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复合芯材:为您的应用选择芯材时要考虑的因素

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复合芯材是为了满足某种设计或性能要求而用来完成工程结构的功能, 无论是减肥, 提供能量吸收, 抗冲击或增加刚度. 重要的是要选择正确的复合核心材料,以按照预期的方式执行,并提供为应用程序指定的属性. 然而, 有这么多可行的材料可供选择, 首先必须确定材料需要满足的标准,以帮助缩小决策制定过程的范围.

在本白皮书, 通用塑料将涵盖在选择正确的复合芯材时应该考虑的许多因素. 十大最好的网赌平台还将具体讨论应用程序的考虑因素, 重要的工艺和材料兼容性元素.

核心价值观

复合芯材的作用是提供强度, 在不大幅增加重量的情况下,整个结构的刚度和连续性. 是否在两个复合材料表皮之间粘合形成夹层板或用自表皮柔性泡沫或装饰覆盖层过度模压, 核心材料是结构的中心构件或基础.

航空航天工业是复合材料的主要用户之一[i], 常用作室内地板和天花板, 货物班轮, 头顶的储藏箱, 面板, 窗口周围, 卫生间模块, 厨房, 食品和饮料手推车和舱壁/班级分隔. 然而, 复合材料的使用在包括海运在内的其他各个行业都在增长, 运输, 医疗和更多. 美国.S. 综合成品市场价值为26美元.2019年将达到70亿美元,预计将增长到3亿美元.8%的复合年增长率(CAGR)在未来5年达到33美元.2025年达到40亿.[ii]

以其独特的重量强度比而闻名, 复合芯材需要评估其他质量和特性,如耐久性, 耐腐蚀, 水分和化学物质, 以及其他环境暴露. 然而, 这些品质取决于所使用的材料, 这就使得分析和选择合适的核心材料来满足你的结构需求变得格外重要. 核心的选择首先要仔细考虑材料的质量, 制造工艺和期望的性能.

普通复合芯材

轻木:端粒轻木的封闭细胞结构由细长的纤维组成, 长度(颗粒方向)约为直径16倍的棱柱状细胞. 巴尔沙可在平板结构或在一个细棉布背块安排,符合复杂的曲线的板形式.

蜂窝:蜂窝材料包括纸, 铝, 酚醛树脂浸渍玻璃纤维, 聚丙烯和芳纶酚醛处理纸. 其物理性质随具体材料和密度的不同而有很大的不同. 蜂窝芯制造极轻的面板是可能的.

聚氯乙烯泡沫:聚氯乙烯(PVC)泡沫芯是由聚氯乙烯共聚物与稳定剂结合生产的, 可塑剂, 交联化合物和发泡剂. 聚氯乙烯泡沫提供了很好的强度和重量的结合,密度从4到30磅/英尺ᶟ.

聚氨酯泡沫:聚氨酯泡沫可在块,片或其他形状. 它们有时也被分别塑造成离散的部分形状. 在275°- 350°F的温度范围内,这些泡沫是有用的(取决于配方), 取决于公式, 同时保持了相当一部分的力量和韧性. 这使得它们可以与高温固化预浸料一起用于面板应用, 在烤箱或高压灭菌器中固化.

因素需要考虑

设计工程师通常关注核心材料的设计或性能需求, 满足这些需求所需的财产要求和最终成本. 例如, 蜂窝, 复合材料芯板应用中常用的是哪一种, 有优异的强度与重量比吗, 但它容易受潮,而且价格昂贵. 在审查成本的同时,缩小应用程序特定需要的属性是至关重要的第一步.

典型类型的复合铁芯应用可分为两大类:夹层板和形状铁芯.

三明治板

夹层板被用于各种市场的许多应用,如航空航天和汽车.  一个典型的三明治面板包括上和下皮肤与一个更厚的核心在中间. 夹层板中心的核心的主要目的是在两个蒙皮之间提供尽可能多的间距,以创造面板的刚度, 增加尽可能少的重量, 同时抵抗结构被加载时产生的力.[3]

需要考虑的重要核心材料特性

抗压强度
材料的抗压强度描述了材料在屈服于压力、变形或断裂之前所能承受的力的大小. Some materials fracture at their compressive strength limit; others deform irreversibly, 因此,给定的变形量可以被认为是压缩载荷的极限.

抗弯强度
在弯曲试验中,材料在屈服之前所能承受的应力. 它也被称为弯曲强度,有助于测量材料的刚性.

弯曲模量
弯曲变形中应力与应变的比值或材料抵抗弯曲的倾向. 弯曲模量是一项重要的计算,因为它涉及到面板作为结构构件时的挠曲阻力.

抗剪强度
测量材料在层移动和滑动时撕裂或破裂前所能承受的最大应力.

剪切模量
剪切应力与剪切应变之比. 这个特性预先告诉十大最好的网赌平台材料对剪切变形的抵抗能力. 如果一种材料非常抵抗试图剪切, 然后它会非常快地传递剪切能[iv].

剥离强度
用于测量两种或两种以上材料粘合在一起的粘合强度, 如两个面板和芯材内夹芯板.

应用程序环境的考虑

面板将暴露在什么样的环境中? 它会接触到水分吗? 机械性能很重要, 但有一些关键的环境设计参数可能会导致核心材料的寿命问题, 如果不解决.

抗湿性
任何面板暴露在室外和大量的冷凝或湿度,  需要一种防水的核心材料,以避免饱和, 软化, 肿胀, 核心腐烂或弯曲. 例如, 轻木和其他木芯材料最终可能会腐烂, 长期暴露使膨胀或退化. 选择不支持真菌生长的核心材料也很重要.

热导率
导热系数衡量的是一种材料如何进行或阻止传热, 如果面板需要提供热断裂或绝缘性能,哪一个是重要的分析.

耐化学腐蚀性能
如果接触到工业清洁剂, 溶剂或化学物质, 寻找一种能抵抗预期条件的材料.  它不应该支持真菌或吸引啮齿动物和昆虫.

可燃性
夹层板经常用于飞机内饰, 因此, 符合航空航天严格的火焰标准, 烟毒(FST)和热释放是非常重要的. 如果你的嵌板可能会着火, 它需要满足许多要求,以保证它不会传播火灾,如果暴露在火焰. 材料是否具有阻燃性和自熄性? 它膨胀形成一个辅助自身的保护性炭层吗

灭火,绝缘和保护材料不继续燃烧?

重量
在航空航天和汽车市场, 轻量化对oem来说越来越重要, 一级和二级供应商. 制造商们被迫创造出新产品,以满足这些行业日益增长的需求和新的政府标准. 必须确定合适的轻量级核心材料,同时又不牺牲所需的其他性能特征.

的核心

第二组核心应用程序, 的核心, 使用核心材料作为基础结构,然后覆盖模压或装饰或性能增强材料. 芯材通常是按应用程序所需的形状或几何形状成型或加工的. 小翼, 汽车保险杠, 汽车仪表盘, 眩光盾, 碰撞垫子, 汽车座椅背和头部内衬都是形状核心应用的例子.

所有的因素列出的夹层板应该考虑的形状核心, 然而, 还需要分析其他与减轻影响和吸收能源有关的问题:

  • 芯材是否承重?
    如果形芯是结构的承重部分, 它必须是一种非常坚固的材料,具有高性能的承重性能.
  • 负载是静态的还是动态的,它看到的是运动还是冲击,还是两者都要考虑?
    力的作用速率, 无论是能量的积累(低应变率)还是快速力(高应变率), 复习很重要.
  • 它的目的是吸收能量在头部打击应用? 将严格, 或半刚性核心, 用较软的自结皮泡沫或装饰盖成型,符合头部冲击标准(HIC)的要求? 例如, 如果飞机上出现乱流或碰撞,导致飞行员向前坠落,头部撞到眩光防护板上, 内部的核心材料应该起到去致死垫的作用,实际上粉碎并吸收能量, 类似于自行车头盔.

过程

确定防弹设计和选择正确的材料是项目成功的关键. 然而, 为你的材料选择正确的加工方法会影响产品的上市时间, 费用, 全面的产品质量和你的底线. 在制作夹芯板或形芯件时,常见的制造方法包括:

  • 加工/塑造
    这一过程涉及到各种加工技术,如数控加工, 路由, 把, 锯, 切割, 砂光, 申请, 雕刻, 等. 数控加工使用计算机软件控制机床,切割复杂的二维和三维形状的块材料. 通常, 所需零件的CAD图或其他数字表示被创建, 然后图画被翻译成说明(e.g.例如,速度、位置和协调).
  • 成键
    在这个过程中, 重要的是要考虑以下特点:树脂兼容性, 耐温性, 接触面面积和开放细胞内容物.  也, 不适合长时间在高温下工作的材料可能仍然能够承受树脂放热或短期高温暴露的热量, 所以不要因为这个错误而排除材料.
  • 材料
    在多孔材料的真空堆叠层中填充液态树脂的过程. 当树脂固化时, 固体树脂基体结合材料组装成一个统一的刚性复合材料. 这是一个有助于加强夹芯板芯的过程. 此外,选择正确的树脂可以大大提高面板的防火性能.
  • 粉碎的核心
    一个快速, 在高温高压下进行的经济工艺, 一种芯层压片被放置在一个大的压力机中并被压碎到预定的厚度. 这一过程通常用于在面板中创建所需的厚度和轮廓.
  • 真空装袋
    一种夹持方法,使用大气压力将层压的粘合剂或树脂涂层组件固定在适当的位置,直到粘合剂固化. 为核心材料添加层或皮肤的另一种方法.
  • 在成型
    这涉及到将一个预加工或模制的芯放入模具,并在芯周围成型或形成一个额外的覆盖层,以完成成品部分. 以这种方式生产的具有形状核心的部件可以在需要的地方用垫板选择性地加强, 紧固件, 困难的安装点, 等.

成本

 

一旦你决定了你的核心材料和制造过程, 您必须验证它对您的预算来说是最具成本效益的选择. 有许多可用的核心材料提供的产品可能被认为是过度设计的应用程序. 而不是为你不需要的功能支付额外的费用, 重点关注提供适合项目所需功能的属性和功能的材料.

例如, 蜂巢是典型的航空航天应用,因为它是最轻的核心选项之一, 并具有优良的耐火性能. 然而, 蜂窝状面板的外露边缘和切口很容易受潮,除非用硬质泡沫封边或劳动密集型灌封化合物封边.  除了, 跨越面板表面的安装和紧固件位置需要具有适当的紧固件拉拔强度特性的基板.  一种更具成本效益的材料,可以考虑是聚氨酯泡沫, 特别是考虑到材料成本. 聚氨酯泡沫通常提供在一个广泛的密度范围内,并具有优异的热性能. 一些PMI和PVC泡沫也可以考虑, 然而, 随着时间的推移,当暴露在湿度下时,它们的形状会发生一些变化. 最终,核心材料转换可能会降低公司的加工和材料成本.

公司和产品

通用塑料制造公司一直在制造柔性和 硬质聚氨酯材料, aircraft总成, 模具零件 和其他专业泡沫产品超过70年. 十大最好的网赌平台LAST-A-FOAM® 闭孔和开孔聚氨酯泡沫产品提供了多功能的解决方案 航空航天、国防, , 建设, 海洋工具 & 模具 工业起源于基于化学的解决方案和对卓越和质量的承诺.

通用塑料提供核心材料和成品面板,以满足每个客户的特定需求.  十大最好的网赌平台的 复合核心 产品阻燃, 提供持久的性能和均匀性随着时间的推移,并提供了木材的优秀替代品, 蜂窝等芯材. 十大最好的网赌平台的产品线包括可以防火的核心材料, 室内航空航天应用的烟雾和毒性要求及热释放标准. LAST-A-FOAM® 产品是不腐烂的聚氨酯复合芯,支持玻璃纤维层压, 是阻燃, 强大的和轻量级, 耐用, 耐化学品和极具成本效益. LAST-A-FOAM® 复合核心 多年来,航空航天和汽车工业一直在使用这种材料来代替铝, 以及 运动器材隔热门窗. 在 海洋产业, 通用塑料公司的复合核心泡沫为木材提供了一种不腐烂的替代品,支持玻璃纤维层压生产过程.

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