1 　结构泡沫芯材的历史回顾
    玻璃钢/复合材料 FRP/CM 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 、聚醚酰亚胺 PEI及聚甲基丙烯酰亚胺 PMI 等泡沫 ,其中 PS 和PUR 泡沫通常仅作为浮力材料 ,而不是结构用途。目前 PVC泡沫已几乎完全代替 PUR泡沫而作为结构芯材 ,只是在一些现场发泡的结构中除外。严格意义上讲 ,第 1 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 1 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 20 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 KleberRenolit 开始生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。20 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 2 家美国公司 ,B.F 歌德雷奇 B.FGoodrich 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 20 世纪 70 年代以后 ,多数原来的欧洲许可生产的厂家也已停产。目前 2 个主要的生产厂家是戴博 Diab 公司的 Divinycell 和 Klegecell 系列 PVC泡沫及爱瑞柯斯 Airex 公司的 Herex 系列PVC泡沫。20世纪 40 年代后期 ,林德曼使用高压气体作为发泡剂 ,制造出未经过改性的 PVC 泡沫 ,也叫线性 PVC泡沫。英国于 1943 年先制成聚苯乙烯泡沫塑料 ,1944年美国道化学有限公司用挤出法大批量生产聚苯乙烯泡沫塑料。第二次大战期间 ,德国拜尔的试验人员对二异氰酸酯及羟基化合物的反应进行研究 ,制得了PUR硬质泡沫塑料、涂料和粘合剂。1952 年 ,拜尔公司报道了软质聚氨酯泡沫塑料的研究成果。1993 年 ,加拿大的 ATC公司开始生产 SAN 泡沫。其制造工艺和线性 PVC相似。PMI泡沫是由德国罗姆 Rohm 公司于 1966年先采用丙烯腈、甲基丙烯腈、丙烯酰胺和甲基丙烯酸酯热塑性树脂在 180 ℃下发泡并交联制作聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的技术 ,接着日本的积水化学公司于 1967 年使用辐射交联方法制作聚甲基丙烯酰亚胺泡沫。
2 　夹层结构的工作原理及优点
    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 5 个要素组成了 1 个整体的夹层结构。夹层结构传递荷载的方式类似于工字梁 ,见图 1。上下面板 翼板 主要承受由弯矩引起的面内拉压应力和面内剪应力 ,而芯材 腹板 主要承受由横向力产生的剪应力 ,见图 2。
    作为孔隙材料 ,芯材可以起到减轻结构重量 ,增加结构刚度 ,提高结构强度等作用。为了使夹层结构的各要素能协同承载 ,面板与芯材之间的粘接层必须能传递荷载 ,因此至少应具备和芯材一样的强度。通常 ,如果加载以后 ,夹层结构的芯材发生破坏 ,其破坏位置一般位于粘接层下面的芯材部分 ,因为粘接层芯材表面的孔隙中由于填充了胶粘剂/树脂 ,提高了粘接层泡沫的强度。选择正确的胶粘剂对夹层结构的强度也有非常重要的意义 ,通常在选择胶粘剂的时候除了强度以外 ,还需要考虑使用温度、烟雾条件及其与芯材和面板材料的兼容性。如果选择与面板材料共固化 ,则胶粘剂或胶膜的固化条件需要与面板的共固化条件相一致。