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    樹脂-泡沫鋁復(fù)合材料制備及性能研究(七)

    日期:24-11-21     時間:11:22 來源: 益榮金屬

    樹脂-泡沫鋁復(fù)合材料制備及性能研究(七)


    1.4高分子聚合物/泡沫鋁復(fù)合材料研究現(xiàn)狀

    國內(nèi)外許多學(xué)者將高分子聚合物以涂覆、填充等方式與泡沫鋁材料結(jié)合制成一種具有多種優(yōu)點的互穿相復(fù)合材料,并研究了復(fù)合材料的壓縮、彎曲、防爆、抗沖擊等性能。

    于英華將松香、環(huán)氧樹脂、納米蒙脫土改性環(huán)氧樹脂注入泡沫鋁中形成三種互穿相復(fù)合結(jié)構(gòu),測試了壓縮與擺錘沖擊力學(xué)性能,發(fā)現(xiàn)加入高分子聚合物后形成的互穿相結(jié)構(gòu)相比單獨的泡沫鋁其力學(xué)性能均有所提高,其中納米蒙脫土改性環(huán)氧樹脂的加入使得復(fù)合結(jié)構(gòu)力學(xué)性能提高最為顯著。邵旭東制備了泡沫鋁孔洞直徑分別為5 mm和10mm,空心玻璃微珠質(zhì)量比為0%、1%、2%、3%、4%、5%的環(huán)氧樹脂泡沫鋁互穿相復(fù)合材料,通過落錘沖擊試驗分析了不同玻璃微珠質(zhì)量比的載荷-時間曲線和能量-時間曲線,發(fā)現(xiàn)3%和4%的玻璃微珠質(zhì)量比的互穿相復(fù)合材料有最好的抗沖擊性能,在落錘沖擊后的損壞程度也最小。

    余為對空心玻璃微珠(HGB)含量為10%和20%的環(huán)氧樹脂(EP)-泡沫鋁互穿相復(fù)合材料進行壓縮試驗,分析其破壞形貌,力學(xué)性能以及能量吸收性能。發(fā)現(xiàn)空心玻璃微珠(HGB)的加入會使彈性模量和屈服極限比相對于環(huán)氧樹脂(EP)-泡沫鋁材料有所降低,填充了環(huán)氧樹脂(EP)的泡沫鋁材料發(fā)生了明顯的應(yīng)力松弛現(xiàn)象,應(yīng)力松弛率隨著空心玻璃微珠(HGB)含量的增大而增大。齊明思對聚氨酯填充的泡沫鋁塊進行了準靜態(tài)壓縮實驗,分析了聚氨酯含量和泡沫鋁孔隙率對準靜態(tài)壓縮性能的影響。發(fā)現(xiàn)當泡沫鋁孔隙率確定時,聚氨酯含量上升可以使互穿相復(fù)合材料的壓縮性能和吸收能量性能得到了提高,而當聚氨酯含量確定時,提高泡沫鋁的孔隙率會使其壓縮性能和能量吸收性能降低。

    宋玉環(huán)研究了聚氨酯、蜂窩鋁、聚氨酯-蜂窩鋁復(fù)合材料的準靜態(tài)壓縮實驗,對壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線進行了分析,結(jié)果表明曲線分為彈性階段,屈服階段,致密化階段。蜂窩鋁的格柵作用減少了聚氨酯的橫向變形和變形回復(fù),聚氨酯的存在減少了蜂窩鋁的彎曲變形,使得復(fù)合材料在較大的應(yīng)力下才屈服失效。對蜂窩鋁的孔徑進行了研究,發(fā)現(xiàn)小孔徑的聚氨酯-蜂窩鋁復(fù)合材料的格柵作用、初始剛度、吸能效率要高于大孔徑復(fù)合材料。辛亞軍研究了環(huán)氧樹脂-泡沫鋁復(fù)合材料和環(huán)氧樹脂-蜂窩鋁復(fù)合材料的壓縮、彎曲、沖擊等性能。通過對環(huán)氧樹脂-泡沫鋁復(fù)合材料的壓縮和彎曲力學(xué)性能的研究發(fā)現(xiàn),結(jié)構(gòu)具有較好的穩(wěn)定性,其抗壓強度、能量吸收能力也較強,復(fù)合層和芯體之間也沒有分離。通過對環(huán)氧樹脂-泡沫鋁復(fù)合材料的局部壓縮性能的研究發(fā)現(xiàn),復(fù)合層厚度對復(fù)合材料力學(xué)性能影響較大,復(fù)合層厚度在2 mm左右為最佳厚度。通過對環(huán)氧樹脂-泡沫鋁復(fù)合材料的落錘沖擊性能的研究發(fā)現(xiàn),沖頭類型對能量吸收性能的影響不大,增加復(fù)合層厚度對吸能效果和峰值荷載影響較小。張勇研究了聚氨酯泡沫鋁和混凝土在不同組合情況下的抗爆炸能力,從爆炸試驗中發(fā)現(xiàn)聚氨酯泡沫鋁比泡沫鋁在爆炸試驗中吸收了更高的能量,聚氨酯泡沫鋁的厚度增加1倍,可以使吸能效果增加50%。從數(shù)值模擬實驗中發(fā)現(xiàn),聚氨酯泡沫鋁層厚度是決定復(fù)合結(jié)構(gòu)抗爆炸能力的重要因素。

    Tilbrook M T通過多級滲透工藝制備了均勻和梯度兩種泡沫鋁-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料,并分析其在單調(diào)載荷和循環(huán)載荷作用下的疲勞裂紋擴展規(guī)律。發(fā)現(xiàn)在單調(diào)載荷作用下,由于裂紋尖端后橋接區(qū)的發(fā)展,均質(zhì)復(fù)合材料試件出現(xiàn)裂紋擴展增韌現(xiàn)象。在循環(huán)加載下,裂紋擴展阻力也有類似的增加。Dukhan N通過注射成型工藝使用聚丙烯填充開孔泡沫鋁。制備成三種每厘米4、8和16個孔的線性孔密度的復(fù)合材料,并測試了彎曲模量、彎曲強度和剛度。通過比較表明,復(fù)合材料比單獨的泡沫鋁或聚丙烯更堅硬,復(fù)合材料的剛度隨著孔徑的減小而增大,較小的孔隙尺寸可以使試樣上有更多的泡沫鋁孔,從而增加了復(fù)合材料的彎曲剛度。Fan Z制備了泡沫鋁-硬質(zhì)聚氨酯泡沫互穿相復(fù)合材料,并分析其在不同應(yīng)變率下的力學(xué)響應(yīng)。發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料的應(yīng)變率敏感性主要由硬質(zhì)聚氨酯引起,而變形機制仍以泡沫鋁骨架為主,由于動態(tài)壓縮性的降低泡沫鋁骨架在高應(yīng)變率下呈現(xiàn)較低的總能量吸收規(guī)律。與固體聚合物和泡沫鋁組成的復(fù)合材料相比,泡沫鋁-硬質(zhì)聚氨酯泡沫復(fù)合材料的壓縮性能、力學(xué)性能和應(yīng)變率敏感性要更高,更高的應(yīng)變率敏感性使得動態(tài)壓縮時復(fù)合材料的耗能增加了13.8%。并提出了一種改進的本構(gòu)模型來捕捉預(yù)制復(fù)合材料的動態(tài)響應(yīng),預(yù)測結(jié)果與實驗結(jié)果吻合較好。

    Liu S使用不同體積分數(shù)的泡沫鋁制備了三種泡沫鋁(AF)/聚氨酯(PU)互穿相復(fù)合材料,并進行了壓縮和循環(huán)壓縮試驗對其力學(xué)行為進行研究。通過壓縮試驗發(fā)現(xiàn),AF/PU復(fù)合材料的抗壓強度隨著鋁體積分數(shù)的增加而增加。通過循環(huán)壓縮試驗發(fā)現(xiàn),泡沫鋁骨架和聚氨酯的彈性變形可以造成AF/PU復(fù)合材料的可恢復(fù)變形現(xiàn)象。同時建立了AF/PU復(fù)合材料的單調(diào)應(yīng)力-應(yīng)變模型和循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變模型,通過與試驗結(jié)果的對比分析,證實了模型的有效性。Bao H通過把聚氨酯填充到球形泡沫鋁中制成球形泡沫鋁-聚氨酯復(fù)合材料(SCPA-PU復(fù)合材料),并進行了準靜態(tài)壓縮試驗。發(fā)現(xiàn)SCPA-PU復(fù)合材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線分為三個階段:線彈性段、塑性平臺段和致密區(qū)。提高泡沫鋁的相對密度可以提高SCPA-PU復(fù)合材料的平臺應(yīng)力和致密應(yīng)變能。同時基于試驗結(jié)果,驗證了三種模型在SCPA-PU復(fù)合材料本構(gòu)方程中的適用情況。

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