其在汽车工业中的应用
质基板与金属芯材（ 主要是铝蜂窝与钛蜂窝） 形成良 好的冶金结合， 制造出由上下两层基板、 中间夹以不 同结构的金属芯材的结构功能一体化的高性能材 料。钢质蜂窝夹芯复合板由于芯材与面板之间的界 面实现了冶金结合， 除具有质量小、 强度高、 表面平 整、 减振、 吸音、 隔热等特点外， 尤其具有耐高温、 抗 软化、 耐疲劳的性能， 并且可以回收再利用， 符合环 保要求。 它可以根据使用要求选择不同的组合， 通过 选择不同芯材的结构、材质，来满足不同的使用要 求。 与其他结构材料相比， 以最少的材料用量获得最 大性价比， 因此具有广阔的应用前景。
<］ 破坏强度仍保持钢材的破坏强度 ［ 。美国 DK 公司
的汽车采用了新型的复合材料结构保险杠，主要由
6 —上面板； ! —蜂窝芯； # —下面板
图" 蜂窝夹芯复合板的结构
反应注射模塑） 纤维增强聚氨酯层 马氏体钢、 LMK （ 和聚乙烯蜂窝层（ 起缓冲作用， 取代液体吸能器） 组
6］ 成， 比钢的质量轻， 并能够满足撞击试验要求 ［ 。
［ !］
以很薄， 与实心相比要轻得多且刚性大， 减轻质量效 果极为明显，对于非集中载荷这种夹芯是非常合适 的。 同时它还具有良好的抗振、 隔热、 隔音等性能， 是 一种高效结构材料。 蜂窝的性能与其材质、 容重、 边长、 壁厚、 夹角、 高度有很大关系。 根据蜂窝夹芯材料不同， 可以分为 纸蜂窝、 玻璃布蜂窝、 玻璃纤维增强树脂蜂窝、 棉布 蜂窝和铝蜂窝等。 面板可以采用石材、 木材、 玻璃钢、
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汽车工艺与材料
冯仁杰等： 蜂窝夹芯复合板及其在汽车工业中的应用
6］ 质量减轻一半 ［ 。英国发明了一种以 GG（ 聚丙烯） 作
芯， 钢板作外皮的薄夹层板用来做汽车外板。 这种板 材只有普通钢板质量的一半， 而且更容易冲压成形。 用它作汽车外板时， 隔声与隔热效果极好， 保证了舒 适的乘坐环境。 板材自身硬如钢、 韧度好、 抗撞击， 其
蜂窝夹层结构制造技术-0
蜂窝夹层结构制造技术-0蜂窝夹层结构制造技术（1）蜂窝种类蜂窝的强度与选用原材料和蜂窝几何形状有关，根据平面投影几何形状，蜂窝夹芯材料可分为六边形、菱形、矩形、正弦曲线形和有加强带六边形等。
在这些蜂窝夹芯材料中，以加强带六边形强度最高，正方形蜂窝次之。
由于正六边形蜂窝制造简单，用料省，强度也较高，故应用最广。
（2）原材料夹层结构的蒙皮和夹芯材料种类很多，如果用铝、钛合金做蒙皮和芯材，则称为金属夹层结构；用玻璃钢薄板，木质胶合板和无机复合材料板做蒙皮，用玻璃钢蜂窝、纸蜂窝及泡沫塑料做夹芯材料，则称为非金属材料夹层结构。
目前，以玻璃钢薄板做蒙皮、玻璃钢蜂窝和泡沫塑料做芯材的夹层结构应用最广。
①玻璃纤维布（增强材料）生产玻璃钢夹层结构的玻璃布分为面层布和蜂窝布两种：面层布是经过增强处理的中碱和无碱平纹布，其厚度一般为0.1～0.2mm。
为加强蒙皮和蜂窝之间的粘度强度，常在两者之间加一层短切玻璃纤维毡。
选用含蜡玻璃布做蜂窝材料，可以防止树脂浸透到玻璃布背面，减少蜂窝块层间的粘接，有利于蜂窝成孔拉伸。
②纸生产蜂窝夹层结构的纸，要求有良好的树脂浸润性和足够的拉伸强度。
③粘接剂（树脂）制造蜂窝夹层结构用的树脂分蒙皮用树脂、蜂窝用树脂和蜂窝与蒙皮粘接用树脂。
根据夹层结构的使用条件，可分别选用环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、有机硅树脂及邻苯二甲酸二丙烯酯等。
制造蜂窝胶条时，通常采用环氧树脂、改性酚醛树脂、聚醋酸乙烯酯胶和聚乙烯醇缩丁醛胶等。
在这些胶粘剂中，环氧树脂粘接强度高，改性酚醛树脂价格低，故应用较多。
聚醋酸乙烯酯胶无毒，价格便宜，可以室温固化，但用此胶制造的蜂条，不能浸聚酯胶胶液，因为聚酯树脂中的苯乙烯能溶解聚醛酸乙烯，使蜂条开胶、破坏。
（3）蜂窝夹芯制造生产玻璃布夹芯材料时，主要彩胶接拉伸法。
其工艺过程是先在制造蜂窝芯材的玻璃布上涂胶条，然后重叠粘接成蜂窝叠块，固化后按需要蜂窝高度切成蜂窝条，经拉伸预成型，最后浸胶，固化定型成蜂窝芯材。
蜂窝夹层结构复合材料的制备及应用
蜂窝夹层结构复合材料的制备及应用摘要：蜂窝夹层复合材料由两块高强度上下面板夹着一层蜂窝芯组成，其结构具有高比强度、高比刚度、优异的隔热、透波性能等，因此在航空航天、船舶等领域得到了广泛应用。
基于此，本文首先阐述了夹层结构复合材料的制备现状，亲分析了蜂窝夹层结构复合材料的应用。
关键词：蜂窝夹层结构；复合材料；制备；应用蜂窝夹层复合材料具有优异的性能，有利于减少固体废物的排放量和保护生态环境等，不仅具有良好的经济、社会效益，特别是在“低碳经济”理念环境下，其产业化应用前景及发展空间更为广阔。
一、夹层结构复合材料制备现状夹层复合材料通常由薄面板和厚芯子胶接而成，在夹层结构中，面板作为主要的承力部件与中间填充的芯子共同发挥作用。
当承受弯曲载荷时，面板主要承受拉伸或压缩载荷，芯子传递剪切力，因此在夹层结构设计中，面板需选择面内刚度及强度大的材料或结构，芯子需选择面外剪切强度及剪切刚度大的材料或结构。
1、面板材料的选择。
从材料的角度来看，面板的发展经历了从金属材料到非金属材料的演变过程；从结构上看，面板的发展经历了从单一结构(合金面板)到层合结构(层合面板)的过程，当前广泛应用的面板多为非金属层合面板。
在夹层结构中，面板是主要的承力部件。
与芯子材料相比，面板材料具有高密度、高模量、高强度等特点。
目前，在纤维增强复合材料中广泛应用的增强纤维有芳纶纤维、硼纤维、玻璃纤维、碳纤维等。
其中，芳纶纤维具有较高的拉伸强度、高弹性模量、低密度等性能，但芳纶复合材料的压缩强度低；虽然硼纤维具有优异的强度及模量，但由于其昂贵的价格，仅限于同碳纤维混杂使用，被碳纤维逐渐取代。
为了提高力学性能，应选用比强度及模量较高的碳纤维作为原材料，但由于其价格较高，在应用中需大量的原料，因此，低成本的玻璃纤维仍是最常用的增强材料，但其弹性模量较低。
在设计有刚度要求的产品时，可利用复合材料结构形式的局限性小、易成型的优点，通过改变截面尺寸，设计高刚度变截面的结构形式及布置，以弥补其低弹性模量的弱点。
新型纸蜂窝夹芯结构复合板及其应用前景
德国 BM W 汽车公司在其系列的汽车制造中采 用碳纤维增强的复合材料( CF RP ) 制造的车顶, 其质 量要比 钢的 车 顶轻 一 半; 2003 款 戴姆 勒 克 莱斯 勒 Do dg e Viper 运动车用 CFRP 取代钢材制造底盘和车 身外部构件, 减轻质量达 68% , 并使油耗下降 40% 。
可以看到, 新型 纤维 纸蜂窝夹芯结构复合材料 的应用将使汽车质量更轻, 环保性能更好, 安全舒适 性得到较好保证, 是当前发展方向之一。
其次, 纤维 纸蜂窝夹芯结构复合材料也可广泛应 用于家具行业, 它密封性好, 可直接成型为异型, 家具 形式多样、价格低廉、耐用度好, 具有很好的发展空间。 在建筑行业可采用纤维 纸蜂窝夹芯结构复合板制造高 速列车车厢的侧板、顶板和行李间等, 从而使车厢结构 最佳化, 降低车厢的重心以及车轴、轨道的负荷, 使车 的速度大大提高, 并且在减少动力消耗及维修费用方 面具有很大潜力。因此, 随着技术的发展, 纤维 纸蜂窝 复合材料的价值会被人们逐渐认可, 其必将成为未来 家具、建材市场的新材料, 市场潜力巨大。
随着中国汽车工业的迅猛发展, 汽车的轻量化、 低油耗、高安全性、减少环境污染和降低汽车制造与 使用综合成本日益成为汽车行业的共识。研究表明, 减轻汽车重量对于提高燃油利用率和减排至关重要。 汽车重量减轻 56. 69 kg, 同样消耗 1 L 燃料汽车行驶 里程即可增加 0. 09~ 0. 21 km[ 9] ; 同 时, 汽车质量减 轻 50% , CO 2 排放减少 13% , 并且减轻汽车质量可以 提高汽车的行驶性能。在汽车内外饰以及吸音材料 的应用上, 复合材料的使用已经能够减轻汽车重量达 50 kg, 这就使得每辆汽车每公里二氧化碳排放量减 少 5 g[ 10] 。综合累计来看, 它对减少环境污染起到了 非常有益的作用。使用轻质蜂窝夹芯复合材料, 可以 使振动变小; 由于使用蜂窝复合材料是在不减少汽车 容积的情况下减轻汽车质量, 因而使汽车更稳定, 在 受到冲击时蜂窝结构能吸收分散更多的能量, 保证了 安全和舒适的性能。从目前来看, 中国的汽车制造商 在减轻汽车重量和节约生产成本上有着巨大的潜力。
蜂窝夹层结构复合材料应用研究进展
蜂窝夹层结构复合材料应用研究进展摘要：蜂窝夹层结构复合材料在使用方面具有很好的性能，其具有比较好的强度，同时，抗冲击性能很好，在使用方面能够进行很好的设计，因此，在目前得到了非常广泛的应用，尤其在航空航天领域。
蜂窝夹层结构的性能优越性使其成为了很多领域中无法替代的结构材料。
早期的蜂窝夹层结构复合材料的芯材都是金属芯材，但是，随着科技的不断发展，在芯材方面发生了很大的改变，发展成为了纤维性很强的树脂蜂窝。
目前，蜂窝夹层结构复合材料是出现了很多种，其中，蜂窝夹层结构复合材料在应用范围和研究方面是发展最好的。
关键词：蜂窝；夹层结构；应用蜂窝夹层结构复合材料因其具有比强度高、抗冲击性能好、减振、透微波、可设计性强等优点，目前已经被广泛应用，特别是航空航天领域，蜂窝夹层结构以其优越的性能成为该领域不可缺少的结构材料之一。
早期的蜂窝夹层结构复合材料芯材大多数为金属芯材，随后出现了纸蜂窝夹层结构复合材料以及纤维增强树脂蜂窝等蜂窝芯材。
目前的蜂窝夹层结构复合材料主要分为铝蜂窝夹层结构复合材料、Nomex 纸蜂窝夹层结构复合材料、玻璃钢夹层结构复合材料、棉布蜂窝夹层结构复合材料等，其中玻璃钢夹层结构复合材料已得到广泛的研究和应用。
一、蜂窝夹层结构性能分析蜂窝夹层结构不仅相对强度和相对刚度比较大，同时还具有如下性能特点：（1）密度小：由于蜂窝芯层是由许多相互毗连的空心蜂窝单元组成，其实体蜂窝壁的所占体积较小，因此蜂窝夹层结构的密度也比较小。
（2）良好的平整度和刚性：蜂窝夹层结构在受外力作用时，由于每个蜂窝单元周围存在六个蜂窝单元相互牵制和作用，使其受载能力更强，因此蜂窝夹层结构具有较好的平整性和刚性，即使受到很大的面外载荷，也能在一定范围内防止该结构因发生较大变形而破坏和失效。
（3）较强的减震性能：由于蜂窝芯层中存在大量充满空气的密闭空间，当其受到振动冲击时，蜂窝单元内部会产生很多内耗，可以实现一定程度的缓冲作用，从而化解振动产生的能量。