第三章 夹层结构

1、 课件 3.1 概述 概述 第三章 夹层结构 3、夹层结构成型工艺及设备、夹层结构成型工艺及设备 3.1 概述概述 由由高强度的蒙皮高强度的蒙皮( (表层表层) )与与轻质芯材轻质芯材组成组成 的一种的一种结构材料结构材料。 玻璃钢夹层结构玻璃钢夹层结构 蒙皮为玻璃钢、芯蒙皮为玻璃钢、芯 材为玻璃布蜂窝或泡沫材为玻璃布蜂窝或泡沫 塑料等组成的结构材料。塑料等组成的结构材料。 轻质夹芯轻质夹芯 高强度面层高强度面层 加入芯材的目的：维持两面板加入芯材的目的：维持两面板 之间的距离，使夹层面板截面之间的距离，使夹层面板截面 的惯矩和弯曲刚度增大。的惯矩和弯曲刚度增大。 课件 3.1 概述 概述 第

2、三章 夹层结构 EJ pl f 48 3 f简支梁的弯曲扰度；简支梁的弯曲扰度；P载荷；载荷；l梁的跨距；梁的跨距；E弹性弹性 模量；模量；J惯性矩；惯性矩；h梁的高度；梁的高度；EJ梁的刚度梁的刚度 3 12 1 bhJ 可以在玻璃钢板用量不变的情况下，使刚度提高。可以在玻璃钢板用量不变的情况下，使刚度提高。 这种结构可有效的弥补玻璃钢弹性模量低、刚度差的这种结构可有效的弥补玻璃钢弹性模量低、刚度差的 不足。由于芯材的容重小，用它制成的夹层结构，能不足。由于芯材的容重小，用它制成的夹层结构，能 在同样承载能力下，大大减轻结构的自重。在同样承载能力下，大大减轻结构的自重。 课件 3.1.1 发

3、展概况 发展概况 第三章 夹层结构 3.1.1发展概况发展概况 第二次世界大战以来，在军事、航空工业中第二次世界大战以来，在军事、航空工业中 得到发展。目前已在飞机，船舶，车辆，建筑，得到发展。目前已在飞机，船舶，车辆，建筑， 轻工，交通运输等多个领域广泛应用。轻工，交通运输等多个领域广泛应用。 飞机头部的雷达罩、机翼、飞机头部的雷达罩、机翼、 尾锥、地板、炸弹舱门等。尾锥、地板、炸弹舱门等。 围护墙扳、屋面板、隔墙板，围护墙扳、屋面板、隔墙板， 透明的夹层结构板在国外已广透明的夹层结构板在国外已广 泛用于工业厂房的屋顶采光。泛用于工业厂房的屋顶采光。 玻璃钢潜水艇、玻璃钢扫玻璃钢潜水艇、玻璃

4、钢扫 雷艇、玻璃钢游艇等。雷艇、玻璃钢游艇等。 课件 第三章 夹层结构 3.1.2 类型、特点及应用类型、特点及应用 类型：类型： 按芯层分类按芯层分类 泡沫夹层结构泡沫夹层结构 按面层分类按面层分类 波板夹层结构波板夹层结构 蜂窝夹层结构蜂窝夹层结构 玻璃钢玻璃钢 金属金属 绝缘纸绝缘纸 胶合板胶合板 3.1.2 类型、特点及应用 类型、特点及应用 夹层结构中的夹层结构中的 主要受力部分主要受力部分 塑料板塑料板 夹层结构中起连接和夹层结构中起连接和 支撑面层板的作用，支撑面层板的作用， 承受的是剪切应力。承受的是剪切应力。 课件 第三章 夹层结构 3.1.2.1 泡沫夹层结构泡沫夹层结构

5、泡沫夹层结构的夹芯材料是泡沫塑料泡沫夹层结构的夹芯材料是泡沫塑料 特点：特点：质量轻、刚度大、保温隔热性能好、强度不高质量轻、刚度大、保温隔热性能好、强度不高 3.1.2 类型、特点及应用 类型、特点及应用 1-玻璃钢面层玻璃钢面层 2-泡沫塑料泡沫塑料 课件 第三章 夹层结构 3.1.2 类型、特点及应用 类型、特点及应用 由气体填充的轻质高分子合成材由气体填充的轻质高分子合成材 料，是一种气固两相体材料。料，是一种气固两相体材料。 泡沫塑料结构泡沫塑料结构 开孔开孔 泡沫泡沫 塑料塑料 闭孔闭孔 泡沫泡沫 塑料塑料 气体充填在由聚气体充填在由聚 合物构成的互不合物构成的互不 相通的格子中。

6、相通的格子中。 气体充填在聚合气体充填在聚合 物构成的互相连物构成的互相连 通的格子内。通的格子内。 课件 第三章 夹层结构 3.1.2 类型、特点及应用 类型、特点及应用 开孔泡沫塑料开孔泡沫塑料 闭孔泡沫塑料闭孔泡沫塑料 闭孔结构的吸水性、透气闭孔结构的吸水性、透气 件、导热性均较开孔结构小，件、导热性均较开孔结构小， 强度和刚度比开孔结构高。强度和刚度比开孔结构高。 课件 第三章 夹层结构 3.1.2.2 蜂窝夹层结构蜂窝夹层结构 蜂窝夹层结构的夹芯材料是蜂窝材料蜂窝夹层结构的夹芯材料是蜂窝材料(玻璃布蜂窝、玻璃布蜂窝、 纸蜂窝、棉布蜂窝等纸蜂窝、棉布蜂窝等) 特点：特点：质量轻、强度大

7、、刚度大质量轻、强度大、刚度大 应用：应用：构件尺寸较大、强度要求较高的部件构件尺寸较大、强度要求较高的部件 3.1.2 类型、特点及应用 类型、特点及应用 1-玻璃钢面层玻璃钢面层 3-蜂窝玻璃布夹芯蜂窝玻璃布夹芯 3.1.2 类型、特点及应用 类型、特点及应用 按平面投影形状分类按平面投影形状分类 课件 第三章 夹层结构 正六边形菱形 矩形 正弦曲线形 有加强带的六边形 有加强带六边形蜂窝的强有加强带六边形蜂窝的强 度为最高，其次是正六边度为最高，其次是正六边 形蜂窝。但正六边形蜂窝形蜂窝。但正六边形蜂窝 用料省、制造简单。结构用料省、制造简单。结构 效率最高，所以应用最广。效率最高，所以

8、应用最广。 课件 第三章 夹层结构 3.1.2 类型、特点及应用 类型、特点及应用 T-蜂窝高度；蜂窝高度；L-纵向长度；纵向长度；W-横向宽度；横向宽度；c-蜂窝芯蜂窝芯 子的斜边长度；子的斜边长度；d-蜂窝芯子的节线长度；蜂窝芯子的节线长度；t-蜂窝芯蜂窝芯 子的斜边壁厚；子的斜边壁厚；-蜂窝芯子斜边与节线间的夹角蜂窝芯子斜边与节线间的夹角 蜂窝芯子蜂窝芯子 课件 第三章 夹层结构 3.1.2.3 波板夹层结构波板夹层结构 波板夹层结构的夹芯材料是波纹板波板夹层结构的夹芯材料是波纹板(玻璃钢波纹板、纸玻璃钢波纹板、纸 基波纹板和棉布波纹板基波纹板和棉布波纹板)。 特点：特点：制作简单，节省

9、材料，但不适用于曲面形状的制品，制作简单，节省材料，但不适用于曲面形状的制品， 质量轻、刚度大。质量轻、刚度大。 3.1.2 类型、特点及应用 类型、特点及应用 1-玻璃钢面层玻璃钢面层 4-玻璃钢波纹板玻璃钢波纹板 课件 第三章 夹层结构 夹层结构的共有特点：夹层结构的共有特点： 质轻、刚度大。质轻、刚度大。 应用范围应用范围 多用于尺寸较大，刚度要求高多用于尺寸较大，刚度要求高，强度要求不高的场合强度要求不高的场合 3.1.2 类型、特点及应用 类型、特点及应用 原因原因 材料的绕度与其厚度的材料的绕度与其厚度的3次方次方 成正比，如果把厚度为成正比，如果把厚度为h的玻璃的玻璃 钢从中间等

10、分，夹上钢从中间等分，夹上2h 的芯材，的芯材， 厚度变为厚度变为3h，则其刚度增加到原，则其刚度增加到原 来刚度的来刚度的27倍。倍。 EJ pl f 48 3 3 12 1 bhJ 作业：夹层结构为什么具有刚度大的特点？作业：夹层结构为什么具有刚度大的特点？ 课件 第三章第三章 夹层结构夹层结构 3.2.1 蜂窝夹层结构用原材料蜂窝夹层结构用原材料 3.2.1.1 玻璃布玻璃布 蒙皮布：蒙皮布：增强型浸润剂处理的玻璃布。一般用无碱增强型浸润剂处理的玻璃布。一般用无碱 或低碱平纹布，或低碱平纹布，0.10.2mm厚。对曲面制品用斜纹布厚。对曲面制品用斜纹布 (属于加捻布属于加捻布)，变形性较

11、好，有利于制品的成型加工。，变形性较好，有利于制品的成型加工。 用于制作蒙皮和蜂窝芯材用于制作蒙皮和蜂窝芯材 3.2.1 蜂窝夹层结构用原材料 蜂窝夹层结构用原材料 3.2 蜂窝夹层结构制造工艺及设备蜂窝夹层结构制造工艺及设备 不易变形，不脱蜡可以防不易变形，不脱蜡可以防 止树脂胶液渗到玻璃布的止树脂胶液渗到玻璃布的 背面，产生粘连现象。背面，产生粘连现象。 课件 第三章第三章 夹层结构夹层结构 芯材布：芯材布：未脱蜡的无碱平纹布。未脱蜡的无碱平纹布。 3.2.1 蜂窝夹层结构用原材料 蜂窝夹层结构用原材料 有蜡玻璃布可防止树脂渗透到玻有蜡玻璃布可防止树脂渗透到玻 璃布的背面，减少层间粘接，有

12、利于璃布的背面，减少层间粘接，有利于 蜂窝格子孔的拉伸。无碱平纹布不易蜂窝格子孔的拉伸。无碱平纹布不易 变形，可提高芯材的挤压强度。变形，可提高芯材的挤压强度。 课件 第三章第三章 夹层结构夹层结构 3.2.1.2 绝缘纸绝缘纸 可以用于制作蒙皮和蜂窝，要求具有良好的被浸可以用于制作蒙皮和蜂窝，要求具有良好的被浸 润性和足够的拉伸强度，一般采用木质纤维素纸或棉润性和足够的拉伸强度，一般采用木质纤维素纸或棉 纤维纸。要求纸中不含有金属和其它杂质。纤维纸。要求纸中不含有金属和其它杂质。 3.2.1.3 金属箔金属箔 制作蜂窝可用铝箔、不锈钢箔和钛合金箔等制作蜂窝可用铝箔、不锈钢箔和钛合金箔等 3.

13、2.1 蜂窝夹层结构用原材料 蜂窝夹层结构用原材料 课件 第三章 夹层结构 3.2.1.4 粘结剂粘结剂 蒙皮浸胶、芯材浸胶、蒙皮芯材结合用胶。蒙皮浸胶、芯材浸胶、蒙皮芯材结合用胶。 环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛 树脂、有机硅树脂和树脂、有机硅树脂和DAP树脂等树脂等 3.2.1 蜂窝夹层结构用原材料 蜂窝夹层结构用原材料 蜂窝夹芯制做过程中的胶条蜂窝夹芯制做过程中的胶条 聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇缩聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇缩 丁醛胶和环氧树脂等丁醛胶和环氧树脂等 课件 第三章 夹层结构 (1) 聚醋酸乙烯酯聚醋酸乙烯酯 无毒，价格便宜，可在室温下固化。无毒，价格便宜

14、，可在室温下固化。 此种胶此种胶 易溶于苯乙烯，故用此胶制作的蜂窝不能浸聚酯易溶于苯乙烯，故用此胶制作的蜂窝不能浸聚酯 树脂。它既可用机械涂胶，也适用于手工涂胶。树脂。它既可用机械涂胶，也适用于手工涂胶。 3.2.1 蜂窝夹层结构用原材料 蜂窝夹层结构用原材料 课件 第三章 夹层结构 (2) 聚乙烯醇缩丁醛胶聚乙烯醇缩丁醛胶 需加热，加压固化。需加热，加压固化。120， 0.20.3MPa ， 固化时间固化时间24h 。它只适用于机械制造蜂窝芯子。它只适用于机械制造蜂窝芯子 (3) 环氧树脂环氧树脂 6101 （ （E-44），），618#(E-51)， 634#(E-42) 等。等。 室温固

15、化，可用氨类固化剂固化。室温固化，可用氨类固化剂固化。 3.2.1 蜂窝夹层结构用原材料 蜂窝夹层结构用原材料 课件 第三章 夹层结构 3.2.2 各种材质蜂窝夹芯的制造各种材质蜂窝夹芯的制造 3.2.2 蜂窝夹芯的制造 蜂窝夹芯的制造 密度密度 低密度夹芯低密度夹芯 高密度夹芯高密度夹芯 芯材芯材：纸、棉布、玻：纸、棉布、玻 璃布浸渍树脂，泡沫璃布浸渍树脂，泡沫 塑料、铝蜂窝夹芯；塑料、铝蜂窝夹芯； 蒙皮蒙皮：胶合板、玻璃：胶合板、玻璃 钢、薄铝板钢、薄铝板 芯材与蒙面胶结而成芯材与蒙面胶结而成 芯材与蒙皮材料都采用不锈钢或芯材与蒙皮材料都采用不锈钢或 钛合金，芯材制造及芯材与蒙皮钛合金，芯

16、材制造及芯材与蒙皮 的联接多采用焊接的方法。的联接多采用焊接的方法。 课件 第三章 夹层结构 3.2.2.1 布蜂窝夹芯的制造（包括纸，棉布，玻璃布等）布蜂窝夹芯的制造（包括纸，棉布，玻璃布等） 制作方法：制作方法： 胶接拉伸法胶接拉伸法 (手工涂胶法，机械手工涂胶法，机械 涂胶法涂胶法)、塑性胶接法、模压法。、塑性胶接法、模压法。 3.2.2 蜂窝夹芯的制造 蜂窝夹芯的制造 首先在模具上糊制半六边形蜂窝，再粘结首先在模具上糊制半六边形蜂窝，再粘结 成蜂窝。优点：蜂窝尺寸稳定，可成型任成蜂窝。优点：蜂窝尺寸稳定，可成型任 何形状和规格的蜂窝夹芯，但需要大量模何形状和规格的蜂窝夹芯，但需要大量模

17、 具，生产效率低。具，生产效率低。 课件 第三章 夹层结构 3.2.2 蜂窝夹芯的制造 蜂窝夹芯的制造 将粘接剂通过不同的方式涂在玻璃布上形成胶 条，相邻两层涂有胶条的玻璃布应使胶条错开，形 成一块蜂窝芯子板。粘接剂充分固化，将蜂窝芯子 板放在切纸机上切成一条条具有所要求高度的蜂窝 芯子条，然后将蜂窝芯子展开，即成蜂窝。 课件 第三章 夹层结构 蜂窝芯子条蜂窝芯子条 3.2.2 蜂窝夹芯的制造 蜂窝夹芯的制造 展开的蜂窝展开的蜂窝 课件 第三章 夹层结构 （1）手工涂胶法）手工涂胶法 只需将胶涂成一条、一条的形状，将布粘接只需将胶涂成一条、一条的形状，将布粘接 在一起，胶液固化后，将两面层布拉

18、开就可形成在一起，胶液固化后，将两面层布拉开就可形成 蜂窝。涂胶条的位置不同，形成不同形状的蜂窝。蜂窝。涂胶条的位置不同，形成不同形状的蜂窝。 3.2.2 蜂窝夹芯的制造 蜂窝夹芯的制造 a. 涂胶装置涂胶装置 由上下两块板构成，上板为涂胶板，可打开，铺由上下两块板构成，上板为涂胶板，可打开，铺 放胶条纸；下板为平板，可向左右移动放胶条纸；下板为平板，可向左右移动2a的距离。的距离。 课件 第三章 夹层结构 3.2.2 蜂窝夹芯的制造 蜂窝夹芯的制造 b. 涂胶板制作涂胶板制作 设正六边形的边长为设正六边形的边长为a，则两相邻胶条的距离为，则两相邻胶条的距离为4a。 2a 4a a 由于粘接剂

19、的胶液会沿着涂胶纸上胶缝的边沿向两边由于粘接剂的胶液会沿着涂胶纸上胶缝的边沿向两边 渗透，使蜂窝格子的胶接宽度大于渗透，使蜂窝格子的胶接宽度大于a，所以为了确保蜂，所以为了确保蜂 窝格子正六边形，在涂胶纸上刻的胶条宽度要稍小于窝格子正六边形，在涂胶纸上刻的胶条宽度要稍小于a。 课件 第三章 夹层结构 3.2.2 蜂窝夹芯的制造 蜂窝夹芯的制造 胶条纸板的刻制胶条纸板的刻制 课件 第三章 夹层结构 3.2.2 蜂窝夹芯的制造 蜂窝夹芯的制造 c. 涂胶工序涂胶工序 下板上铺第一层布，盖上上板下板上铺第一层布，盖上上板(涂胶板涂胶板)，刷胶；打开，刷胶；打开 上板，铺第二层布并使下板移动上板，铺第

20、二层布并使下板移动2a位置，刷胶；位置，刷胶；。因。因 此；此；两层布间每隔两层布间每隔2a距离就有一个胶条黏结距离就有一个胶条黏结。 2a 4a a 课件 第三章 夹层结构 3.2.2 蜂窝夹芯的制造 蜂窝夹芯的制造 （2）机械涂胶法）机械涂胶法 印胶法、漏胶法、带条式胶涂法、波纹式涂胶法印胶法、漏胶法、带条式胶涂法、波纹式涂胶法 生产效率较高，但漏胶嘴不生产效率较高，但漏胶嘴不 易加工，胶条宽度不易控制，易加工，胶条宽度不易控制， 涂腔质量较差，设备清洗也涂腔质量较差，设备清洗也 不方便，故很少用。不方便，故很少用。 课件 第三章 夹层结构 3.2.2 蜂窝夹芯的制造 蜂窝夹芯的制造 印胶

21、式自动涂胶机工艺示意图印胶式自动涂胶机工艺示意图 1-1-放布筒；放布筒；2-2-张紧辊；张紧辊；3-3-印胶辊；印胶辊；4-4-递胶辊；递胶辊；5-5-带胶辊；带胶辊； 6-6-导向辊；导向辊；7-7-加热器；加热器；8-8-收布卷筒；收布卷筒；9-9-胶槽；胶槽；10-10-调压辊调压辊 工作原理：玻璃布从放布筒工作原理：玻璃布从放布筒1引出后，经过张紧辊引出后，经过张紧辊2到第到第 一道印胶辊，在布正面涂胶，然后经过导向辊到第一道印胶辊，在布正面涂胶，然后经过导向辊到第2道印道印 胶辊，并在布的反面涂胶。涂胶后的玻璃布经过加热器胶辊，并在布的反面涂胶。涂胶后的玻璃布经过加热器 加热，在水

22、平导向辊加热，在水平导向辊6处与末涂胶的玻璃布迭合，一起卷处与末涂胶的玻璃布迭合，一起卷 绕到收布卷筒绕到收布卷筒8上。收卷到设计厚度时，从收布卷筒上将上。收卷到设计厚度时，从收布卷筒上将 蜂窝芯子板取下，加热固化后，切成蜂窝条备用。蜂窝芯子板取下，加热固化后，切成蜂窝条备用。 课件 第三章 夹层结构 3.2.2 蜂窝夹芯的制造 蜂窝夹芯的制造 印胶辊示意图印胶辊示意图 印胶凸环印胶凸环 胶液通过带胶辊和递胶辊传到印胶辊的凸胶液通过带胶辊和递胶辊传到印胶辊的凸 环上，当玻璃布和印胶辊接触时，胶液便被环上，当玻璃布和印胶辊接触时，胶液便被 涂到玻璃布上去。第一道印胶辊和第二道印涂到玻璃布上去。第

23、一道印胶辊和第二道印 胶辊的凸环错位胶辊的凸环错位2a。 课件 第三章 夹层结构 3.2.2.3 蜂窝的拼接蜂窝的拼接 制造大面积的制品及制造大面积的制品及 异形制品时，加工的蜂异形制品时，加工的蜂 窝块尺寸往往不能满足窝块尺寸往往不能满足 要求，因此需要拼接。要求，因此需要拼接。 拼接时取少许粘结剂，拼接时取少许粘结剂， 涂在拼接处，搭接长度涂在拼接处，搭接长度 为正六边形的边长，将为正六边形的边长，将 搭接处用曲别针或夹具搭接处用曲别针或夹具 固定、加压、固化。固定、加压、固化。 3.2.2 蜂窝夹芯的制造 蜂窝夹芯的制造 蜂窝接长蜂窝接长 蜂窝接宽蜂窝接宽 课件 第三章 夹层结构 3.2

24、.2.4 影响蜂窝夹层性能的因素影响蜂窝夹层性能的因素 （1）含胶量对性能的影响）含胶量对性能的影响 含胶量高，蜂窝强度高，容重也大。含胶量高，蜂窝强度高，容重也大。 3.2.2 蜂窝夹芯的制造 蜂窝夹芯的制造 树脂含量，树脂含量，(%)蜂窝容重，蜂窝容重，(g/cm3) 压缩强度，压缩强度，(MPa) 18-200.0571.13 40-450.0782.57 55-580.0984.88 课件 第三章 夹层结构 （2）玻纤布对性能的影响）玻纤布对性能的影响 厚度大，强度高，容重也大。厚度大，强度高，容重也大。 3.2.2 蜂窝夹芯的制造 蜂窝夹芯的制造 玻璃布厚度玻璃布厚度, (mm) 蜂

25、窝容重蜂窝容重, (g/cm3)压缩强度压缩强度, (MPa) 0.110.0782.57 0.190.1413.46 课件 第三章 夹层结构 （3）蜂窝尺寸的影响）蜂窝尺寸的影响 蜂窝尺寸大，容重小，强度也小。蜂窝尺寸大，容重小，强度也小。 （4）蜂窝高度的影响）蜂窝高度的影响 蜂窝高度大，制品刚度提高，弯曲强度提高；蜂窝高度大，制品刚度提高，弯曲强度提高； 压缩强度降低。压缩强度降低。 作业：影响蜂窝夹层性能的主要因素有哪些？，如何影响？作业：影响蜂窝夹层性能的主要因素有哪些？，如何影响？ 原因是什么？原因是什么？ 3.2.2 蜂窝夹芯的制造 蜂窝夹芯的制造 蜂窝孔尺寸蜂窝孔尺寸, (cm

26、2) 蜂窝容重蜂窝容重, (g/cm3)压缩强度压缩强度, (MPa) 0.60.1413.46 1.20.1082.26 课件 第三章 夹层结构 3.2.4.蜂窝夹层结构的制造蜂窝夹层结构的制造 （1）一次成型法）一次成型法 将内、外蒙皮和浸渍好树脂的蜂窝芯材按顺序放在模将内、外蒙皮和浸渍好树脂的蜂窝芯材按顺序放在模 具上，一次胶合固化成型。成型压力具上，一次胶合固化成型。成型压力0.010.08MPa。 优点：优点：生产周期短，成型方便，蜂窝芯材与内外蒙皮胶接生产周期短，成型方便，蜂窝芯材与内外蒙皮胶接 强度高。强度高。 缺点：缺点：成型技术要求较高。成型技术要求较高。 3.2.4 蜂窝夹芯结构的制造 蜂窝夹芯结构的制造 课件 第三章 夹层结构 （2）二次成型法）二次成型法 将内、外蒙皮分别成型，然后与芯材胶结在一起固将内、外蒙皮分别成型，然后与芯材胶结在一起固 化成型。化成型。(