鋁蜂窩板以蜂窩結(jié)構(gòu)為芯層的蜂窩夾層板,其靈感來源于天然六邊形蜂窩。以鋁合金制成的鋁蜂窩板由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)不但在同等體積的其他材料中質(zhì)量較輕,而且剛度和整體穩(wěn)定性都非常好,還具有隔音隔熱性能。鋁合金即沒有放射性,也不會(huì)揮發(fā)任何對(duì)人體健康不利的有害氣體,還可以完全回收重復(fù)利用,節(jié)約資源和能源,把對(duì)環(huán)境的污染降到很低水平,這使得鋁蜂窩板成為一種節(jié)能、環(huán)保、健康的新材料。
蜂窩板的芯層是典型的多孔結(jié)構(gòu),連續(xù)的多邊形孔格呈規(guī)則的周期性排列,因而蜂窩板實(shí)體部分截面積很小,所以它的密度相對(duì)其他夾層材料也很小。由于蜂窩板密度遠(yuǎn)小于層合板、鋼板等普通板材,在體積相同時(shí)其質(zhì)量也是輕的。鋁蜂窩板的質(zhì)量?jī)H為同體積玻璃鋼層合板的9%,同體積鋼板的11%,同體積鋁合金板的23%。這就使得鋁蜂窩板在輕量化應(yīng)用時(shí)能節(jié)省大量能源。低密輕質(zhì)使得蜂窩板很好的滿足了航空航天工程用飛行器、火車、高速列車、汽車和船舶等交通運(yùn)輸工具對(duì)材料“輕量化、節(jié)能環(huán)?!钡囊蟆?/p>
(1)航空航天:由于具有上述優(yōu)點(diǎn),鋁蜂窩板被廣泛地應(yīng)用在航空、航天、交通運(yùn)輸、建筑、軍事等領(lǐng)域,用于制造火箭的整流罩、飛機(jī)的機(jī)翼和貨倉(cāng)、火車的艙壁和地板、汽車的蒙皮和車門、建筑的天花板和幕墻等。蜂窩板制造的機(jī)翼、垂尾等以及座艙或貨艙地板、艙門隔板等,有效地減輕飛機(jī)重量,使活動(dòng)件的操縱敏感性得到提高。
(2)火車、高速列車:艙壁、控制面板、行李架、天花板墊板、盟洗室、廁所單元、地板、離艙門和四角門等車輛內(nèi)飾板可以采用蜂窩板制造。另外前端、車頂、護(hù)板、整車體等外部構(gòu)件也可以使用蜂窩板材料。此外,可利用蜂窩結(jié)構(gòu)的吸能減震特點(diǎn)作為防護(hù)裝置使用,如將蜂窩板安裝在高速列車的車頭,發(fā)生意外時(shí)保護(hù)車長(zhǎng)的人身安全。
我國(guó)國(guó)家科技支撐計(jì)劃的重點(diǎn)項(xiàng)目“高速輪軌鐵路引進(jìn)、消化吸收與創(chuàng)新”課題主要研究生產(chǎn)的就是高強(qiáng)度、輕量化、帶吸能結(jié)構(gòu)的鋁合金車體及滿足耐用、防火、減振降噪、環(huán)保等性能要求的車輛內(nèi)部裝飾用材料。而鋁蜂窩板就是能滿足上述要求的板材之一。
(3)汽車:節(jié)約能源資源、降低油耗的主要途徑是實(shí)現(xiàn)車輛輕型化,也就是車用材料的輕量化。據(jù)世界鋁業(yè)協(xié)會(huì)的報(bào)告:汽車車重每減輕1%,可節(jié)約燃料0.6%一0.8%。輕質(zhì)夾層結(jié)構(gòu)材料特別是蜂窩夾層結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用,將使汽車重量更輕、抗撞擊性能更好、安全舒適性能得到較好保證,是汽車工業(yè)材料發(fā)展的方向之一。
夾層結(jié)構(gòu)材料大部分用在車身外蒙皮、車架結(jié)構(gòu)、車身結(jié)構(gòu)、保險(xiǎn)杠、車門、座椅等處。如用玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性面板和聚丙烯蜂窩芯復(fù)合蜂窩板制造轎車的行李后擱板、承重地板等,可以獲得非常大的損傷容限。用環(huán)氧系粘結(jié)劑將紙蜂窩芯與上下兩層防銹鋼板復(fù)合形成蜂窩板用作汽車地板和車頂襯里,具有較好的吸聲性能。美國(guó)GE公司采用由馬氏體鋼、反應(yīng)注射模塑纖維增強(qiáng)聚氨醋層和聚乙烯蜂窩層組成的新型復(fù)合材料制造汽車保險(xiǎn)杠,這種保險(xiǎn)杠比鋼制的同樣產(chǎn)品輕9kg,能夠滿足5km/h的撞擊實(shí)驗(yàn)。日本的許多概念車還將鋁蜂窩板用于制造汽車底板,即減輕了車體重量又增加了車體剛性。
(4)船舶:與傳統(tǒng)材料(如木材、金屬、纖維增強(qiáng)復(fù)合塑料)制造的結(jié)構(gòu)件和非結(jié)構(gòu)件相比,蜂窩夾層材料制成的相應(yīng)構(gòu)件分別減輕50%和75%的質(zhì)量??捎糜谏a(chǎn)快速渡輪的艙壁、船殼以及賽艇的輕質(zhì)桅桿。即減輕船重,又改善了船的穩(wěn)定性和靈活性。國(guó)內(nèi)也開始將鋁蜂窩板應(yīng)用在船舶上。為了減輕船體重量,簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu),提高效益,船體內(nèi)部設(shè)備的輕型化在國(guó)外日益受到重視,內(nèi)壁板、天花板、門板等采用鋁蜂窩復(fù)合板已取得明顯效果。這一新技術(shù)改變了制件的技術(shù)性能,延長(zhǎng)使用壽命,減少了維護(hù)檢修工作。同時(shí),給人以舒適感,提高了船室的美觀程度。