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口罩的SMS结构,引发对复合材料三明治夹芯结构的思考
发布时间:2020-03-02
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01  口罩

 

口罩作为一种卫生用品,通常戴在口鼻部位用于过滤进入口鼻的空气,以达到阻挡有害的气体、气味、飞沫进出。

 

作为一种最简单、最有效,可以预防疾病的用品,口罩算是一个伟大的发明。

 

如果不是这次的“新冠”疫情,口罩这个小东西,并不会那么引人关注。

 

价格飞涨,万人摇号,有钱无货,全球紧缺……这些魔幻的现实让口罩瞬间成了最爆的单品。

 

以前见面第一句话是,吃饭了没?

 

现在改成了,有口罩没?

 

都说物以稀为贵,一下子拥有了亿万顶流的口罩被大家剖析得一清二楚。原材料、生产厂商及设备、相关产业链、产能产量、技术难点……

 

连普通百姓对高融指PP、熔喷布、无纺布这些专业词汇都有所了解。

 

各类分析的文章更是把口罩翻了个底朝天。

 

供需的不平衡才导致了口罩的紧缺,而生产口罩的关键则是熔喷布,也就是口罩的中间层。

 

如果你剪开一个口罩,可以看到有明显的分层。普通口罩一般有三层,外层防水作用,中间层过滤作用,内层吸水汽作用。

 

看着这张结构图10秒钟,小编突然若有所思,想到了复合材料的三明治夹芯结构,然后要开始分享今天的正题。

 

02  复合材料三明治夹芯结构

 

三明治夹芯材料结构,是一种特殊的复合材料结构类型,三明治夹芯结构是通过在重量轻而相对厚一点的芯材两侧贴上两层薄而坚固又有刚度的面板所组成。

 

跟口罩的SMS结构非常相似。

 

复合材料中常见的三明治结构主要组成有三层:面板、芯材、面板。如果细究的话,其实面板与芯材之间还有一层胶黏层,所以也可以说有五层组成。

 

面板又称为蒙皮,一般分上蒙皮和下蒙皮。主要承载三明治夹芯结构中的拉伸和压缩应力。钢、不锈钢、铝、玻璃钢等材料都可以作为面板,树脂基材料中常见的是玻璃纤维碳纤维芳纶等增强材料与树脂结合作为面板。

 

芯材的作用是支撑面板,使它们不会产生向内或向外的弯曲(变形),并将它们彼此保持在相应的位置。常见的芯材有硬质泡沫、蜂窝轻木立体毡强芯毡等。

 

树脂基复合材料三明治结构产品的应用领域非常广泛,包括风电、轨道交通、通讯、船舶、航天航空、运动器材等等,这些领域的很多产品都采用了三明治夹芯结构。

 

成型工艺也相对较多,常见的手糊、喷射、真空、RTM、热压罐等工艺都可以成型。

 

三明治夹芯结构的最大特点就是在保证刚性的前提下,尽可能地减轻产品重量,因此在追求轻的领域中越来越受到大家的欢迎,比如风电、新能源汽车等领域。

 

03  中间层

 

分析三明治结构可以看到,和传统玻璃钢相比,中间层芯材的选择非常关键。同样的面板,选择不同的芯材,性能也完全不一样。

 

中间层犹如三明治夹芯结构的“心脏”,这一点和口罩的“心脏”熔喷布非常相似。

 

熔喷布的主要原料是塑料聚丙烯,也就是我们通常说的PP。选用高融指的PP,通过特殊的喷丝工艺,喷出单丝1-5μm的纤维,形成多空隙、结构蓬松的无纺布。

 

这些具有独特的毛细结构的超细纤维增加单位面积纤维的数量和表面积,从而使熔喷布具有很好的过滤性、屏蔽性、绝热性和吸油性。

 

作为口罩的中间层,熔喷布可以吸附含有病毒或细菌的气溶胶,粉尘等细小颗粒物,从而保护我们的身体健康。

 

在口罩紧缺的情况下,熔喷布的价格已经从2万多涨到20多万了,就算价格暴涨,市场却依旧缺货。

 

虽然各大小工厂已经开足马力,但仍旧无法满足市场的需求,而扩大生产线又面临生产设备交货周期长,人员操作技术要求高等因素的限制,特别是国内能生产设备核心零件的企业不多,所以在口罩需求量剧增的情况下,熔喷布也就出现了非常紧缺的现象。

 

反观复合材料三明治结构的中间层夹芯,目前多采用的PVC、PET、PMI、轻木等,同样存在类似的现象。这些夹芯的生产技术要求高(轻木因生长环境特殊),大部分核心的技术都掌握在国外。国内即使有一些可以生产,但产品性能存在不足,因此还是需要大量进口。

 

去年风电市场对芯材的需求剧增,造成PVC、轻木等原料异常紧张,一样存在一天一个价,有钱也买不到货的情况。

 

这种现象,短时间内无法改变。

 

04  反思

 

熔喷布和夹芯,两个看似不相关的材料,其实却有这么多的相似点。

 

往往危机来临时,我们才会发现自己的短板。一片繁华景象中,原来暗藏着隐患,一旦脖子被掐住,就丧失了呼吸的能力。

 

古人云:居安思危。

 

虽然改革开发以来,我们通过不断奋斗,很多技术已经开始迎头赶上,甚至超越。但还是有不少短板需要我们去努力完善。

 

一块小小领域的熔喷布和夹芯,就让我们发了愁。而因为小,往往更容易被人忽视。

 

然而危机的到来,也不全是坏处,会促使我们更好地去面对自己的短板。在压力面前,中华民族爆发出来的力量,已经无数次让世人刮目相看。

 

这一次,也不会有意外!

 

疫情终究会被战胜,当我们摘下口罩的时候,该想想如何去拥有一颗强壮的“芯”,只有这样,复合材料的发展才能更进一步。

 

(文:长弓侠FRP;来源:复合材料社区)

 

 

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