1、泡沫材料

　　泡沫材料
　　泡沫材料是最為常見的夾芯材料芯材，包括多種聚合物材料如聚氯乙烯PVC, 聚苯乙烯PS, 聚氨酯PU, 聚醚酰亞胺PEI和苯乙烯丙烯腈SAN, 密度范圍從30kg/m3到300kg/m3，在復合材料結構件中常用的密度范圍是40kg/m3到200 kg/m3, 厚度也有多種可供選擇，從5mm到50mm。

PVC泡沫
　　閉孔聚氯乙烯泡沫是高性能復合夾芯材料最為常用的芯材之一。盡管從化學組成上PVC泡沫是由聚氯乙烯和聚氨酯混合構成的，但在實際應用中總是習慣性的稱為聚氯乙烯泡沫。PVC泡沫兼具優(yōu)良的靜態(tài)和動態(tài)性能，同時具有優(yōu)異的防水性。PVC泡沫適用溫度范圍廣，從-240度到80度，乃化學侵蝕。盡管PVC泡沫屬于可燃材料，但是其優(yōu)異的阻燃性已經(jīng)可以滿足許多對阻燃性能要求較高的場合，例如火車部件等。在作為玻璃鋼夾芯材料的芯材使用時，PVC泡沫一定的耐苯乙烯性能使其被廣泛的應用在多個行業(yè)中。PVC泡沫一般以片狀方式供應，可以提供平板或易于隨形的輪廓板。
　　PVC泡沫主要分為兩種：交聯(lián)PVC和線性PVC。線性PVC(例如Airex R63.80)韌性更好，易于熱成型。但是同等密度的線性PVC與交聯(lián)PVC相比性能較差，耐熱性和耐苯乙烯性能也較差。交聯(lián)PVC的缺點在于韌性較差，代表產(chǎn)品如Diab H和HP型號。

此外還有一種新型的增韌型PVC，它具有交聯(lián)PVC的機械性能，同時韌性上有所改進具備了線性PVC的特征。
由于PVC特殊的化學組成，決定了在與低溫固化型預浸料配合使用時必須使用特殊的樹脂進行密封。通常在使用前需要進行熱處理以增強熱穩(wěn)定性，同時減少后續(xù)使用中升溫過程中的放氣。

聚苯乙烯泡沫
　　聚苯乙烯泡沫主要應用于帆船和沖浪板的制造，具有低密度(40kg/m3)，低成本和易于打磨的優(yōu)點。但由于機械性能較低而較少用于高性能復合材料構件中。聚苯乙烯泡沫不能和聚酯樹脂配合使用，因為聚酯樹脂中的苯乙烯會將聚苯乙烯泡沫溶解。

聚氨酯泡沫
　　聚氨酯泡沫機械性能適中，但在長期使用中易發(fā)生樹脂-芯材界面老化分離并導致分層。聚氨酯泡沫主要用于結構件中的框架部分，也可用在對強度要求不高的場合，被廣泛地作為隔熱材料使用。聚氨酯泡沫耐熱性較高可達150度，同時具有較好的隔音性能。聚氨酯泡沫可以按照需求加工成各種形狀和尺寸。

PMI泡沫
　　在相同密度下PMI泡沫在所有結構泡沫中具備最高的強度和模量，極佳的熱穩(wěn)定性也保證了它可以和高溫固化預浸料配合使用。但是由于成本高昂，應用僅限于航空復合材料部件中，例如直升飛機槳葉制造。

Styrene acrylonitrile (SAN) co-polymer Foams
　　SAN與增韌型交聯(lián)PVC類似，具備與交聯(lián)PVC相似的靜態(tài)性能，并且具有更高的伸長率和韌性。SAN可以吸收更多的沖擊能量，而這些能量足以使傳統(tǒng)的PVC甚至是增韌型PVC斷裂。此外SAN與增韌型交聯(lián)PVC的不同之處還在于，增韌型交聯(lián)PVC通過添加增塑劑來提高韌性，但增塑劑存在明顯的老化問題，而SAN泡沫的韌性是來自于聚合物自身，不存在明顯的老化問題。
　　因為具備線性PVC的諸多優(yōu)點，SAN在大量場合取代線性PVC應用，并展現(xiàn)出更高的耐溫性和機械性能。同時SAN泡沫也可用于熱成型工藝，制備復雜形狀的部件。經(jīng)過熱穩(wěn)定性處理的SAN可以與低溫預浸料配合使用。代表產(chǎn)品如固瑞特A系列結構泡沫。

其它熱塑性泡沫
　　隨著新技術的不斷開發(fā)，出現(xiàn)了越來越多的熱塑性泡沫。據(jù)有代表性的是PEI泡沫，由聚醚酰亞胺/聚醚砜發(fā)泡而成，具有優(yōu)異的防火性和耐高溫性。盡管成本較高，PEI泡沫仍被廣泛應用于對防火性能和耐高溫性要求較高的場合（-194度~180度），尤其是飛機和列車的內飾件，PEI可以滿足其嚴格的防火性能要求。

　　2、蜂窩材料
　　蜂窩材料包括多種型號，從對強度和模量要求較低的紙板蜂窩材料（如家居室內門等）到要求高性能的輕質材料（飛機結構部件等）。蜂窩材料可以制成平板或曲面形式。
　　熱塑性蜂窩材料主要是由擠出工藝制造，再切削到需要的厚度。其它的例如紙板或鋁質蜂窩材料是由多級工藝制備。首先在蜂窩材料大板表面按照特定圖案涂覆粘結劑，再將多層大板粘接在一起，經(jīng)過升溫加壓后使粘結劑固化。將固化后的板材切削后進行一定的伸長擴展成連續(xù)的六邊形結構。
　　對于紙板蜂窩材料，粘接后的板材可以擴展成幾個英尺厚，再將這種脆弱的結構整體浸入樹脂槽中，經(jīng)過吸干和固化后，板材具備了一定的強度后再進行切削達到需要的厚度。
　　以上的兩種蜂窩材料，其六邊形的結構都是通過拉伸工藝得到的，所以蜂窩結構的材料在拉伸方向和非拉伸方向上有明顯的性能差異。
　　蜂窩夾芯結構的表層可以是常見的玻璃鋼層，或者是木材，熱塑性聚合物或金屬面層，例如鋁或鋼。蜂窩結構的內層也可以用硬質泡沫填充，經(jīng)過填充的蜂窩結構可以獲得更高的表面粘接性能，同時也可以提高機械性能和隔音，隔熱性效果。

鋁質蜂窩材料
　　鋁質蜂窩材料可以獲得最高的比強度，蜂窩尺寸有多種可供選擇，最為常見的是六邊形結構。通過改變鋁箔厚度和蜂窩泡孔尺寸可以調整材料性能，通常鋁質蜂窩材料是以未拉伸的平板方式提供，在使用前再伸展成最終厚度。
　　盡管鋁質蜂窩材料具有優(yōu)異的機械性能和較低的成本，但在特定場合下使用這種材料還要特別注意，例如在大型的船只結構中使用時需要考慮鹽水侵蝕問題，另外在這種場合下使用時鋁質蜂窩材料不能和碳纖維直接接觸使用，因為碳纖維的導電性會加速電化學腐蝕過程。鋁質蜂窩材料的另一個問題是在承受外力時性能不可恢復，蜂窩材料在承擔外力時會發(fā)生一定的變形，這種變形是不可恢復的，而不像玻璃鋼材料一樣在撤去外力后可以恢復。這種情況會導致發(fā)生形變的位置的粘接性能降低，從而影響整體結構的機械性能。蜂窩結構材料的性能主要取決于泡孔的尺寸和蜂窩板的材質和厚度，通常情況下厚度在3-50mm，尺寸在1200x2400mm，在特殊情況下也可以加工到3m x 3m。蜂窩結構可以獲得很高的模量和較低的重量，但是因為與表面層的粘接面積較小，所以必須與高性能的環(huán)氧樹脂配合使用以提高粘接性能。

諾梅克斯蜂窩材料
　　諾梅克斯蜂窩材料是用諾梅克斯紙板制成的，這種材料是芳綸纖維的一種特殊形式。諾梅克斯紙板在使用前要浸入酚醛樹脂中來增加機械性能和獲得優(yōu)異的防火性能，這種材料與酚醛樹脂配合制成的蜂窩夾芯材料被廣泛的用于輕質內飾結構件。對于防火性能要求較高的列車內飾件，通常采用酚醛泡沫填充的諾梅克斯蜂窩材料作為芯材使用。
　　諾梅克斯蜂窩材料具有高機械性能，低密度和高穩(wěn)定性，在非航天領域的高性能結構件中被廣泛應用，與其它芯材相比這種材料的價格較高。

熱塑性蜂窩材料
　　除上述蜂窩材料外還有一些熱塑性蜂窩材料具有低密度，易于回收的優(yōu)點而得到一定的應用。這些材料的主要缺點是與表面層結合性能較差，模量較低。主要用于對機械性能要求不高的場合。常見的有以下幾種：
　　ABS - 高模量，高耐沖擊性能，高韌性，表面硬度高，尺寸穩(wěn)定性好。
　　聚碳酸酯 - 防UV，透光性好，耐熱性高&自熄性
　　聚丙烯 - 化學穩(wěn)定性高
　　聚乙烯 - 低成本芯材

木材
　　木材可以歸類為天然蜂窩材料，從微觀尺度分析木材具有與合成蜂窩材料類似的六邊形結構，在夾芯結構中使用時可以獲得與合成蜂窩材料類似的性能。木材的主要缺點是易吸潮，通常情況下在使用前都要做密封處理，以防止吸潮腐爛。

輕木
　　最為常用的木材芯材是端面晶粒輕木，輕木最早是在1940年應用于水上飛機的艙體，艙體的制造采用鋁作為表層，輕木作為內層芯材。這種結構可以承受水上飛機起降過程中的反復沖擊載荷。這種優(yōu)異的性能表現(xiàn)促使輕木在造船行業(yè)中得到大量應用。
　　除了優(yōu)良的壓縮性能，輕木還具有良好的隔熱和隔音性能，在受熱時不會發(fā)生變形并起到隔熱的作用。同時具有很好的加工性，便于使用簡單的工具和設備進行機械加工。
　　輕木的常見厚度范圍是3mm到50mm，背面覆蓋網(wǎng)格布。平板最大厚度可達到100mm。針對真空輔助工藝，預浸料和壓力輔助工藝（如RTM），輕木可以做預先樹脂涂覆處理。輕木的主要缺點是密度較大，最小密度在100kg/m3，同時輕木要吸收大量的樹脂，即使是已經(jīng)作了封孔處理。因此受到重量的限制，輕木主要應用在對重量要求不高或需要局部高強度的場合。

其它芯材
　　盡管使用不是十分廣泛，仍然有一部分薄層低密度的材料被用來降低重量。Coremat和Spheretex由類似于無紡織物的構成，內部包含許多中空的球粒以減輕自重，這種材料厚度只有1~3mm，外觀類似于普通的一層增強材料。盡管密度要高于泡沫和蜂窩材料，但仍比同等厚度的玻璃鋼層低很多，可以起到降低總重的作用。因為厚度較薄，在遇到曲面時也可以方便地隨形。

3、設計考量
　　眾所周知，芯材的性能通常和密度成正比。但在考量最終部件的總重時，芯材密度并非唯一的決定因素。例如低密度的芯材通常具有更多的空隙，會吸收更多的樹脂，密度越低，泡孔直徑越大，樹脂吸收量越多。從這一點考慮蜂窩材料具有明顯的優(yōu)勢，因為其特殊的六邊形結構與表面層粘接面積小，吸收樹脂少。
　　其次芯材與部件模具的匹配程度也會影響到部件重量。如果尺寸匹配較差會留下較多的空隙，這些空隙需要被樹脂或結構膠填滿，如此則增加了重量。帶有網(wǎng)格布的泡沫或輕木可以有效地解決隨形問題。帶有輪廓切槽的泡沫板也可以解決隨形問題，但是這兩種辦法都需要一定量的樹脂來填充切槽后的間隙。
　　在對重量控制要求較嚴格的場合，可以熱隨形的芯材應被優(yōu)先考慮，包括線性PVC和SAN泡沫，他們在加熱到軟化點以上時都可以方便地隨形。對于蜂窩材料而言，過量膨脹的蜂窩材料是最易于隨形的。