三明治夾芯結構

三明治夾芯結構，是一種特殊的複合材料結構類型，三明治夾芯結構是通過在重量輕而相對厚一點的芯材兩側貼上兩層薄而堅固又有剛度的面板所組成。三明治夾芯結構有著典型的輕重量、高剛性和高強度特徵。

介紹

當三明治夾芯結構承受彎曲載荷時，其工作原理從某種意義上來說類似於工字鋼，工字鋼翼板（正如三明治夾芯結構的面板）承載平面壓縮和拉伸荷載，而工字鋼腹板承受剪切載荷（正如結構三明治夾芯結構的芯材）。像使用傳統的工字鋼一樣，當上下面板之間的距離被進一步分開，結構就能獲得更大比例的剛性。較厚的芯材能達到同樣的效果，但它也能提供一個總體的低比重，這就獲得了高剛度-重量比。三明治夾芯結構在具有在保持力學性能的同時顯著減輕重量的能力。減重帶來許多好處，包括增加的行程、更大的載荷和降低的油耗。所有這些都對成本和減少對環境的衝擊有著積極的影響。因此，在三明治夾芯複合材料的應用變得越來越廣泛。

特點

三明治夾芯複合材料除了具有較高的剛度-重量比之外，還可以通過選擇不同的芯材和面板來實現不同的功能。

• 阻燃、低煙、無毒（FST）

在公共汽車、火車和飛機這類人員高度密集的地方，通過選用適合的芯材（例如AIREX PET泡沫等）可以實現三明治夾芯複合材料的特殊功能——阻燃、低煙和無毒。一些結構芯材因為具有特殊的結構及原料特點，因此可以在保證無毒的基礎上實現自我熄滅功能；而隔熱聚合物芯材通常由微孔結構構成，在這些微孔中充滿了空氣從而實現隔熱、隔冷效果。

• 隔音

同樣基於微孔結構，當芯材選用合適的材料時，可以實現三明治夾芯複合材料具有良好的隔音效果。這在高鐵、航空等領域的應用已經非常廣泛了。

• 耐腐蝕

三明治夾芯結構複合材料的面板通常可以選用一些剛性相對較差但具有良好的抗衝擊、耐腐蝕性能的材料，例如玻璃鋼。以遊艇殼體為例，通過選用以玻璃鋼為面板，以AIREX PET泡沫或巴沙輕木（BALTEK木）為芯材的三明治夾芯結構複合材料，不僅可以使遊艇殼體在高鹽、高腐蝕的情況下具有良好的壽命，還能實現隔熱、抗衝擊、防火等各項性能。這使三明治複合材料成為船舶和海底結構應用的理想選擇。

• 介電性質

一些芯材材料具有卓越的介電性質。這使得它們可以隔斷無線電波的干擾——這一特點可以用於設計和建造雷達罩、雷達設備的球形遮蔽物或X光設備。

組成

最典型的三明治夾芯結構複合材料通常由面板、芯材、膠合層組成。

• 面板

面層承載三明治夾芯結構中的拉伸和壓縮應力。局部的抗彎剛度往往小到可忽略不計。像鋼、不鏽鋼、鋁、玻璃鋼這樣的傳統材料常被用於面層材料，隨著碳纖維的高速發展，如今碳纖維也已經是三明治夾芯結構複合材料的主要選擇之一。

• 芯材

芯材的作用是支撐的面板使它們不會產生向內或向外的彎曲（變形），並將它們彼此保持在相應的位置。芯材由於通常密度較低，因此夾層結構材料與能承擔同等載荷的非夾層結構材料相比，質量大為減輕；芯材還有一個作用，它的加入擴大了兩個面板間距，而面板間距越大，整個夾層結構材料截面慣性矩越大，因此其整體強度會得到一定提升，因此芯材通常還需具備較好的抗剪切強度。

• 膠合層

為了使面層和芯材之間相互配合，面層和芯材之間的膠黏劑必須能傳導它們之間的剪切力。膠黏劑必須能承載剪切和拉伸應力，膠合層通常由樹脂組成。