高低温处理对芯材（夹层结构）剪切性能的影响规律

不同芯材类型和胶黏剂体系对高低温环境的敏感性存在显著差异，其剪切性能退化规律也各不相同。

一、Nomex蜂窝芯材的温度响应

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，尤其是在激光这类高升温率热源的作用下，力学特性下降明显-28。

研究表明，随着温度升高，Nomex蜂窝的压缩强度和剪切强度均下降，但趋势不同——压缩强度开始下降较快，以后下降缓慢，而剪切强度总的下降趋势较缓慢-29。随着温度的升高，Nomex蜂窝夹层板两个方向上的弯曲刚度与剪切刚度均明显下降；当温度升高到180 ℃时，弯曲刚度与剪切刚度均低于常温时的20%-。对于破坏模式，当温度低于50 ℃时，多出现面板凹陷；当温度达到150 ℃甚至更高时，多出现面板与蜂窝芯脱离并向外凸出-。

二、PMI泡沫芯材的温度响应

PMI泡沫是目前耐热性能最好的结构泡沫之一，相同密度下，其压缩、拉伸、剪切模量和强度最高。PMI泡沫具有高的耐热变形温度，最高可达220℃，高密度泡沫在180℃、0.7 MPa条件下蠕变率低于2%，在160℃范围内泡沫不产生自动变形收缩-。

然而，在低温环境下，PMI泡沫夹芯材料的剪切行为更为复杂。研究表明，碳纤维/PMI泡沫夹芯复合材料在低温下首先发生芯层压缩失效，然后才是剪切失效，结构最后的破坏是由剪切失效引起的-21。这一发现表明，低温环境可能改变芯材（夹层结构）的失效模式顺序——在低温条件下，芯材压缩强度的下降比剪切强度的下降更为显著，导致失效过程从芯材压缩开始，最终仍以剪切破坏告终。

三、复合材料点阵夹芯结构的温度响应

碳纤维/环氧树脂基复合材料点阵夹芯结构对温度环境具有敏感性，在不同温度环境中树脂基体会发生不同的物理和化学变化，对树脂基体性能造成一定的影响，进而影响复合材料点阵夹芯结构的整体性能-10。采用理论预测和试验测试相结合的方法对高低温环境下的复合材料金字塔点阵夹芯结构剪切行为进行了研究，得到了不同温度对复合材料金字塔点阵夹芯结构剪切模量和强度的影响规律及失效模式-10。研究发现，热暴露温度低于180℃时，芯子杆件发生断裂破坏；热暴露温度达到230℃时，芯子杆件节点处发生拉脱破坏或复合材料面板分层-10。

四、不同芯材的高低温响应对比

五、主要退化机理归纳

综合上述研究，高低温处理导致芯材（夹层结构）剪切性能退化的主要机理包括：

• 热应力诱导的界面损伤：面板与芯材的热膨胀系数差异在温度循环中产生剪切热应力，当热应力超过界面粘接强度时，引发界面脱粘。

• 基体热软化与玻璃化转变：高温接近或超过树脂基体的玻璃化转变温度时，基体模量下降，芯材抗剪切能力减弱。

• 热氧老化降解：高温暴露期间，树脂基体发生热氧老化，交联密度下降，力学性能退化。

• 热失配致层裂：热失配压应力作用下，界面裂纹在剪切主导下扩展，形成层裂破坏。