夾層結(jié)構(gòu)概述

龍飛龍翔

   夾層結(jié)構(gòu)一般是由三層材料制成的復(fù)合材料。夾層復(fù)合材料的上下面層是高強(qiáng)度、高模量材料，中間層是較厚的輕質(zhì)材料，玻璃鋼夾層結(jié)構(gòu)實(shí)際上是復(fù)合材料與其它輕質(zhì)材料的再?gòu)?fù)合。采用夾層結(jié)構(gòu)方式是為了提高材料的有效利用率和減輕結(jié)構(gòu)重量，以梁板構(gòu)件為例，在使用過(guò)程中，一要滿足強(qiáng)度要求，二要滿足剛度的需要，玻璃鋼材料的特點(diǎn)是強(qiáng)度高，模量低。因此，用單一的玻璃鋼材料制造梁板，滿足強(qiáng)度要求時(shí)，撓度往往很大，如果按允許撓度進(jìn)行設(shè)計(jì)，則強(qiáng)度大大超過(guò)，造成浪費(fèi)。只有采用夾層結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行設(shè)計(jì)，才能合理的解決這一矛盾。這也是夾層結(jié)構(gòu)得以發(fā)展的主要原因。由于玻璃鋼夾層結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度高，重量輕，剛度大，耐腐蝕，電絕緣及透微波等，目前已廣泛用于航空工業(yè)和宇航工業(yè)的飛機(jī)、導(dǎo)彈、飛船及樣板、屋面板，能大幅度的減輕建筑物的重量和改善使用功能。透明玻璃鋼夾層結(jié)構(gòu)板，已廣泛用于寒冷地區(qū)的工業(yè)廠房、大型公用建筑及溫室的采光屋頂。在造船和交通領(lǐng)域，玻璃鋼夾層結(jié)構(gòu)廣泛用于玻璃鋼潛艇、掃雷艇、游艇中的許多構(gòu)件。我國(guó)設(shè)計(jì)制造的玻璃鋼過(guò)街人行橋、公路橋、汽車(chē)和火車(chē)保溫泠藏車(chē)等，均采用了玻璃鋼夾層結(jié)構(gòu)，滿足了重量輕、強(qiáng)度高、剛度大、隔熱、保溫等多性能要求。在要求透微波的雷過(guò)罩中，玻璃鋼夾層結(jié)構(gòu)已成為其它材料不能與之相比的專(zhuān)用材料<br>    1、玻璃鋼夾層結(jié)構(gòu)的種類(lèi)與特點(diǎn)　根據(jù)夾層結(jié)構(gòu)所用的芯材種類(lèi)和形式不同，玻璃鋼夾層結(jié)構(gòu)分為：泡沫夾層結(jié)構(gòu)，蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，梯形板夾層結(jié)構(gòu)，矩形夾層結(jié)構(gòu)和圓形夾層結(jié)構(gòu)<br> ?。?）泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu) 泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)是采用玻璃鋼薄板作蒙皮（面板），泡沫塑料做夾芯層，泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)的最大特點(diǎn)是蒙皮和泡沫塑料夾芯層粘接牢固、受力不大和保溫隔熱性能要求高的部件，如飛機(jī)尾翼、保溫通風(fēng)管道及樣板等<br> ?。?）蜂窩夾層結(jié)構(gòu)  蜂窩夾層結(jié)構(gòu)是采用玻璃鋼薄板作蒙皮，蜂窩材料（玻璃布蜂窩、紙蜂窩或其它棉布及鋁蜂窩等）做夾芯層。蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的重量輕，強(qiáng)度高，剛度大，多用作結(jié)構(gòu)尺寸大、強(qiáng)度要求高的結(jié)構(gòu)件，如玻璃鋼橋的承重板、球形屋頂結(jié)構(gòu)、雷達(dá)罩、反射面、冷藏車(chē)地板及箱體結(jié)構(gòu)等。 <br>   （3）梯形和矩形帶頭作用層結(jié)構(gòu) 這種帶頭作用層結(jié)構(gòu)的面板（蒙皮）為玻璃鋼薄板，夾芯層是玻璃鋼梯形板或矩形板。這種夾層結(jié)構(gòu)方向性強(qiáng)，僅適用于做高強(qiáng)平板，不宜用于彎曲形狀的制品<br>?。?）圓環(huán)形夾層結(jié)構(gòu)它是用玻璃鋼薄板作蒙皮，用玻璃鋼圓環(huán)做夾芯層。這種夾層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是芯材耗量少，強(qiáng)度比較高，平板受力無(wú)方向性，最適宜做采光用的透明玻璃鋼夾層結(jié)構(gòu)板材，具有遮擋少、透光率高的特點(diǎn)。

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根據(jù)所用芯材種類(lèi)不同，玻璃鋼夾層結(jié)構(gòu)可分為泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)、蜂窩夾層結(jié)構(gòu)、波板夾層結(jié)構(gòu)和混合夾層結(jié)構(gòu)等四種形式<br>   （一）泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)兩層面板用玻璃鋼制造，夾芯層為泡沫塑料。泡沫塑料的導(dǎo)熱系數(shù)為0.024--0.072瓦特/米·K，容重為20-360公斤/米3、　小于100公斤/米3的泡沫塑料強(qiáng)度較低，一般不作結(jié)構(gòu)材料用<br>  （二）蜂窩夾層結(jié)構(gòu)其面板為玻璃鋼，夾芯層為蜂窩材料。蜂窩按其所用材料不同，又分為玻璃布蜂窩、紙蜂窩、棉布蜂窩、鋁蜂窩等。玻璃鋼蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度高，剛性好，常用于大尺寸受力構(gòu)件，如雷達(dá)罩等。<br>（三）波板夾層結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)是夾芯層為波形板（或折板），工程上用得比較少   （四）混合夾層結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是夾芯層由注有泡沫塑料的蜂窩或波板所組成。這種夾層結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度卻很高，局部穩(wěn)定性也很好，但成本較高。<br>（五）粘接劑選擇 選擇粘接劑是根據(jù)制造蜂窩夾層結(jié)構(gòu)時(shí)的工藝條件和浸膠時(shí)使用的樹(shù)脂來(lái)決定。<br>目前常用的蜂窩粘接劑有以下三種：<br>　　1、聚乙烯醇縮丁醛　此膠需要加熱加壓固化，一般在120℃下，加0.2-0.3兆帕（2-3公斤/厘米2），固化2-4小時(shí)，它僅適用于機(jī)制蜂窩。<br>　　2、聚醋酸乙烯酯（俗稱(chēng)木膠或白乳膠）　此膠無(wú)毒，可用水稀釋?zhuān)瑑r(jià)格便宜?？梢栽谑覝叵鹿袒Ｋm用于機(jī)制蜂窩，也適用于手工制造蜂窩。<br>  　3、環(huán)氧樹(shù)脂　環(huán)氧樹(shù)脂用丙酮作稀釋劑，適用于手工制造玻璃鋼蜂窩，常用的牌號(hào)有E42、E44、E51等。根據(jù)選用的固化劑不同，可以冷固化，也可以加熱快速固化。　　

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玻璃鋼夾層結(jié)構(gòu)除保持玻璃鋼原有的特點(diǎn)外，還具有以下優(yōu)點(diǎn)：<br>　?。?）剛度大。夾層結(jié)構(gòu)是根據(jù)工字梁受力原理，將高強(qiáng)材料集中用于上下面板，夾芯層使斷面高度增加，從而提高了構(gòu)件的承載能力，彌補(bǔ)了玻璃鋼材料彈性模量低的弱點(diǎn)。<br>　?。?）提高了隔熱、隔聲性能。<br>　?。?）整體性好，由于夾芯層和面板都是連續(xù)的，制成的玻璃鋼產(chǎn)品整體性好，受力均勻，從而提高了抗震和抗疲勞性能。