復合材料夾層結構基本原理及芯材的力學性能和測試方法

2.2 Balsa輕木
    Balsa輕木也是應用最廣泛的夾芯材料之一，它的綜合力學性能比PVC泡沫更好。在微觀結構上，它是一種十分致密的蜂窩狀結構，所以壓縮強度和壓縮模量都很高。表2為市場常見的Baltek公司SB系列輕木芯材的力學性能。

    對SB系列輕木的力學性能進行統計分析后發現，其力學性能與密度也基本成正比。
    同時發現，其剪切強度明顯低于木纖維方向的壓縮強度和拉伸強度，而剪切模量達不到木纖維壓縮和拉伸模量的10%，這一點與C70不同。導致這一差異的原因在于兩種芯村的細觀結構不同，PVC泡沫是各向同性的，而balsa木有著強烈的各向導性。
3、夾層結構及其芯材相關測試方法
3.1 芯材基本性能測試
    對于芯材，最主要的性能指標是壓縮和剪切性能，表3列出了常用的如ISO、
ASTM、GB等測試方法。

    除此之外，還有DIN，BS，JIS，各廠家和研究機構自己制定的標準等，對于特定芯材的特定性能，各測試標準基本原理是一致的，但在試樣尺寸和試驗操作上不完全相同。關于各測試標準的技術水平和測試結果的精，各國都有專門的標準化委員會來研究，如美國的，中國的GB等。在工程應用上，如用戶進行芯材的對比選擇，或是芯材生產上的質量檢查和控制，只要選定一種熟悉的測試方法既可。
3.2 夾層結構性能測試
    由于制作工藝、設計水平和生產管理等影響，由高性能芯材制成的復合材料夾層結構的綜合性能不一定如設計所愿。所以，對夾層結構，還要通過專門的試驗測試來檢驗其實際效果。
    夾層結構力學性能測試有靜力學測試和動力學測試。中國夾層結構靜態試驗標準為GB／T 1452-GB／T 1457，見表4。其中最能充分反映夾層結構綜合辦學特性的是層結構彎曲試驗方法，它直接模擬了構件的主要受力情況，可以考驗面層強度，粘接面強度，芯材強度和制作工藝水平。從彎曲試驗的破壞狀況可以判斷制品的薄弱環節，從而做針對性的改進。

    對特定的復合材料產品，如航空航天產品，軌道交通車輛等，還會要求進行疲勞測試和沖擊測試。這些測試的設備工裝復雜，要由具有較高技術水平和一定相關經驗的人員來操作，更重要的是要能夠對測試結果進行正確的分析。因此，常規的實驗室往往不做此類試驗，要在針對性很強的專門實驗室進行。
4、小結
    復合材料在近幾十年得以迅猛發展，在于其“輕質高強”的特性，而夾層結構的設計理念則向人們展示了復合材料“更輕更強”的神奇魁力。其中，夾芯材料是設計成敗的關鍵，只有熟悉了各種夾芯材料的性能和夾層結構的制作工藝，并選用正確的試驗方法進行檢驗，才能制作出優秀的復合材料夾層結構制品。