结构芯材（Structural core materials ）是在夹层结构复合材料（Sandwich-structured composites）中作为芯材使用的一类材料。夹层结构复合材料是一类特殊形式的复合材料，一般是由较薄且强度高的上、下面板（也叫做蒙皮）与相对较厚并且重量较轻的芯材组成。

　　采用夹层结构具有质量轻、弯曲刚度与强度大、抗失稳能力强、耐疲劳等优点，使用夹层架构可以显著减轻材料质量并提高性能指标，因此夹层结构复合材料在风力发电、航空航天、船舶、轨道交通、汽车、建筑节能等轻质复合材料领域得到广泛利用。

　　在夹层结构中通过使用低密度的夹芯材料来增加复合材料的厚度，这样可以在重量增加很少的情况下大幅提升材料刚度。根据这一特点，结构芯材首先需要具有密度低重量轻的特点；其次，为使面板在相互之间具有一定距离的情况下保持稳定，结构夹芯材料还要承受一定的应力。

　　根据结构芯材的材质不同，可分为蜂窝结构芯材、木质芯材和泡沫结构芯材。不同材质的结构芯材特点如下：

　　结构芯材具有轻质、比强度高、比刚度高的特点，并且具有良好的减震吸能性能，因而在风电、航空航天、轨道交通、建筑节能等方面具有广阔的应用前景。

　　2）结构芯材在风电叶片中的应用：随着风电技术的成熟，风力发电机组快速提升，风电叶片呈现大型化、轻量化、智能化发展趋势。降低大型风机叶片的重量，既可以减轻风机及叶片在运行时的压力，避免因叶片晃动而造成的对轴承、电机、塔筒等部件的损伤，提高风力发电经济效益。同时，大型风电叶片对强度和刚度要求越来越高，因此对制造叶片所用材料的重量、强度、刚度和成本优势也提出了更高的要求。

　　夹层结构是风电叶片的重要组成部分，可以提升叶片的结构刚度和强度，减轻叶片的重量，防止局部失稳，进一步提高整个叶片的抗冲击和抗载荷能力。在叶片的前缘、后缘以及剪切肋等部位，一般都会采用夹层结构。

　　目前在风电叶片中所使用的结构夹芯材料，主要包括轻木、PVC泡沫、PET泡沫等。夹芯材料的厚度从叶片根部到叶片尖端逐渐减小，强度相对较高的轻木用于承受载荷较大的靠近叶片根部的部位，泡沫芯材用于承载相对较小的靠近叶片顶端的部位。

　　①轻木芯材：轻木（Balsa，又称巴沙木）是一种木棉科天然木材，原产于南美洲及西印度群岛，分布于西印度群岛、墨西哥南部至秘鲁、厄瓜多尔、玻利维亚等热带国家的低海拔地区，其中厄瓜多尔为最大的轻木来源地。轻木是世界上最轻的商品用材树种，其密度仅为0.1-0.2吨/立方米。轻木因具有密度低、强度高、隔音、隔热等优异性能，被广泛应用于风力发电叶片、航空航天、军工机械、游艇船舶等众多领域。

　　轻木夹芯是由横断面轻木制作的结构夹芯，产品经过干燥、杀菌拼接切片和表面处理等工序。轻木夹芯材料的密度范围在135-175kg/m³，具有体积形态稳定、质量较轻、材质均匀、易于加工、不易变形、强度适中等诸多优良特性，是一种非常理想的天然夹芯材料。目前，在风电叶片中，轻木主要应用于风机叶片的壳体根部，通常用量每只叶片在4-7立方米左右。风电叶片中，轻木力学性能及设计要求如下：

　　②泡沫芯材：PET泡沫在风电叶片领域的应用，主要用于代替传统的PVC泡沫。目前PVC泡沫在风电叶片领域市场普遍使用型号有60kg/m3、80kg/m3等，其中以60kg/m3最多。PVC泡沫在风力发电中主要应用在风电叶片的腹板以及壳体中。

　　根据权威认证机构DNV-GL的要求，对泡沫芯材的主要技术指标是密度、吸水性、拉伸强度（模量）、压缩强度（模量）、剪切强度、弯曲强度（模量）、弯曲疲劳性能等。

　　从PET泡沫与PVC泡沫的静态力学性能比较可以看出，除平均密度这一项以外（PET泡沫较重），PET泡沫的其余指标均较优。同时，PET泡沫芯材的连续挤出发泡生产工艺易控制、生产效率高、废品率低，PET泡沫芯材的生产成本低于PVC泡沫芯材。另外，PET泡沫芯材是热塑性塑料，可以循环利用，可以减少污染和降低生产成本。PET泡沫还具有优异的闭孔结构，在灌注成型中对树脂的吸收量更低，有助于降低叶片生产成本。因此，PET泡沫芯材的综合性能较为优异，可以部分替代PVC泡沫芯材。

　　根据中金企信统计数据，轻木在2019年风电叶片夹芯材料使用量中占比约为38%，PVC用量占比约为31%，PET用量占比约为25%。预计未来PET使用量将大幅增长，成为风电叶片中使用最为广泛的夹芯材料。

　　（2）结构芯材技术现状分析：结构芯材是在夹层结构复合材料中作为芯材使用的一类材料。采用夹层结构具有质量轻、弯曲刚度与强度大、抗失稳能力强、耐疲劳等优点，使用夹层架构可以显著减轻材料质量并提高性能指标，因此夹层结构复合材料在风力发电、航空航天、船舶、轨道交通、汽车、节能建筑等轻质复合材料领域得到广泛利用。

　　在夹层结构中通过使用低密度的夹芯材料来增加复合材料的厚度，这样可以在重量增加很少的情况下大幅提升材料刚度。根据这一特点，结构芯材首先需要具有密度低重量轻的特点；其次，为使面板在相互之间具有一定距离的情况下保持稳定，结构夹芯材料还要承受一定的应力。

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