《复合材料工艺与设备》课程教学资源（教案讲义）05 玻璃钢复合材料夹层结构

第五章玻璃钢复合材料夹层结构教学参考资料武汉理工大学精品课程

第五章 玻璃钢复合材料夹层结构 教学参考资料 武汉理工大学精品课程

第5章玻璃钢复合材料夹层结构5.1概述1.夹层结构的概念夹层结构是由三层以上材料组成的复合结构，其中两个表面层是薄的高强度、高模量材料，称为蒙皮或面板，这是夹层结构中的主要受力部分。中间夹着一层厚的轻质芯子，芯子的作用是维持或增加两个表层之间的距离，连接和支撑面板，承受剪应力等作用。2．夹层结构的产生和特点我们知道提高GRP复材的模量有两个途径：一是选用模量较高的材料代替GF，另一是进行合理的结构设计，使GRP复材具有较高弹性模量的结构形式。特点：①提高了GRP复材的模量（或刚度）。GRP复材夹层结构就是一种具有较高模量并且轻质高强度的结构形式。下面请看一个例子：简支梁的弯曲挠度/=48EJ由此可见，弯曲挠度f与梁的高度h的三次方成反比。因此，增加梁的高度h就能有效的提高梁的刚度EJ值，减少梁的挠度f如果我们把厚度为h的GRP板沿厚度方向等分，并在中间夹上厚度为3h的轻质芯材，则可在GRP板用量不变的情况下使刚度提高26倍。所以GRP复材采用夹层结构，弥补了弹性模量低、刚度差的不足。②在强度不变，提高刚度的情况下，减轻重量。由于无芯材料的密度小，所以用它制成的夹层结构，能在同样承载能力下，大大地减轻结构的自重。3.夹层结构的分类：夹层结构分为面板和夹层两部分。GRP夹层结构胶合板木纤维板根据面板材料不同夹层结构分为塑料板

第 5 章 玻璃钢复合材料夹层结构 5.1 概述 1. 夹层结构的概念 夹层结构是由三层以上材料组成的复合结构，其中两个表面层是薄的高强 度、高模量材料，称为蒙皮或面板，这是夹层结构中的主要受力部分。中间夹着 一层厚的轻质芯子，芯子的作用是维持或增加两个表层之间的距离，连接和支撑 面板，承受剪应力等作用。 2. 夹层结构的产生和特点 我们知道提高 GRP 复材的模量有两个途径：一是选用模量较高的材料代替 GF，另一是进行合理的结构设计，使 GRP 复材具有较高弹性模量的结构形式。 特点：①提高了 GRP 复材的模量（或刚度）。GRP 复材夹层结构就是一种 具有较高模量并且轻质高强度的结构形式。 下面请看一个例子： 简支梁的弯曲挠度 EJ pl f 48 3 = 由此可见，弯曲挠度 f 与梁的高度 h 的三次方成反比。因此，增加梁的高度 h 就能有效的提高梁的刚度 EJ 值，减少梁的挠度 f。 如果我们把厚度为 h 的 GRP 板沿厚度方向等分，并在中间夹上厚度为 3h 的 轻质芯材，则可在 GRP 板用量不变的情况下使刚度提高 26 倍。 所以 GRP 复材采用夹层结构，弥补了弹性模量低、刚度差的不足。 ②在强度不变，提高刚度的情况下，减轻重量。由于无芯材料的密度小，所 以用它制成的夹层结构，能在同样承载能力下，大大地减轻结构的自重。 3. 夹层结构的分类： 夹层结构分为面板和夹层两部分。 GRP 夹层结构 胶合板 根据面板材料不同夹层结构分为 木纤维板 塑料板

铝板我们只讲GRP复材头层结构。GRP复材夹层结构根据夹芯的材料和结构不同，又分为泡沫塑料夹层结构玻璃布蜂窝夹层结构GRP折板夹层结构在这章中，我们主要讲：玻璃钢蜂窝夹层结构和玻璃钢泡沫塑料夹层结构。GRP复材夹层结构的优点和应用。下面介绍GRP蜂窝夹层结构和GRP泡沫型料夹层结构的的制造，首先讲夹芯的制造，再讲夹层结构的制造。5.2玻璃布蜂窝夹层制造玻璃布蜂窝夹层的制造包括：材料选择，蜂窝夹层制造和拼接口。一、材料选择1.玻璃布的选择玻璃布峰窝夹层通常是用未脱蜡的平纹布一是因为平纱布不易变形；二是不脱蜡可以防止树脂胶液渗到布的背面，产生粘连现象。2．胶粘剂的种类制造玻璃布蜂窝夹层用的胶粘剂有下列三种。二、蜂窝夹层的制造蜂窝夹层按结构形式分为正六角形、菱形、矩形、正弦曲线形和有加强带的六角形等。其中以正六角形蜂窝强度较高、用料省，制造简便，因此应用最广，玻璃布蜂窝夹层的制造方法「模压法手工涂胶法胶接拉伸法(）【机械涂胶法下面我们介绍胶按拉伸法制造正六角形蜂窝夹层。1.手工涂胶法：

铝板 我们只讲 GRP 复材头层结构。 GRP 复材夹层结构根据夹芯的材料和结构不同，又分为 泡沫塑料夹层结构 玻璃布蜂窝夹层结构 GRP 折板夹层结构 在这章中，我们主要讲：玻璃钢蜂窝夹层结构和玻璃钢泡沫塑料夹层结构。 GRP 复材夹层结构的优点和应用。 下面介绍 GRP 蜂窝夹层结构和 GRP 泡沫型料夹层结构的的制造，首先讲夹 芯的制造，再讲夹层结构的制造。 5.2 玻璃布蜂窝夹层制造 玻璃布蜂窝夹层的制造包括：材料选择，蜂窝夹层制造和拼接口。 一、材料选择 1. 玻璃布的选择 玻璃布峰窝夹层通常是用未脱蜡的平纹布 一是因为平纱布不易变形； 二是不脱蜡可以防止树脂胶液渗到布的背面，产生粘连现象。 2. 胶粘剂的种类 制造玻璃布蜂窝夹层用的胶粘剂有下列三种。 二、蜂窝夹层的制造 蜂窝夹层按结构形式分为正六角形、菱形、矩形、正弦曲线形和有加强带的 六角形等。 其中以正六角形蜂窝强度较高、用料省，制造简便，因此应用最广，玻璃布 蜂窝夹层的制造方法 ⎩ ⎨ ⎧ ⎩ ⎨ ⎧ 机械涂胶法 手工涂胶法 胶接拉伸法 模压法 ( ) 下面我们介绍胶按拉伸法制造正六角形蜂窝夹层。 1. 手工涂胶法：

2.机械涂胶法；3.涂胶工艺中的质量控制。在涂胶工艺中，漏涂和透胶是两个关键问题，也是影响蜂窝质量的主要矛盾其原因和解决办法如下：①胶液压力胶液压力是指涂胶辊（或漏胶嘴）对GF布的接解压力。显然该压力过大，容易造成严重的透胶现象，胶液固化后的蜂窝块拉不开，因此应尽量减少涂胶对GF布的接触压力但压力过小，又往往会出现漏胶现象。解决办法是：a.调整胶辊间隙，使接触压适中；b.使GF布的运行平稳，防止漏涂；c.如果有透胶现象，则将印胶法改为擦胶法。②胶液粘度透胶和漏涂正与胶液粘度有关，尤其是当胶液粘度较小时，很容易造成透胶现象，因此在保证涂胶顺利的情况下，胶液粘度应尽量大一些为好。③折皱和偏斜三、蜂窝的拼接以及影响蜂窝夹层的性能的因素。1.蜂窝夹层的拼接；2.影响蜂窝夹层性能的因素。5.3蜂窝夹层结构的制造GRP蜂窝夹层结构的制造分为湿法成型和干法成型两种。一、湿法成型二、干法成型6.4泡沫塑料夹层的制造一、泡沫塑料的分类及构造1.泡沫塑料的构造泡沫塑料是一种气固两相体材料，它是通过特殊的方法将气体填充的轻质高

2. 机械涂胶法； 3. 涂胶工艺中的质量控制。 在涂胶工艺中，漏涂和透胶是两个关键问题，也是影响蜂窝质量的主要矛盾， 其原因和解决办法如下： ①胶液压力 胶液压力是指涂胶辊（或漏胶嘴）对 GF 布的接解压力。显然该压力过大， 容易造成严重的透胶现象，胶液固化后的蜂窝块拉不开，因此应尽量减少涂胶对 GF 布的接触压力；但压力过小，又往往会出现漏胶现象。 解决办法是：a. 调整胶辊间隙，使接触压适中； b. 使 GF 布的运行平稳，防止漏涂； c. 如果有透胶现象，则将印胶法改为擦胶法。 ②胶液粘度 透胶和漏涂正与胶液粘度有关，尤其是当胶液粘度较小时，很容易造成透胶 现象，因此在保证涂胶顺利的情况下，胶液粘度应尽量大一些为好。 ③折皱和偏斜 三、蜂窝的拼接以及影响蜂窝夹层的性能的因素。 1. 蜂窝夹层的拼接； 2. 影响蜂窝夹层性能的因素。 5.3 蜂窝夹层结构的制造 GRP 蜂窝夹层结构的制造分为湿法成型和干法成型两种。 一、湿法成型 二、干法成型 6.4 泡沫塑料夹层的制造 一、泡沫塑料的分类及构造 1. 泡沫塑料的构造 泡沫塑料是一种气固两相体材料，它是通过特殊的方法将气体填充的轻质高

分子合成材料，因此又称“加气塑料”或“多孔塑料”。泡沫塑料具有重量轻、导热系数低、隔声、隔热及防震耐水等性能，是制造夹层结构的优良材料。由于气体在泡沫塑料中的分布情况不同，使其具有不同的构造：即通孔结构（即泡沫塑料中的气体相互连通），和闭孔结构（即气体在塑料基体内形成互不相通的封闭气室）。①构造不同，性能差异；如闭孔结构的强度和刚度比通孔结构高等；②泡沫塑料中的气体含量和气体均匀情况对质量的影响；③泡沫塑料的密度和浓度的关系；泡沫塑料的密度为20360kg/m，小于100kg/m的泡沫塑料强度较低，一般不作结构材料用。2.泡沫塑料的分类泡沫塑料的常用分类方法有三种：①按泡沫塑料所用的树脂基体分类：②按泡沫塑料的硬度分类；③按发泡密度分类（低、中、高发泡泡塑）二、泡沫塑料的制造方法泡沫塑料的制造是采用发泡的方法，使树脂内部产生大量气泡，形成泡沫结构，发泡方法分为：1.机械发泡法2.物理发泡法【情性气体发泡法低沸点液体发泡法原料组分相互反应产生气泡法3.化学发泡法采用化学发泡剂法三、泡沫塑料的形成原理气发泡沫塑料形成分三个阶段：泡沫形成

分子合成材料，因此又称“加气塑料”或“多孔塑料”。泡沫塑料具有重量轻、 导热系数低、隔声、隔热及防震耐水等性能，是制造夹层结构的优良材料。 由于气体在泡沫塑料中的分布情况不同，使其具有不同的构造：即通孔结构 （即泡沫塑料中的气体相互连通），和闭孔结构（即气体在塑料基体内形成互不 相通的封闭气室）。 ①构造不同，性能差异； 如闭孔结构的强度和刚度比通孔结构高等； ②泡沫塑料中的气体含量和气体均匀情况对质量的影响； ③泡沫塑料的密度和浓度的关系； 泡沫塑料的密度为 20～360kg/m 3，小于 100kg/m3的泡沫塑料强度较低，一 般不作结构材料用。 2. 泡沫塑料的分类 泡沫塑料的常用分类方法有三种： ①按泡沫塑料所用的树脂基体分类； ②按泡沫塑料的硬度分类； ③按发泡密度分类（低、中、高发泡泡塑） 二、泡沫塑料的制造方法 泡沫塑料的制造是采用发泡的方法，使树脂内部产生大量气泡，形成泡沫结 构，发泡方法分为： 1. 机械发泡法 2. 物理发泡法 ⎩ ⎨ ⎧ 低沸点液体发泡法 惰性气体发泡法 原料组分相互反应产生气泡法 3. 化学发泡法 采用化学发泡剂法 三、泡沫塑料的形成原理 气发泡沫塑料形成分三个阶段： 泡沫形成

增长稳定四、发泡剂1.概念：2．发泡剂的主要工艺技术指标：分解温度和发泡量3.发泡剂的要求和种类：温度发泡量无机发泡剂：碳酸胺（NH。）2CO3100~140℃267ml/克碳酸氧钠N.HCO360~100℃500ml/克在泡沫塑料分类中，我们已经知道，其种类很多，许多树脂都可用来生产泡沫塑料，但在制造夹层结构时，主要用聚氨酯、聚苯乙烯和酚醛这三种泡沫塑料，下面重点介绍。五、聚氨酯泡沫塑料的生产①硬质聚氨酯泡沫塑料制造GRP夹层结构是目前最常用的泡沫夹层一种，它具有5个显著的优点。②聚氨酯泡沫塑料的生产分为一步法和两步法，硬质泡沫塑料的生产多采用一步法。所谓一步法：

增长 稳定 四、发泡剂 1. 概念： 2. 发泡剂的主要工艺技术指标：分解温度和发泡量 3. 发泡剂的要求 和种类： 温度 发泡量 无机发泡剂：碳酸胺（ NHϕ ）2CO3 100～140℃ 267ml/克 碳酸氧钠 NaHCO3 60～100℃ 500ml/克 在泡沫塑料分类中，我们已经知道，其种类很多，许多树脂都可用来生产泡 沫塑料，但在制造夹层结构时，主要用聚氨酯、聚苯乙烯和酚醛这三种泡沫塑料， 下面重点介绍。 五、聚氨酯泡沫塑料的生产 ①硬质聚氨酯泡沫塑料制造 GRP 夹层结构是目前最常用的泡沫夹层一种， 它具有 5 个显著的优点。 ②聚氨酯泡沫塑料的生产分为一步法和两步法，硬质泡沫塑料的生产多采用 一步法。 所谓一步法：