4.  PMI泡沫夹层结构的结构优势

在夹层结构中，PMI泡沫材料可以作为结构性单元。过去，一般仅仅把泡沫作为填充材料，不考虑其强度和刚度对结构的贡献。主要原因是过去使用的泡沫材料，例如PUR泡沫，一般是在结构完成以后，空腔内发泡，这样泡沫的质量，均匀性和力学性能难以保证。PMI泡沫采用的是独特的固体发泡技术，泡沫的质量、均匀性和力学性能都可以保证。PMI泡沫是目前比强度和比刚度最高的聚合物硬质泡沫材料。通过计算，如果把PMI泡沫作为夹层结构的结构性单元，面板可以减少1－2层碳纤维铺层。PMI泡沫夹层结构可以作为结构性夹层结构使用，应用领域突破了过去蜂窝等非结构性夹层结构的传统观点。

5. PMI泡沫夹层结构的工艺优势

PMI泡沫还具有突出的耐压缩蠕变性能。也可以这样说，PMI泡沫的比强度和比刚度是使得材料具有良好的使用性能，PMI泡沫耐压缩蠕变性能使得材料同时也具备了良好的工艺性能。碳纤维环氧复合材料体系的固化需要设定的压力，温度和时间为固化条件。如果采用节约成本的共固化工艺，作为芯材的泡沫材料，需要具有良好的耐压缩蠕变性能。经过试验，PMI泡沫能够满足各种固化条件的要求。

通常对于泡沫夹层结构，可以采用的工艺有：

模压工艺：模压工艺的特点是模具成本相对较高，优点是能够准确的保证复合材料的厚度和尺寸；同时具有两个光洁表面的构件。通常采用模压工艺的构件有飞行控制部件，直升机旋翼，运动器材和医疗床板等。在模压工艺中，通过赋予泡沫芯材一定的过盈量，在合模固化过程中，过盈量给面板的固化提供反压力。PMI泡沫的耐压缩蠕变性能是过盈量转变成反压力的前提和保证，可以通过设定合适的过盈量，根据铺层的树脂含量，固化体系，面板厚度，调整反压力的大小，满足固化压力的要求。

热压罐工艺：热压罐工艺的特点是一面硬模，一面软模（真空袋）。通过抽真空以及热压罐内加压，对固化中的复合材料层板加压。如果采用共固化工艺，也就是碳纤维复合材料面板的固化、夹层结构芯材与面板的粘接一次性完成。PMI泡沫的空隙相对蜂窝要小，能够对面板的固化提供足够的支撑，不会象蜂窝结构面板出现电报效应。

RTM工艺：液体树脂注射是一种相对较新的优化制造工艺，借助RTM（树脂转注模）的技术，生产高性能夹层结构构件。目的是为了简化生产过程，降低制造成本，节约原材料的价格。选用价格相对较低，具有良好的铺覆性能的布，可以实现批量生产，构件能达到使用高质量的预浸料的效果。如果将蜂窝的孔隙加以密封，不让低黏度的注射树脂流入蜂窝孔隙，在RTM制造工艺中，也可以选择蜂窝作为夹心材料。不过，通常如果采用RTM工艺生产夹层结构复合材料，一般采用泡沫芯材。和热压罐工艺相同，芯材也需要具有良好的耐压缩蠕变性能，满足树脂注射压力和注射温度的要求。

6.  PMI泡沫夹层结构耐久性方面的优势

泡沫夹层结构与NOMEX®蜂窝夹层结构比较的另一个特点是其抗吸湿性好得多，由于泡沫是闭孔的，湿气和水分很难进入到夹芯里面去。两种材料的吸湿实验对比见图4。目前，舰载机型以及一些雷达透波构件（雷达罩）尽可能的避免采用蜂窝结构，减少维护成本。

图4：PMI泡沫和蜂窝吸湿实验对比曲线

7.   PMI泡沫在航天航空夹层结构中的最新应用

直升机的桨叶

PMI泡沫还广泛应用在各种型号的直升机桨叶中作为芯材，采用模压固化工艺，例如Lynx, EC135，EH101，Tiger等，如图5。

图5：PMI泡沫夹层结构直升机桨叶

新一代的“虎”式直升机的引擎罩是使用PMI泡沫作为芯材，和BMI预浸料共固化。构件的长期使用温度达到160°C。只有使用PMI泡沫才能实现共固化，降低成本的同时减轻重量。

空中客车A340-500/600和A380气密机舱的隔板

A340-500/600和A380气密机舱的隔板采用了PMI泡沫填充A筋条结构形式，如图6、图7所示。首先，把泡沫CNC 精确加工和热成型，然后和上下蒙皮共固化。高性能PMI泡沫芯材在固化过程中具有很好的耐压缩蠕变性能，使面板压实，消除表面凹凸不平。和蜂窝芯相比，在热压罐固化过程中，PMI泡沫各向同性的孔隙结构还能满足侧压下的尺寸稳定性的要求，不同于蜂窝结构，无需用泡沫胶填充。另外，泡沫还能将热压罐的压力均匀的传递给泡沫下方面板的铺层，使其压实，没有压痕等表面缺陷。

图6、 A340的后压力框 图7、已成型、待用的泡沫加强筋

泡沫芯材不仅可以在铺层、固化过程中，用做芯模，还是在加筋条中起到一定的结构作用。因为泡沫的压缩强度很高，它可以提高结构的稳定性，减少夹层结构中预浸料铺层，达到减重的目的。

在弯曲和轴向压力作用下，薄壁复合材料结构常常会发生稳定破坏。失稳破坏总是在材料到达压缩破坏强度以前，在受压部位出现。一个非常成熟、有效的途径是将加强筋粘接在壳结构上，提高壳结构的抗失稳能力。空心的A形加筋条结构的侧壁和凸边容易产生失稳，导致结构过早破坏。

图  8  空心A形加筋条和PMI泡沫填充A形加筋条的轴压载荷/应变曲线