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樹脂-泡沫鋁復合材料制備及性能研究(一)

日期:24-10-22     時間:01:28 來源: 益榮金屬

樹脂-泡沫鋁復合材料制備及性能研究(一)


泡沫鋁是一種新型的工程材料,具有低密度、高比強度、良好減震效果、高吸能、優(yōu)異隔音效果、高電磁屏蔽效率等優(yōu)良性質(zhì),在汽車、輪船、人造衛(wèi)星、航天器、軍事裝備、道路隔音等方面具有廣泛應用。然而,泡沫鋁自身的強度較低,導致在惡劣環(huán)境下容易變形失效,極大限制了其在工程中的應用。國內(nèi)外研究表明,將高分子聚合物填充進泡沫鋁孔洞中,可以得到互穿相復合材料,其力學強度和抗沖擊能力都有極大提高,成為泡沫鋁增強的主要方法之一。本文將PU-PUR共混,以改善聚氨酯(PU)強度低而受力變形較大和聚脲(PUR)受力易脆性斷裂失效的缺點,然后將共混樹脂填充到開孔泡沫鋁孔洞中,制備得到PU-PUR/Al Foam復合材料,對PU-PUR共混樹脂和PU-PUR/Al Foam復合材料的多項性能進行了研究,主要內(nèi)容如下:

(1)對PU-PUR樹脂共混體系進行的研究:

①分析了PU-PUR體系的流變學性質(zhì),在與DSC曲線對比分析的基礎(chǔ)上確定了PU-PUR共混樹脂體系的最佳固化溫度和固化時間。

②測試了PU-PUR共混樹脂澆鑄體的拉伸和壓縮性能,分析了應力-應變曲線、彈性模量和強度、壓縮比吸能和拉伸斷裂伸長率。結(jié)果表明:M4(PU/PUR=3:7)樹脂澆鑄體的壓縮失效應變?yōu)?.51,拉伸彈性模量和強度為960.67 MPa和11.84 MPa,壓縮彈性模量和強度為248.43MPa和42.65 MPa,壓縮比吸能為9862.33 mJ/g,拉伸斷裂伸長率為25.82%。對比分析可知M4樹脂澆鑄體在拉伸和壓縮荷載下的韌性和強度最好。

③對拉伸斷面進行了SEM觀察,澆鑄體拉伸斷面平整沒有出現(xiàn)分相,PU和PUR兩種樹脂的相容性良好。

(2)對Al Foam和PU-PUR/Al Foam復合材料進行的研究:

①進行了落錘沖擊試驗,分析了破壞形貌、載荷-時間曲線、載荷-位移曲線和能量-時間曲線。Al Foam在落錘沖擊時響應速度快且吸能比較高,是抗落錘沖擊性能極好的材料。PU-PUR/Al Foam復合材料中M4(PU/PUR=3:7)/Al Foam和M5(PU/PUR=0:10)/Al Foam沖擊響應速度很快,分別在1.92 ms、1.86 ms內(nèi)就能達到峰值載荷8196N、8668N與峰值能量48.518J、48.476 J,且其沖擊持續(xù)時間為7.53 ms、7.37 ms,總位移較低為6.93mm、6.25mm,吸能比較高均為93.71%,可知兩種復合材料上述性能的數(shù)值都很接近。然而聚脲樹脂的脆性斷裂現(xiàn)象造成M5/Al Foam背面的裂縫數(shù)目更多而延伸范圍廣,導致其在受到?jīng)_擊荷載時更容易脆斷失效。M4/Al Foam其樹脂中的30%PU增強了樹脂韌性,受到?jīng)_擊后裂縫延伸受阻,增強了抗沖擊能力。綜合分析得到M4/Al Foam是抵抗落錘沖擊載荷性能最佳的復合材料。

②進行了壓縮試驗,分析了壓縮應力-應變曲線、壓縮彈性模量和強度、壓縮比吸能。泡沫鋁骨架的存在改善了PU和PUR樹脂在壓縮應變較大時的扭曲變形和脆斷失效問題,使M1(PU/PUR=10:0)/Al Foam和M5/AlFoam復合材料可承擔的應變分別比PU和PUR樹脂澆鑄體高0.27和0.08。M5/Al Foam的壓縮彈性模量和強度為851.95MPa和107.32 MPa,壓縮比吸能為26925.15mJ/g,均高于其他類型的復合材料。綜合分析得到M5/Al Foam是抵抗壓縮載荷時性能最佳的復合材料。

③進行了簡支梁沖擊試驗。M4/Al Foam和M5/Al Foam的沖擊韌性最高且相近,分別為46.15kJ/m2和44.98 kJ/m2,均為抵抗簡支梁沖擊荷載時性能最佳的復合材料。

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