和空心A形加筋条相比，PMI泡沫填充的加强筋中的泡沫芯材起到一定的结构作用，提高抗失稳性能，在到达材料屈服载荷前，保证结构的形状和强度。在结构出现初始失稳时，泡沫填充A加筋条的面内压缩强度和空心加筋条相比可以提高达100%（图8)。这就可以更好地利用碳纤维/环氧面板强度，芯材主要承受和加强筋侧表面垂直方向的拉应力和压应力。

8. 在现有泡沫芯材基础上的进一步发展

将泡沫夹层结构构件推广到大载荷、轻质结构，一个重要途径是增加其剪切强度。因为PMI泡沫芯材的性能的提高往往是通过增加密度来实现，因此必须寻找一个能将增强纤维和泡沫芯材相互结合的途径。一个结构上非常成功的方法是加上45o斜向贯穿的腹向结构，大小尺寸可根据应力要求调整。泡沫芯材和蒙皮之间的良好的界面性能对提高结构冲击损伤性能有所帮助。可以用Z方向纤维增强材料提高蒙皮和泡沫芯材之间的界面性能。可以利用柔性单面缝纫头进行单面缝合，缝线形成的环穿过蒙皮，进入泡沫芯材，如图9所示。在热压罐里构件注射树脂后，线环浸渍树脂，在制件固化过程中也随之固化。

图9：经过缝合的剪切增强夹层结构/ 单面缝合头  (KSL, Lorsch)

美国Aztex公司在PMI泡沫的基础上又开发了两种新型的芯材，X-Cor和K-Core。X-Core使用Z-Fiber®针(完全固化的纤维/树脂针)，加强轻质PMI泡沫，如图10所示。露出泡沫表面的Z-Fiber®在铺层时，埋入蒙皮，提高蒙皮-芯材之间的胶接性能。Z-Fiber®形成的桁架结构承受剪切和压缩载荷，泡沫对Z-Fiber的稳定的侧向支撑。

图10：X-core及其示意图

K-Cor®也是利用Z-Fiber®针纵向加强。与X-Core不同，将露出来的Z-Fiber®和泡沫表面压平，如图11所示。

图11：K-core及其示意图

使用 Z-Fiber®加强PMI泡沫，据Aztex资料介绍，和未加强的泡沫材料相比较，剪切强度可以提高四倍以上，压缩强度十倍以上，提高损伤容限，可以适应高温或常温共固化工艺，可以最大限度的实现芯材的优化，其破坏方式为延性破坏。目前已用在了Sikorsky – RAH-66直升机的地板等位置，替代NOMEX®蜂窝芯。

Webcore 公司使用碳纤维或玻璃纤维在闭孔泡沫的厚度方向上缝合。根据不同的要求，使用不同的泡沫材料和不同的纤维产品，主要用在液体树脂注射成型工艺中。TYCORA使用碳纤维缝线增强，主要用在航天航空领域，例如Boeing HuntingtonBeach，CH-47 和X-45 起落架舱门，如图12所示。TYCOR B使用玻璃纤维缝线增强，主要用在船舶，铁路车辆等工业领域，如图13所示

9.结论

随着复合材料蜂窝夹层结构在使用过程中出现的一系列问题，国内外航天航空界研究人员将目光转向了高性能的聚合物泡沫材料芯材，主要是PMI泡沫材料。在夹层结构构件中使用泡沫芯既可以降低制造成本，也能作为结构材料。如果仅仅作为结构材料考虑，泡沫芯夹层结构和蜂窝芯夹层结构的设计相比主要在重量方面处于劣势。但是，如果在使用周期内作一个综合的比较，泡沫芯夹层结构考虑到制造和维护方面的优势，仍然是一个比较好的选择。如何改善泡沫芯夹层结构，提高芯材-蒙皮之间的界面性能，是将来泡沫夹层结构面临的主要问题，结合国内外的最新研究和应用表明：缝纫或针刺是提高泡沫芯材性能的有效途径。

关于PMI泡沫的研究方面，进一步优化配方和工艺降低成本。

参考文献：

1，复合材料泡沫夹层结构在民机中的应用，民用飞机设计与研究，2004年第3期，窦润龙，胡培

2，L. Herbeck, M. Kleineberg, C. Schoppinger, foamcores in RTM structures: manufacturing aid or high- performance sandwich, 23rdSAMPE Europe International Conference, Paris[5] A. S. Herrmann