2021 年 2 月 18 日，毅力號火星車將攜帶它的偵察兵—Ingenuity無人機在火星著陸，碳纖維發(fā)泡夾心層設(shè)計的螺旋槳將助力Ingenuity開啟征服另一個星球的旅行。

　　無人機，承載著人類探索世界的夢想。而發(fā)泡材料作為無人機的翅翼護甲，見證了無人機從天空進入太空的無敵進化，助力人類的夢想實現(xiàn)得更輕、更快、更逼格。

　　無人機——無人駕駛飛行器(UAV)，通常被稱為無人駕駛飛機，是一種沒有人類飛行員的飛機。UAV的飛行具有不同程度的自主性：要么由操作員遠程控制，要么由機載計算機自主控制。早年無人機主要應(yīng)用在軍事領(lǐng)域，近些年隨著科技進步，其用途正迅速擴展到商業(yè)、科學(xué)、娛樂、地理以及其他應(yīng)用領(lǐng)域，如警務(wù)、維和、救援、產(chǎn)品運輸、航空攝影、農(nóng)業(yè)、監(jiān)控和無人機競賽等等。

　　最近十年的無人機市場神級提速，使發(fā)泡材料制作應(yīng)用異軍突起。相對于木質(zhì)材料以及碳纖維、玻璃纖維等復(fù)合材料，發(fā)泡材料成本更低、實用更強。無人機機身承載常用的材料分為發(fā)泡材料類、塑料、銅鐵鋁、碳纖維、尼龍、木材、玻璃鋼等。由于無人機對重量的要求極為嚴格，為了減少機身的重量，機身往往采取發(fā)泡材料加碳纖維的復(fù)合材料實現(xiàn)其結(jié)構(gòu)彈性和剛度分布要求。以發(fā)泡結(jié)構(gòu)芯材為基礎(chǔ)的夾層結(jié)構(gòu)和層壓板結(jié)構(gòu)構(gòu)成無人機復(fù)合材料的主要結(jié)構(gòu)形式，成為當(dāng)前最為熱門的復(fù)合材料之一。為植入傳感器、智能芯片，實現(xiàn)對無人機的實時監(jiān)控和智能化控制做出了重要防護貢獻。

　　發(fā)泡結(jié)構(gòu)芯材+碳纖維復(fù)合材料實現(xiàn)輕量化

　　傳統(tǒng)的微小型無人機通常采用輕木結(jié)構(gòu)框架表面加以熱縮蒙皮，或采用EPP等材質(zhì)發(fā)泡成型；對多旋翼而言，機體通常采用鋁合金型材，或者塑料。這些材料雖然重量輕，但是強度剛度不夠，在外力的沖擊下，能夠輕而易舉造成損傷，于是碳纖增強復(fù)合材料便成為了更好的選擇。

　　對于大型飛機而言，其機身主要采用薄殼結(jié)構(gòu)，機翼以翼肋復(fù)合蒙皮。在小型無人機上并不能復(fù)制該種結(jié)構(gòu)造型，這里面有成本控制、成型工藝等眾多因素的影響。研究人員發(fā)現(xiàn)，碳纖維三明治夾芯結(jié)構(gòu)能夠減少這些影響。

　　三明治夾心結(jié)構(gòu)能保持完美的力學(xué)性能，能顯著減輕重量提升機體輕量化。因此，三明治夾芯復(fù)合材料的應(yīng)用變得越來越廣泛。上下兩層蒙皮選用碳纖增強復(fù)合材料（碳纖維樹脂復(fù)合板材），芯材使用PET、PI、PMI等具有一定硬度和抗壓能力的輕質(zhì)發(fā)泡材料，通過一定的工藝，使之形成“碳纖維織物-發(fā)泡結(jié)構(gòu)芯材-碳纖維”的復(fù)合夾心結(jié)構(gòu)，這種方法多用于較為大型的無人機機體部件，能顯著減輕重量，有效降低成本。

　　模壓成型工藝

　　模壓成型工藝綜合了熱壓罐成型技術(shù)和真空袋成型工藝的優(yōu)點，模壓成型工藝較為簡單。無人機中舵面等采用發(fā)泡結(jié)構(gòu)芯材的復(fù)合材料大多形成于該種成型工藝。模壓成型就是先制作發(fā)泡結(jié)構(gòu)芯材并將其鋪貼蒙皮，鋪貼好的發(fā)泡結(jié)構(gòu)芯材便可以放入成型模之中，在成型模復(fù)合材料被壓緊和固化。

　　發(fā)泡結(jié)構(gòu)芯材PET/PI/PMI

　　以PET、PI、PMI等結(jié)構(gòu)性發(fā)泡芯材融入到碳纖維復(fù)合材料的設(shè)計中，成為高端無人機機翼以及部件的主流。

　　PET發(fā)泡材料由聚對苯二甲酸乙二醇酯發(fā)泡而成，是世界上最普遍的高分子材料，也被行業(yè)內(nèi)公認的未來復(fù)合材料行業(yè)的核心材料。PET發(fā)泡材料具有優(yōu)異力學(xué)性能的閉孔泡沫，具有高剛、高溫尺寸穩(wěn)定、高溫顏色穩(wěn)定、抗蠕變、表面光澤好、易著色等性能優(yōu)點，耐熱性好、機械性能好、性價比高?？蔁岢尚椭苯由a(chǎn)指定形狀和尺寸材料，而不用將材料進行分割，且可完全環(huán)保回收。

　　PET發(fā)泡材料

　　PET發(fā)泡芯材的均衡性能使得在無人機在機身、機翼和尾翼組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計中有了更多的可設(shè)計空間。改性PET發(fā)泡芯材使PET發(fā)泡材料優(yōu)異的力學(xué)性能更增強、穩(wěn)定性更好、阻燃性更好，大大提升了無人機的輕量化、續(xù)航能力和工作時間。

　　PI發(fā)泡材料

　　PI發(fā)泡材料，就是聚酰亞胺（英文名Polyimide，簡稱PI）泡沫，是聚酰亞胺樹脂原材料與發(fā)泡劑、泡沫穩(wěn)定劑等助劑通過聚合發(fā)泡反應(yīng)而成的發(fā)泡材料。PI發(fā)泡材料種類多，具有優(yōu)異的耐溫、不燃、低煙密度等性能，還具有突出的耐輻射性、重量輕、柔性回彈好、便于施工等性能能，這些獨特的性能是傳統(tǒng)發(fā)泡塑料所無法比擬的。