一、原理
自二十世紀四十年代低密度的夾芯材料就已用於複合材料，它可提高彎曲強度、降低重量。具有相同負荷能力的夾層結構要比實體層狀結構輕好幾倍。夾芯材料能夠降低單位體積的成本、削弱噪音與震動、增加耐熱、抗疲勞和防火效能等。
夾芯材料的作用機理是將剪下力從表皮層傳向內層，使兩個表皮層在靜態和動態載荷下都能保持穩定，並且吸收衝擊能來提供抗破壞效能。
二、分類
用於複合材料夾層結構的夾芯材料主要有：硬質泡沫、蜂窩和輕木三類。
①硬質泡沫主要有聚氯乙烯（pvc）、聚氨酯（pu）、聚醚醯亞胺（pei）和丙烯腈-苯乙烯（san或as）、聚甲基丙烯醯亞胺（pmi）、發泡聚酯（pet）等。
②蜂窩夾芯材料有玻璃布蜂窩、nomex蜂窩、棉布蜂窩、鋁蜂窩等。蜂窩夾層結構的強度高，剛性好，但蜂窩為開孔結構，與上下面板的粘接面積小，粘接效果一般沒有泡沫好。
③輕木夾芯材料是一種天然產品，市場常見的輕木夾芯主要產自南美洲的種植園，由於氣候原因，輕木在當地生長速度特別快，所以比普通木材輕很多，且其纖維具有良好的強度和韌性，特別適合用於複合材料夾層結構。
三、應用領域
夾芯材料的應用領域廣闊，涉及能源、航空航天、船舶、交通運輸、建築等領域。
航空航天
飛機的主要部件，如機身，機翼和尾翼可採用pvc泡沫夾芯材料復合結構，同時使用丁二烯。在生產中不必進行高壓高溫處理。飛機的重量得以減輕。
直公升飛機最新一代復合螺旋槳葉採用密度較低、可耐大多數溶劑且可經受高壓蒸煮溫度和壓力的pmi泡沫夾芯材料。它採用傳統預浸工藝製造。這種新型復合螺旋槳葉的壽命可達10000h/l，是先前金屬槳葉壽命的十倍。
今天超輕型競賽飛機、飛機模型和現代"超級風車"的槳葉都使用了輕質木質夾芯材料。
船舶常規的交聯pvc泡沫己在船舶中廣泛應用。瑞士海軍的護衛艦使用了28、13.5、0.
09m片狀構造的丁二烯蜂窩夾芯材料。聚氨酯（pu）發泡夾芯材料也常用於船舶的建造。80kg/m高密度泡沫可應用於承載部件如船舷等；80～120kg/m的泡沫專門用作甲板和上部構造的芯材。
硬質pu泡沫廣泛用於水槽、絕緣板、結構性填料和充空填料。大型冷藏拖網魚船很多是整體成型的夾芯構，用玻璃布製作內外蒙皮，夾芯材料的厚度為100mm。該類船具有輕質、高強、耐海水腐蝕、抗微生物附著以及吸收撞擊能。
很多遊艇的船底、表面使用了標準的輕質木，以保證最大的剪下和擠壓強度；船前部和甲板使用了密度較低的輕質木；隔壁面板室內地板和家具也使用了輕質木夾芯材料。
在多雜物（浮木等）漂浮的巴拿馬運河中營運的快速渡輪，其抗破壞能力應是首先考慮的，其次是總重量輕以保證渡輪的速度。由於這些原因，一種線型pvc泡沫芯材被選作船殼底材，另一型別的pvc泡沫芯材作船殼側面材料和舷側突出部。部件使用玻纖增強表皮層和真空袋膜工藝；甲板和船艙側面使用橫紋輕質木夾芯材料，其表面用交聯環氧樹脂/玻纖板材做艙房表皮層，以保證渡輪達到abs標準。
交通運輸
交聯的pvc夾芯材料在鐵路運輸中得到廣泛應用，並用於公共汽車和有軌電車及電單車等。一級方程式賽車模仿自然蜂窩結構，使用空心六邊形管相互作用增強原理製作芯材。賽車具有高的抗衝擊強度和能量吸收能力。
比賽用自行車也採用這種蜂窩結構芯材。法國製造的鐵路冷藏車採用pvc泡沫夾芯材料提高隔熱效果。其它夾芯材料用於運輸車輛主要是利用它們的絕緣性，如聚異氰酸酯絕緣泡沫塑料等。
建築夾芯材料在建築上的應用十分廣泛。在內外牆上使用纖維板、膠合板等各種夾芯材料，使牆壁具有隔音、隔熱、輕質、高強等優點。由於頂棚強度要求不太高，只要求重量輕、剛性好，有一定防火、保溫效能，其次是美觀和**便宜，安裝方便，因此通常採用各種纖維芯材和pe鈣塑泡沫芯材等。
其它夾芯材料用在建築上主要是利用它們的絕緣性。
風能夾芯材料是風電葉片的關鍵材料之一，為增加結構剛度，防止區域性失穩，提高整個葉片的抗載荷能力，在葉片的前緣、後緣以及剪下肋等部位，一般都會採用夾層結構。
用於風電葉片的夾芯材料主要有交聯pvc泡沫、balsa輕木和pet泡沫。典型的設計方案是，把強度較高的balsa輕木（密度為150 kg/m）用於承受載荷較大的靠近葉根的部位，交聯pvc泡沫（密度為60 kg/m）用於承載較小的靠近葉尖的部位，從葉根向葉尖方向，夾芯材料的厚度逐漸減小。也有葉片廠家只使用balsa輕木或泡沫。
三明治夾芯結構，是一種特殊的複合材料結構型別，三明治夾芯結構是通過在重量輕而相對厚一點的芯材兩側貼上兩層薄而堅固又有剛度的面板所組成。三明治夾芯結構有著典型的輕重量、高剛性和高強度特徵。
當三明治夾芯結構承受彎曲載荷時，其工作原理從某種意義上來說類似於工字鋼，工字鋼翼板（正如三明治夾芯結構的面板）承載平面壓縮和拉伸荷載，而工字鋼腹板承受剪下載荷（正如結構三明治夾芯結構的芯材）。像使用傳統的工字鋼一樣，當上下面板之間的距離被進一步分開，結構就能獲得更大比例的剛性。較厚的芯材能達到同樣的效果，但它也能提供乙個總體的低比重，這就獲得了高剛度-重量比。
三明治夾芯結構在具有在保持力學效能的同時顯著減輕重量的能力。減重帶來許多好處，包括增加的行程、更大的載荷和降低的油耗。所有這些都對成本和減少對環境的衝擊有著積極的影響。
因此，在三明治夾芯複合材料的應用變得越來越廣泛。
三明治夾芯複合材料除了具有較高的剛度-重量比之外，還可以通過選擇不同的芯材和面板來實現不同的功能。
阻燃、低煙、無毒（fst）
在公共汽車、火車和飛機這類人員高度密集的地方，通過選用適合的芯材可以實現三明治夾芯複合材料的特殊功能——阻燃、低煙和無毒。一些結構芯材因為具有特殊的結構及原料特點，因此可以在保證無毒的基礎上實現自我熄滅功能；而隔熱聚合物芯材通常由微孔結構構成，在這些微孔中充滿了空氣從而實現隔熱、隔冷效果。
隔音同樣基於微孔結構，當芯材選用合適的材料時，可以實現三明治夾芯複合材料具有良好的隔音效果。這在高鐵、航空等領域的應用已經非常廣泛了。
耐腐蝕三明治夾芯結構複合材料的面板通常可以選用一些剛性相對較差但具有良好的抗衝擊、耐腐蝕性能的材料，例如玻璃鋼。以遊艇殼體為例，通過選用以玻璃鋼為面板，以pvc、pet泡沫或輕木為芯材的三明治夾芯結構複合材料，不僅可以使遊艇殼體在高鹽、高腐蝕的情況下具有良好的壽命，還能實現隔熱、抗衝擊、防火等各項效能。這使三明治複合材料成為船舶和海底結構應用的理想選擇。
介電性質
一些芯材材料具有卓越的介電性質。這使得它們可以隔斷無線電波的干擾——這一特點可以用於設計和建造雷達罩、雷達裝置的球形遮蔽物或x光裝置。
最典型的三明治夾芯結構複合材料通常由面板、芯材、膠合層組成。
面板（上蒙皮、下蒙皮）
面層承載三明治夾芯結構中的拉伸和壓縮應力。區域性的抗彎剛度往往小到可忽略不計。像鋼、不鏽鋼、鋁、玻璃鋼這樣的傳統材料常被用於面層材料，隨著碳纖維的高速發展，如今碳纖維也已經是三明治夾芯結構複合材料的主要選擇之一。
芯材芯材的作用是支撐的面板使它們不會產生向內或向外的彎曲（變形），並將它們彼此保持在相應的位置。芯材由於通常密度較低，因此夾層結構材料與能承擔同等載荷的非夾層結構材料相比，質量大為減輕；芯材還有乙個作用，它的加入擴大了兩個面板間距，而面板間距越大，整個夾層結構材料截面慣性矩越大，因此其整體強度會得到一定提公升，因此芯材通常還需具備較好的抗剪下強度。
膠合層（膠黏劑）
為了使面層和芯材之間相互配合，面層和芯材之間的膠黏劑必須能傳導它們之間的剪下力。膠黏劑必須能承載剪下和拉伸應力，膠合層通常由樹脂組成。
自二十世紀四十年代低密度的"芯" 就已用於複合材料，它可分隔表皮材料可提高彎曲強度、降低重量。具有相同負荷能力的夾層結構要比實體層狀結構輕好幾倍。芯材還能對整體強度起加強作用，降低單位體積的成本、削弱噪音與震動、增加耐熱、抗疲勞扣防火效能等。
芯材的作用機理是將剪下力從表皮層傳向內層，使兩個表皮層在靜態和動態載荷下都能保持穩定，並且吸收衝擊能來提供抗破壞效能。
芯材大致上分成三類：泡沫類，柔韌或堅硬；蜂窩類，一般選為更高規格的應用；膜袋制法和三維（3d）織物或無紡布。
芯材的應用領域廣闊，涉及航空航天、船舶、交通運輸、建築等領域。
1、航空航天
航空部門特別需要輕質高強的材料。夾層結構獲得低密度芯材的方法之一是復合模袋法。它在泡沫中將微珠有序結合，典型的是玻璃微珠。
輕而堅硬的芯材或層材，用於飛機、航空器和其它領域。它們具有防火、低導電和抗破環的特性。
飛機的主要部件，如機身，機翼和尾翼可採用pvc泡沫芯材復合結構，同時使用丁二烯。在生產中不必進行高壓高溫處理。飛機的重量得以減輕。
直公升飛機最新一代復合螺旋槳葉採用密度較低、可耐大多數溶劑且可經受高壓蒸煮溫度和壓力的pmi泡沫芯材。它採用傳統預浸工藝製造。這種新型復合螺旋槳葉的壽命可達10000h/l先前的金屬槳葉壽命提高十倍。
飛機的機艙地板對材料的要求非常挑剔。由於其使用的特殊性，要求其輕質、高硬度、耐疲勞及長壽命。現在飛機上使用了芳族聚醯胺纖維為芯材的地板和其它類似的產品。
這些產品最大的優點是有效而持久，即使用於噴氣式飛機的過道，也完全滿足了機艙地板材料的要求。飛機上最早使用的鋁質夾層結構雖然輕質j更實，但是它不耐腐蝕、易扭曲、導熱、有導致點載荷破壞的傾向，而以芳族聚醯胺纖維為芯材的地板完全克服了鋁質夾層結構的這些缺陷。
美國紐澤西洲的巴爾特得公司在20世紀60年代太空飛行員乘坐的探測號上使用了輕質木芯材。它使太空飛行員乘坐的探測號經受了降落時的衝擊。70年代輕質木芯材被用來隔離盛有大量液氮的艙體。
今天超輕型競賽飛機，飛機模型和現代"超級風車"的槳葉都使用了輕質木芯材。
2、 船舶
常規的交聯pvc泡沫己在船舶中廣泛應用。瑞士海軍的護衛艦使用了28、13.5、0.
09m片狀構造的丁二烯蜂窩芯材。聚氨酯（pu）發泡芯材也常用於船舶的建造。80kg/m高密度泡沫可應用於承載部件如船舷等；80～120kg/m的泡沫專門用作甲板和上部構造的芯材。
硬質pu泡沫廣泛用於水槽、絕緣板、結構性填料和充空填料。大型冷藏拖網魚船海王星號甲板室是整體成塑的夾芯結構，用玻璃布製作內外蒙皮和芯材，芯材的厚度為100mm。該船具有輕質、高強、耐海水腐蝕、抗微生物附著以及吸收撞擊能。
該船在條件惡劣的巴倫支海和北大西洋營運。菸草競速隊11.5m長的高速機船贏得了2023年西海岸機船賽f2級（10.
5~12.2m）冠軍。它的船底和表面使用了標準的輕質木，以保證最大的剪下和擠壓強度；船前部和甲板使用了密度較低的輕質木；隔壁面板，室內地板和家具也使用了輕質木芯材；泡沫芯材船頭取代了陳舊笨重的式洋。
其結果是重量降低22％，速度提高了24km/h，達到136km/h了以上。
仿生複合材料
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