(2)PU泡沫
PU泡沫力学性能表现一般,但发泡成型和机械加工简单,市场供应量充足,价格便宜。所以可用在荷载较小情况下的夹层层板中, 或用于构件的加强筋或加劲肋。
(3)PEI泡沫
PEI泡沫具有很高的使用温度和良好的防火性能,尽管价位相对较高,但是这种泡沫可以在有结构要求,高温情况下,具有防火要求的部件使用。其使用温度在-194度~+180度之间。由于能满足严格的防火阻燃要求,适合在冰机和列车内使用,如Airex的R82系列。
(4)SAN泡沫
SAN泡沫的性能和线性PVC泡沫相似,具有良好的延伸率和韧性,适合用于抗冲击要求高的部位。SAN泡沫能够热成形,可以方便的构筑结构的曲面。热稳定型的SAN泡沫也能和低温固化预浸料共同使用,常见的SAN泡沫产品的是Gurit公司的CoreCell系列泡沫。
(5)PMI泡沫
PMI泡沫的相对强度和刚度比前面提到泡沫高,能够适用高温固化的树脂和预浸料。PMI泡沫在适当的高温处理以后,能承受190度的固化工艺对泡沫的尺寸稳定性的要求,在航空领域中得到了广泛的应用。市场上的PMI泡沫主要是德国德固赛公司生产的ROHACLL系列泡沫。
(6)PET泡沫
PET泡沫的综合力学性能不及PVC泡沫,但比PVC更环保,生产过程不会产生温室气体,且成本低于PVC泡沫。Airex公司于2005年第一个向市场推出了PET结构夹芯材料,有T90和T91两个系列产品,T90具有突出的FST(阻燃、低烟、无毒)性能,T91耐高温性能好,能承受140度的成型温度。
2.2 蜂窝
蜂窝夹芯材料有玻璃布蜂窝、NOMEX蜂窝、棉布蜂窝、铝蜂窝等。峰窝夹层结构的强度高,刚性好,但蜂窝为开孔结构,与上下面板的粘接面积小,粘接效果一般没有泡沫好。
2.3 轻木
轻木芯芯材料是一种天然产品,市场常见的轻木夹芯为Baltek公司的SB系列balsa木。balsa木主要产自南美洲的种植园,由于气侯原因,balsa木在当地生长速特别快,所以比普通木材轻很多,且其纤维具有良好的强度和韧性,特别适合用于复合材料夹层结构。
3 夹芯材料在风电叶片上的应用
夹芯材料是风电叶片的关键材料之一,为增加结构刚度,防止局部失稳,提高整个叶片的抗载荷能力,在叶片的前缘、后缘以及剪切勒等部位,一般都会采用夹层结构,如下图所示。
目前,用于风电叶片的主流夹芯材料为交联PVC泡沫和balsa轻木。典型的设计方案是,把强度较高的balsa木(密度为150kg/m3)用于承受载荷较大的靠近叶根的部位,交联PVC泡沫(密度为60kg/m3)用于承载较小的靠近叶尖的部位,从叶根向叶尖方向,夹芯材料的厚度逐渐减小。也有个别叶片厂家只使用balsa木或PVC泡沫。
3.1 叶片用PVC泡沫
叶片用PVC泡沫都是闭孔结构,可以防止树脂被吸入泡沫内部从而增加叶片的重量。由于叶片的前缘、后缘均为壳体,所以在使用前要对泡沫板进行特别的处理,这种处理有两种方法:热处理和机械处理。热处理即利用泡沫在一定温度可以变软的特性,在使用前将泡沫加热到特定的温度,配以适当的工装将泡沫塑造成和叶片对应位置相一致的曲面,然后再铺放在叶处上。机械处理即对泡沫进行单面切割,将一块泡沫分割成许多小块,未切割的面用玻璃纤维织物粘贴以保证小块不散落。热处理操作复杂,对不同的曲面形状要求使用不同的工装,其优点在于未经切割、没有沟槽,不会吸收多余的树脂;机械处理需要专门的机器进行切割,通用性好,生产效率高,对任何部位都可使用一种规格的切割方法,但其沟槽内将会充满树脂,带来叶片重量的增加。目前常用的是机械处理法。
PVC泡沫的性能稳定,质地均匀,同一牌号的泡沫其力学性能与密度基本成线性关系。但其强度重量比不及balsa轻木,所以多用于载荷较小的靠近叶尖部分。