纸蜂窝也怕“高温蒸煮”？——热老化测试揭秘夹层结构的面板-芯材界面演化

纸蜂窝夹层复合材料，是由两块较薄的面板牢固地粘结在一层较厚的蜂窝状芯材两面而制成的板材。凭借其轻质、高强、高刚度的特性，广泛应用于航空航天、无人机、轨道交通、建筑装饰等领域。然而，纸蜂窝夹层结构在高温环境下面临着一场严峻的考验——面板与芯材之间的胶接界面，正在高温下悄然演化。

热老化，对纸蜂窝夹层结构意味着什么？

蜂窝夹层结构所使用的环境长期处于高温下，对复合材料的耐温性能提出了严苛的要求。普通测试手段——即常温下力学性能的测试——并不能有效反馈纸基复合材料的使用性能，因此表征高温下和高温老化后的力学性能很有必要。

对于纸蜂窝夹层结构而言，热老化的影响主要体现在三个方面：

胶粘剂的热氧降解。 面板与蜂窝芯之间的胶粘剂层在高温下发生氧化反应，导致粘接强度下降。湿热环境主要削弱蜂窝壁之间的胶黏层，导致芯材剪切强度下降。

纸蜂窝芯材的热老化。 纸基材料在高温下发生纤维素的降解和脆化，影响芯材的平压强度和剪切性能。PBO纤维纸基复合材料在耐高温性能上具有显著优势，可以拓宽蜂窝芯材的应用范围。

面板/芯材界面的热应力损伤。 面板与芯材热膨胀系数的差异，在温度变化时产生界面热应力，加速界面脱粘。

核心检测标准与方法

ASTM C481-99(2025) 是专门针对夹层结构实验室老化的标准试验方法，于2025年最新修订。该标准提供了两种老化循环（A和B），模拟严酷或温和的暴露条件，以评估夹层板的耐久性。

典型测试条件（ASTM C481老化循环A——严酷条件）：

每个试样需经历六个完整的老化循环。完成六个循环后，试样需在23°C ± 3°C、50% ± 5%相对湿度下调节至恒重（±1%），并记录达到恒重所需时间。

典型研究案例

蜂窝夹层复合材料老化强度与疲劳性能研究。 南京航空航天大学的研究人员对蜂窝夹层复合材料试件按标准规定的老化环境处理后，试验研究了夹层结构面板拉伸分离强度、夹层芯子平压强度、板平面内剪切强度以及板平面内剪切疲劳寿命。结果表明，标准老化环境对试件的拉伸、压缩承载能力影响不大，而蜂窝夹芯的排列方向对面内剪切试件的强度和疲劳寿命将产生一定的影响。

温度对Nomex蜂窝夹层板剪切强度的影响。 Nomex蜂窝夹层板以其优异的力学性能被广泛应用于航空航天以及建筑领域，其中剪切强度是衡量其力学性能的重要指标。实践表明，Nomex蜂窝夹层板受温度的影响较大，尤其是在高升温率热源的作用下，力学特性下降明显。

PBO纤维纸基复合材料高温力学性能研究。 蜂窝夹层结构所使用的环境长期处于高温下，对复合材料的耐温性能提出了更为严苛的要求。PBO纤维所制备的蜂窝芯材在耐高温性能上具有显著优势，可以拓宽蜂窝芯材的应用范围。

广州老化所的核心能力

广州老化所拥有完备的热老化测试能力：

• 多台套高温老化箱、沸煮箱、冷冻试验箱，可覆盖ASTM C481全流程老化循环

• 具备ASTM C481、GB/T 1456、GB/T 1453、GB/T 1455、ASTM C365、ASTM C273等夹层结构全系列标准的测试能力

• 经CNAS和CMA认可的1688项方法标准

• 60余年老化研究数据积累

• 特色能力：可同步开展老化前后的平拉强度、平压强度、剪切强度、剥离强度、弯曲性能等夹层结构专属力学性能测试，以及面板/芯材界面脱粘面积评估

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