夾層結構的初應用從上世紀初的航空航天業開始，逐步發展到今天的船舶、交通運輸、運動器材、風力發電、醫療器材等領域。德固賽（）投資有限公司上海分公司的胡培先生全面綜述了各種芯材的特性、應用、市場分布及前景。
常用芯材及其應用        
    玻璃鋼/復合材料中常用的芯材有泡沫、巴薩木和蜂窩等多孔固體材料。
    巴薩木目前主要的用途集中在風電、船舶、鐵路車輛等行業。相對而言，因為其密度選擇范圍小，面層破壞以后，吸水腐爛的缺點，已經逐步被PVC泡沫取代。但是因為其價格優勢，目前還有一定的市場。       
    蜂窩主要有NOMEX紙蜂窩和鋁蜂窩，蜂窩材料具有各向異性的特點。另外，因為蜂窩存在開孔結構，不適用一些濕法工藝或樹脂注射工藝，例如船舶和風電等領域。鋁蜂窩因為和碳纖維面板之間存在電腐蝕的問題，一般不能和碳纖維一同使用。另外，蜂窩結構在使用過程中，會因為面層破壞，發生滲水問題。       
    玻璃鋼/復合材料中常用的泡沫芯材有聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、聚氨酯（PUR）、丙烯腈-苯乙烯（SAN）、聚醚酰亞胺（PEI）及聚甲基丙烯酰亞胺 （PMI）等。
    硬質聚氨酯PUR泡沫與其他泡沫相比，其力學性能一般，樹脂/芯材界面易產生老化，從而導致面板剝離。作為結構材料使用時，常用作層合板的縱、橫桁條或加強筋之芯材。有時PUR泡沫也能用于受載較小的夾層板中，起到隔熱或隔音的作用。該類泡沫的使用溫度為150℃左右，吸聲性能良好，成型非常簡單，但是機械加工過程中易碎或掉渣。PUR泡沫價格相對便宜，發泡工藝也比較簡單，采用液體發泡。目前主要在運動器材，例如網球拍、冰球棒中用做工藝芯材，并起到一定的阻尼作用。另外在沖浪板中也普遍使用PUR泡沫或EPS泡沫作為芯材。     
    PEI泡沫原先由AIREX公司生產，型號為AIREX R82，由聚醚酰亞胺/聚醚砜發泡而成，具有很高的使用溫度和良好的防火性能。不過其價位相對較高，但是這種泡沫可以在兼有結構要求和防火要求的部位使用，其使用溫度為-194℃ ~ +180℃。由于滿足嚴格的阻燃要求，適合在飛機和列車內使用。但2005年，原材料供應上出現了問題，目前已退出市場，而逐步被PMI S類型泡沫取代。       
    目前占市場份額大的是PVC泡沫芯材，又分為線形PVC和交聯PVC泡沫兩種。交聯PVC泡沫是由熱塑性的PVC和交聯熱固性聚氨酯組成，主要產品型號有Divinycell、Klegecell和Herex C。交聯PVC的強度和剛度比線性PVC的高，但是韌性較差，其使用溫度范圍為-240 ~ +80℃，并且能夠耐多種化學物質腐蝕。盡管PVC泡沫是可燃材料，但阻燃型的PVC泡沫可用于有嚴格防火要求的結構中，例如列車車廂等。但是需要注意的是PVC在燃燒以后，會產生氯化氫。選擇固化工藝方法時，應慮及PVC泡沫在溫度升高時會釋放氣體。交聯PVC泡沫通常用于船底、舷部、甲板、艙壁及上層建筑中，主要廠商有AIREX和Diab公司。      
    線形PVC泡沫是一類具有高韌性、良好抗沖擊性能、能量吸收性能和耐疲勞性能的泡沫材料。線性PVC泡沫的強度和剛度相對交聯PVC來講要低。在施工過程中需要注意的是，樹脂中的苯會滲透到泡沫里面，使樹脂固化不完全，同時引起泡沫降解。這種泡沫通常用于船體受沖擊荷載比較大的部位，例如船底和舭舷部。目前市場上有AIREX公司的AIREX R 63系列，價格相對交聯PVC泡沫要高。     [-page-]     
    PS泡沫曾廣泛用在船舶、沖浪板制造行業。雖然其具有重量輕（40 kg/m3）、成本低、易于加工等優點，但因力學性能差，很少在高性能結構件中使用。另外，這種泡沫不能和聚酯樹脂同時使用，樹脂中含有的苯會降解泡沫。目前，在沖浪板行業內有少量使用。      
    SAN泡沫屬于熱塑性材料，由英國SP Systems公司生產，CORECELL?型號的泡沫，主要是針對船舶市場而開發。發泡制作工藝和線性PVC的工藝基本相同，性能也和線性PVC基本相同，熱穩定性能比線性PVC好，相當于普通交聯PVC。大多數情況下，在船舶結構中可以用SAN泡沫代替線性PVC泡沫。價格略高于PVC泡沫。        
    在密度相同的條件下，PMI是強度和剛度高的泡沫材料。高溫耐蠕變性能PMI泡沫經適當的高溫處理以后，能滿足190℃的固化工藝對泡沫尺寸穩定性的要求，適用與環氧或BMI樹脂共固化的夾層結構構件中，例如航天航空結構、醫療床板、天線結構等，作為碳纖維復合材料面板的芯材。PMI泡沫采用固體發泡工藝制作，為孔隙基本一致、均勻的100%閉孔泡沫。    
    芯材的市場分布和前景         
    目前芯材主要市場分布在航天航空、船舶制造、運動器材、風力發電、交通工具和醫療器材等行業。在航天航空等先進復合材料領域，客戶可以選擇NOMEX?蜂窩、鋁蜂窩和ROHACELL?泡沫芯材。ALCAN、DIAB和SP Systems公司的市場主要集中在船舶制造、運動器材、風力發電等領域。對于交通運輸行業，主要根據防火助燃要求，選擇相應的夾層結構芯材。       
    為了應付日益增加的石油危機，每個都將推進可再生能源項目，例如風力發電等。我國風能資源豐富，風電是未來有希望增加我國發電裝機容量的可再生能源。目前風電裝機容量僅78萬千瓦。 2004年，包括風能在內的可再生能源總裝機容量僅為0.7GW（百萬千瓦），到2010年計劃升至4GW，到2020年計劃升至40GW。這樣會大大推進的泡沫芯材市場需求。    

    鐵路運輸也是一個因為應用輕質高強芯材而受益的行業。ROHACELLＳ類型泡沫由于良好的阻燃性、高力學性能、良好的抗疲勞性能和高環保性而廣泛應用在車廂地板、頂板、兩壁及整個車廂的夾層板材中。    [-page-]      
    船舶也是夾層結構的一個主要市場。對于受力部件，如船殼、艙壁等，抗波性是重要的性能之一，而HEREX C70和C71泡沫由于高強度而被賽艇制造商和設計師廣泛應用?？偛课挥贕iebelstadt的Bavaria游艇公司，是游艇制造業的者，擁有10種不同類型游艇系列（9.2~15.2米），Bavaria游艇公司近年來發展迅猛，近又開發了8.2~11.6米的摩托艇系列。在該系列船舶的船殼中就選用了HEREX C70芯材，ALCAN AIREX認為這種芯材具有很好的比強度，是市場上抗破壞性強的交聯聚氯乙烯泡沫。
    新產品       
    2005年，瑞典DIAB公司在改善原有Divinycell H類型泡沫性能的同時，推出了Divinycell HP型號PVC泡沫。         
    新的Divinycell H泡沫，強度性能平均提高了10%，剪應力提高了20%，斷裂延伸率提高了50%。同時，新的Divinycell H泡沫的溫度和尺寸穩定性也得到了改善。在工藝溫度達到90℃和一定壓力作用下，不發生大的變形。泡沫的孔隙大小減少了50%，降低了因為泡沫表面開孔導致的樹脂吸收率。       
    Divinycell HP是一種新型PVC泡沫，它的工藝溫度可以達到130℃，可以和中低溫固化預浸料或樹脂注射（RFI）工藝配合使用，具有工藝條件下的耐壓縮蠕變性能。Divinycell HP能夠滿足一些在對使用溫度有要求的復合材料制件，例如，在熱帶條件下航行的船舶，如果表面使用的是黑色膠衣，溫度常常超過90℃。Divinycell HP的基本力學性能，例如剪切強度、剪切模量和剪切應變都比其他PVC泡沫或SAN泡沫高。     
    2004年，Degussa公司針對樹脂注射工藝推出了ROHACELL RIST和RIMA類型的泡沫。ROHACELL RIST是一種結構用途的泡沫針對樹脂注射工藝樹脂粘度低的特點，減少了泡沫孔隙大小，在保證粘接強度的前提下，降低了樹脂吸收率，達到了減輕結構重量的目的。ROHACELL RIMA是作為樹脂注射工藝的輔助芯材，因為不作為結構材料，通過進一步減少孔隙大小，使得樹脂吸收率幾乎降低為零。        
    泡沫填充加筋條新應用在空中客車A340和A340-600的后壓力框結構中（圖2）。到目前為止，已經有近1700個經過CNC加工，熱成型的ROHACELL?71 WF-HT運抵臨近漢堡的空中客車Stade工廠，供A340使用（圖3）。ROHACELL?泡沫具有很好的耐壓縮蠕變性能和尺寸穩定性能，可在180℃、0.35Mpa和2小時的固化條件下，采用夾層結構共固化工藝，降低成本。PMI泡沫能夠保證加強筋周邊的預浸料完全壓實，因此可以替代氣囊工裝，避免了使用氣囊需要多次固化等一系列的問題。已經成功的制造了近170多個后壓力框，還沒有出現一個廢品，也證實了ROHACELL?加筋條工藝的可靠性和可行性。       
    在A340后壓力框成功采用ROHACELL泡沫填充筋條結構形式的基礎上，A380后壓力框也采用了這一技術（圖4）。在A380結構中，泡沫筋條長達2.5米，幾何形狀相對更加復雜。ROHACELL?泡沫加工和熱成型比較容易，這也是泡沫填充筋條結構能夠實現的關鍵。目前，已有200件加工成型完的泡沫筋條運抵空中客車Stade工廠。十多個巨大的后壓力框已經成功固化。 [-page-] 
    類似的結構形式在反射面上也有應用。例如近由北京天波環宇研究所開發的騙饋天線上，改變了過去采用NOMEX蜂窩夾層結構的傳統設計，轉而采用ROHACELL 51 IG作為筋條（如圖5和圖6所示），一次固化成型，大大簡化了工藝過程。  

     
    總結：夾層結構的初應用從上世紀初的航空開始，逐步發展到今天的船舶、交通運輸、運動器材、風力發電、醫療器材等領域，針對不同的應用領域和工藝質量需求，芯材也從初的紙蜂窩發展到現在的NOMEX?蜂窩、各種聚合物泡沫，近還有公司開發出了纖維增強泡沫芯材。隨著需求的多樣化，芯材的產品和應用也將不斷發展。