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严格意义上讲,第一种用在承载构件夹层结构中的结构泡沫芯材是使用异氰酸酯改性的PVC泡沫,或称交联PVC。第一个采用PVC泡沫夹芯的夹层结构是保温隔热车厢。交联PVC的生产工艺是由德国人林德曼在上世纪30年代后期发明的。二次大战以后法国将该工艺列入战争赔偿中,由克勒贝尔蕾洛雷特塑料公司(Kleber Renolit)开始生产KLEGECELL®交联PVC泡沫,主要是一些用在保温隔热车厢中的低密度产品。
上世纪50-60年代,克勒贝尔蕾洛雷特塑料公司给几家欧洲公司发放了PVC泡沫的生产许可证。另外两家美国公司,B.F歌德雷奇(B.F Goodrich)和佳士迈威(Johns-Manville)也买到了许可证开始生产,但是几年以后就停产。当所有的生产许可证都过期以后,交联PVC的生产工艺过程转为公开。进入70年代以后,多数原来的欧洲许可生产厂家也已停产。目前两个主要的生产厂家是戴博(DIAB)公司的DIVINYCELL®和KLEGECELL®系列PVC泡沫/爱瑞柯斯(AIREX)公司的HEREX®系列PVC泡沫以及日本KANEKA公司的KLEGECELL®系列PVC泡沫。
2000以后,世界上生产硬质交联PVC泡沫的参加有:瑞典的DIAB公司,瑞士的Alcan Airex公司和日本的JFC公司。
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| 夹层结构的定义(ASTM定义): |
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夹层结构的特点 |
夹层结构是一种层合复合材料的特殊形式,它是由不同材料相互粘接组合,通过利用各个组分的性能特点达到整个系统组成的结构优势。
夹层结构一般是由上面板、上面板与芯材的粘结层、芯材、下面板与芯材的粘结层以及下面板所构成,这五个要素组成了一个整体的夹层结构。
在构造上通常是采用厚度较薄,强度高,刚度大的材料作为面板,而用密度小,厚度较大,有一定承剪能力的材料作为芯材,用胶接的方法把他们连接起来。
夹层结构传递荷载的方式类似于工字梁。工字梁的翼板的位置离断面的中性轴最远,以承担面内拉压应力,腹板使翼板之间保持一定的距离而彼此分开,同时,腹板在两个翼板之间分散剪切应力。同样的,夹层结构中,具有高强度、高模量的上下面板分布在远离中性轴的位置从而承受面内拉压应力,而轻质的芯材夹在中间以使上下面板材料之间被此分开且保持一定的距离,并分散剪切应力。 |

工字梁和夹层结构的对比 |
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抗弯刚度大,可以在结构质量较小的情况下承受较大的弯曲载荷;
良好的耐疲劳性能;
构件表面光滑平整;
有良好的气动表面;
另外夹层结构还具有隔声、隔热等物理性能。
当结构的厚度增加时,其重量增加微乎其微。由于强度和刚度是随厚度指数级变化的,所以厚度增加带来的重量增加很小,而带来的强度和刚度的增加则非常明显。举个例子,如果取一个实心金属梁,把它一分为二的劈开,并把一个同样厚度芯材放置在这两半面之间。带来的结果是,整个结构的强度增加了35倍,刚度增加了7倍,而重量只增加了6%。在此基础上,如果把芯材的厚度增加到原来的两倍,那么结构的强度将增加为原来的9倍多,刚度则达到原来的37倍,而重量相对于原来实心梁只增加了10%。
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