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复合核心:为您的应用选择核心材料时考虑的因素

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复合芯材用于完成工程结构的功能,通过弥补某种类型的设计或性能需求,无论是减轻重量,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芯材料,按照预期的性能并为您的应用程序提供指定的性能。然而,有了这么多可行的材料选项,必须首先确定材料需要满足的标准,以帮助缩小决策制定过程。

在这篇白皮书中,通用塑料将涵盖在选择合适2manbetx官方网站的复合芯材时应该考虑的许多因素。我们还将特别讨论应用注意事项,重要的工艺和材料兼容性元素。

核心价值观

复合核心材料的作用是在整个结构中提供强度、刚度和连续性,而不急剧增加重量。无论是在两个复合表皮之间粘合形成夹层板,还是用自表皮弹性泡沫或装饰覆盖层过度塑造,核心材料都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[一世],通常用作室内地板和天花板嵌板、货物衬垫、架空储物箱、嵌板、窗围、厕所组件、厨房、食品和饮料推车和舱壁/舱位分隔器。然而,复合材料的使用在其他不同行业也在增长,包括海运、运输、医疗等。2019年,美国复合终端产品市场价值267亿美元,预计未来5年复合年增长率(CAGR)将达到3.8%,到2025年达到334亿美元。[II]

通常已知其具有卓越的强度重量比,需要对其他品质和特性进行评估复合核心材料,例如耐用性,耐腐蚀,水分和化学品等其他环境暴露。然而,这些品质取决于所用的材料,这使得分析和选择右核心材料以满足您的结构需求的异常重要性。核心选择始于仔细考虑材料素质,制造过程和所需性能。

普通复合核心材料

Balsa:端谷粒子嵌膜的闭孔结构由细长的棱柱形细胞组成,长度(晶粒方向)的长度约为直径为16倍。BALSA以平板结构的薄板形式或以欺骗式块布置为单位,符合复杂曲线。

蜂窝:蜂窝材料包括纸、铝、酚醛树脂浸渍玻璃纤维、聚丙烯和芳纶纤维酚醛纸。其物理性质在很大程度上随具体的材料和密度而变化。蜂窝芯可以制造非常轻的面板。

PVC泡沫:通过将聚乙烯共聚物与稳定剂,增塑剂,交联化合物和发泡剂组合来制造聚氯乙烯(PVC)泡沫芯。PVC泡沫提供强度和重量的良好组合,密度范围为4至30磅/平方英尺。

聚氨酯泡沫:PU泡沫可用于块,板材或其他形状。它们有时也单独模塑成离散部分形状。这些泡沫可以是有用的(取决于配方)到275° - 350°F的温度范围,这取决于配方,同时保持其强度和韧性的大部分。这允许它们与面板应用一起使用,以及高温固化预浸料坯,在烤箱或高压釜中固化。www.3manbetx.net

考虑因素

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性能要求和最终成本。例如,蜂窝,通常用于复合芯板应用,具有优良的强度与重量比,但可能易受湿气影响,也在光谱的一端昂贵。www.3manbetx.net缩小应用程序特别需要的属性,同时审查成本是至关重要的第一步。

典型的复合核心应用可以分为两个主要组:夹层板和形状的核心。www.3manbetx.net

三明治板

三明治面板用于各种市场的许多应用中,例如航空航天和汽车。www.3manbetx.net典型的三明治面板由上下皮,中间有一个更厚的核心。夹芯板中心的主要目的是在两个皮肤之间提供尽可能多的间距,以产生面板刚度,尽可能小的重量,同时抵抗装载结构时产生的力。[3]

重要的核心材料特性

抗压强度
一种材料的抗压强度描述了一种材料在屈服于该力并变形或断裂之前所能承受的力。有些材料在其抗压强度极限时断裂;其他的变形是不可逆的,因此一个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率或材料抗弯曲的倾向。弯曲模量是重要的计算,因为它涉及用作结构构件时面板偏转的电阻。

剪力强度
测量在层撕裂和载玻片的撕裂或破裂之前,可以通过材料维持的最大应力量。

剪切模量
剪切应力与剪切菌株的比率。此属性提前告诉我们,材料如何抗剪切变形。如果一种材料对尝试剪切非常耐药,那么它将非常快速地传递剪切能量[IV]

剥离力量
用于测量已粘合在一起的两种或更多种材料的粘合强度,例如夹层板内的两个面部片和芯材料。

应用程序环境的考虑

小组会暴露哪种类型的环境?它会与水分接触吗?机械性能很重要,但如果没有解决,有可能导致核心材料的预期寿命的问题。

耐湿性
任何暴露在室外元件和大量冷凝或湿度的面板都需要耐防水,避免核心的耐水性,核心。例如,Balsa和其他木质芯材可能最终腐烂,膨胀或降解长期暴露。选择不支持真菌生长的核心材料也很重要。

热导率
导热率测量材料如何传导或抵抗传热,这对于分析面板需要提供热断裂或绝缘性能是重要的。

化学和耐腐蚀性
如果暴露在工业清洁剂,溶剂或化学物质上,请寻找耐用预期条件的材料。它不应该支持真菌或吸引啮齿动物和昆虫。

易燃
夹芯板经常用于飞机内部,因此,满足航空航天严格的火焰、烟雾和毒性(FST)标准和热释放是非常重要的。如果您的面板可能暴露在火灾中,它需要满足一些要求,以确保它不会传播火灾,如果暴露在火焰。材料是否阻燃和自熄?它膨胀形成一个保护性的碳碳层,协助自我

熄灭,孤立和保护材料从持续燃烧?

重量
在航空航天和汽车市场,轻量化对原始设备制造商、一级和二级供应商变得越来越重要。制造商被迫创造新产品,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,同时又不牺牲您需要的其他性能特征。

的核心

第二组核心应用,成型核心,使用核心材料作为基础结构www.3manbetx.net,然后过度模压或覆盖装饰或性能增强材料。核心材料通常被塑造或加工成应用所需的形状或几何形状。小翼、汽车保险杠、汽车仪表盘、眩光护罩、防撞垫、汽车座椅靠背和大标题都将是成形核心应用的例子。www.3manbetx.net

夹层面板上市的所有因素应考虑为形状的核心,但是,需要分析额外的影响缓解和能量吸收相关的问题:

  • 核心材料是否会承受?
    如果成形芯是结构的承载部分,则必须是具有高性能承载行为的极强的材料。
  • 是负载静态还是动态,它会看到运动或影响,也应该考虑吗?
    应用力的速度,无论是能量(低应变率)或快速力(高应力率)的积累,对审查很重要。
  • 它旨在在头部罢工应用中吸收能量吗?将刚性或半刚性的芯,超模制过于柔软的自我剥皮泡沫或装饰性覆盖,满足头部冲击标准(HIC)要求?For instance, if there’s turbulence or crash impact aboard an aircraft that causes a pilot to fall forward and hit their head on the glare shield pad, the core material inside should perform as a de-lethalization pad and actually crush and absorb the energy, similar to a bicycle helmet.

过程

巩固一个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上市时间、费用、整体产品质量和你的底线。在制作夹芯板或成型核心部件时,常见的制造方法包括:

  • 加工/塑造
    该过程涉及各种加工技术,例如CNC加工,路由,转动,锯切,切割,打磨,归档,雕刻等。CNC加工使用计算机软件控制剪切复杂2D和3D形状的机床的机床。通常,创建所需部分的CAD绘图或其他数字表示,然后将图形转换为CNC机器的指令(例如,速度,位置和协调)。
  • 粘接
    在此过程中,重要的是考虑以下特征:树脂相容性,耐温性,接触表面积和开放电池含量。而且,不设计用于在长持续时间的高温下操作的材料可能仍然能够承受来自树脂放热或短期高温暴露的热量,因此不要误认为是由于这一点而消除了材料。
  • 材料
    在抽空的多孔材料堆叠中的层填充有液体树脂的过程。当树脂凝固时,固体树脂基质将材料的组装结合到统一的刚性复合物中。这是一个有用的过程,以加强三明治面板的核心。此外,选择右树脂可能会大大提高面板的耐火性。
  • 粉碎核心
    在高温高压下进行的一种快速、经济的工艺。在这种工艺中,有芯层压板被放置在大型压力机中,并压成预定的厚度。这一过程通常用于在面板中创建所需的厚度和轮廓。
  • 真空袋装
    一种使用大气压的夹紧方法将层压的粘合剂或树脂涂覆的组分保持在粘合剂固化。将层或皮肤添加到芯材的替代方法。
  • 过度成型
    这涉及将预加工的或模制芯放入模具和模制中或形成围绕芯的额外覆盖物以完成成品部分。具有以这种方式生产的具有成形芯的部件可以选择性地加强在需要背板,紧固件,硬安装点等所需的情况下加强。

成本

一旦你决定了你的核心材料和制造工艺,你必须验证它是最划算的选择在你的预算。有许多核心材料提供的产品可能被认为是过度设计的应用。与其为不需要的功能支付额外的费用,不如关注提供适合项目所需功能的属性和功能的材料。

例如,蜂巢通常用于航空航天应用,因为它是可用的最轻的核心选项之一,并具有优良的防火性能。www.3manbetx.net然而,蜂窝板的外露边缘和切口很容易受到湿气的影响,除非它们被硬质泡沫边缘封闭或劳动密集型盆栽化合物密封边缘。此外,面板表面的安装和紧固件位置需要具有合适的紧固件拉出强度特性的基板。可考虑的一种更具成本效益的材料是聚氨酯泡沫,特别是考虑到材料成本。聚氨酯泡沫通常具有广泛的密度,并具有优异的热性能。一些PMI和PVC泡沫也可以考虑,但是,随着时间的推移,当暴露在湿度中时,它们的形状会发生一些变化。最终,核心材料的转换可以降低公司的加工和材料成本。

公司和产品

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