成果简介

泡沫夹芯板由于其优异的保温、隔热、吸音、防潮能力，成为当前研究与应用的重点。荷载作用下，面层承担夹芯板的主要弯矩，而泡沫夹芯部分主要承受剪力，同时保证上下面层的可靠连接。常用的泡沫芯材有聚氨酯(PU)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚醚酰亚胺(PEI)及聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)等泡沫，其中PS泡沫通常作为浮力材料，而非结构用途。PU、PVC、PMI及PEI通常作为结构材料，但PVC、PMI、PEI价格较高，制造工艺复杂，常用于航空航天用途，而PU则成为低成本、低应力夹芯板中广泛使用的夹芯材料。与蜂窝夹芯板相比，泡沫夹芯板存在抗压强度及抗剪强度低、夹芯与面层粘结强度低等问题。因此实际使用时通常采用强化泡沫夹芯的方法改善其力学特性。常用的强化方法通常分为前置法、后置法。其中前置法是在发泡前在发泡原料中增加增强体，如添加短纤维、增加蜂窝增强体等；后置法是在发泡后的夹芯板内增加增强体，如Z-pin法、缝纫法等，其中Z-pin法又分为X-cor和K-cor法。但现有方法均工序复杂、施工工艺较难控制，且很难应用于曲面夹芯板及变厚度夹芯板，因此现有的制备夹芯板的技术有待进一步改进。

本项成果公开了一种一体化强化泡沫夹芯板及其制备方法，该方法包括：(1)提供3D打印机可识别的STL格式的三维夹芯板面层及内部强化结构的一体化设计模型文件；(2)将所述一体化设计模型文件进行数字化横截面切片，以便得到一体化设计模型文件切片数据；(3)采用3D打印机逐层打印所述一体化设计模型文件切片数据，以便得到夹芯板强化结构件；以及(4)向所述夹芯板强化结构件内部空腔中填充泡沫材料，以便获得一体化强化泡沫夹芯板。

该方法可以显著提高强化泡沫夹芯板的生产效率，并且可以一体化制备得到变厚度、变曲率等复杂形体的强化泡沫夹芯板。

1. 3D打印一体化夹芯板结构件，101—发泡材料注入口，102—发泡出气口，103—强化结构，104—面层；2.注入发泡材料，发泡形成填充泡沫；3.强化泡沫夹芯板

应用前景

强化泡沫夹芯板具有质量轻、保温隔热效果好、力学性能优等特点，可用于房屋、桥梁等建造领域，也可适用于航空航天、高速列车、船舶、风机叶片等工程领域。

知识产权

本项成果涉及1项授权专利。

团队介绍

团队负责人是教育部长江学者奖励计划青年学者，国家自然科学基金优秀青年基金获得者。兼任国际土木工程FRP学会理事和执委、中国土木工程学会混凝土及预应力混凝土分会理事、中国硅酸盐学会玻璃钢分会理事等职。主要研究领域为土木工程新材料结构及新型结构，包括FRP结构及FRP组合结构、FRP加固技术、基于可持续发展的耐腐蚀结构和新型混凝土结构。曾获国家科技进步二等奖、国家级教学成果奖二等奖等奖项。

合作方式

技术许可。

如若转载，请注明e科网。

如果你有好文章想发表or科研成果想展示推广，可以联系我们或免费注册拥有自己的主页