Kompozyty sandwich, nazywane także strukturami kanapkowymi, to jedne z najbardziej efektywnych konstrukcyjnie rozwiązań w inżynierii materiałowej. Pozwalają uzyskać bardzo wysoką sztywność przy minimalnej masie, co czyni je kluczowymi w nowoczesnym przemyśle.
Czym są struktury sandwich?
Struktura kanapkowa (sandwich) składa się z trzech podstawowych elementów:
- dwóch okładzin (warstw zewnętrznych) – najczęściej laminatów kompozytowych,
- rdzenia sandwich – lekkiego materiału o niskiej gęstości,
- połączenia adhezyjnego – zapewniającego współpracę wszystkich warstw.
To właśnie oddalenie okładzin od siebie przez lekki rdzeń decyduje o wyjątkowej sztywności konstrukcji.
Budowa kompozytów sandwich
1️⃣ Okładziny (skóry)
Najczęściej wykonywane z:
- laminatów z włókna szklanego (GFRP),
- laminatów z włókna węglowego (CFRP),
- laminatów hybrydowych.
Okładziny przenoszą główne naprężenia rozciągające i ściskające.
2️⃣ Rdzeń sandwich
Najczęściej stosowane rdzenie:
- pianki strukturalne (PVC, PET, PMI),
- plaster miodu (honeycomb) – aluminium, Nomex,
- rdzenie korkowe lub naturalne.
Rdzeń odpowiada za:
- przenoszenie naprężeń ścinających,
- stabilność geometryczną,
- izolację termiczną i akustyczną.
3️⃣ Połączenie warstw
- klejenie strukturalne,
- infuzja rdzenia żywicą,
- współutwardzanie (co-curing).
Zalety struktur kanapkowych
Najważniejsze zalety kompozytów sandwich:
- bardzo wysoka sztywność przy niskiej masie,
- doskonała odporność na zginanie,
- możliwość projektowania grubości i właściwości,
- dobra izolacja cieplna i akustyczna,
- odporność na korozję.
Dzięki temu płyty sandwich są niezastąpione w konstrukcjach lekkich.
Płyty sandwich – gdzie się je stosuje?
Płyty sandwich znajdują zastosowanie m.in. w:
- lotnictwie i kosmonautyce,
- energetyce wiatrowej,
- przemyśle morskim,
- kolejnictwie i transporcie,
- budownictwie specjalistycznym,
- sporcie i rekreacji.
Ograniczenia struktur sandwich
Mimo licznych zalet, kompozyty sandwich mają też ograniczenia:
- wrażliwość na uszkodzenia punktowe,
- bardziej złożona naprawa,
- wyższe koszty projektowania i produkcji.
Dlatego wymagają świadomego projektowania i kontroli jakości.
Podsumowanie
Kompozyty sandwich (struktury kanapkowe) to jedne z najbardziej efektywnych rozwiązań konstrukcyjnych dostępnych obecnie w inżynierii materiałowej.
Umożliwiają tworzenie lekkich, sztywnych i trwałych konstrukcji, których nie da się uzyskać z materiałów jednorodnych.
➡️ W kolejnych artykułach na kompozyty.net omówimy projektowanie struktur sandwich, dobór rdzeni oraz najczęstsze błędy produkcyjne
