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樹脂-泡沫鋁復合材料制備及性能研究（七）

1.4高分子聚合物/泡沫鋁復合材料研究現(xiàn)狀

國內外許多學者將高分子聚合物以涂覆、填充等方式與泡沫鋁材料結合制成一種具有多種優(yōu)點的互穿相復合材料，并研究了復合材料的壓縮、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合結構，測試了壓縮與擺錘沖擊力學性能，發(fā)現(xiàn)加入高分子聚合物后形成的互穿相結構相比單獨的泡沫鋁其力學性能均有所提高，其中納米蒙脫土改性環(huán)氧樹脂的加入使得復合結構力學性能提高最為顯著。邵旭東制備了泡沫鋁孔洞直徑分別為5 mm和10mm,空心玻璃微珠質量比為0%、1%、2%、3%、4%、5%的環(huán)氧樹脂泡沫鋁互穿相復合材料，通過落錘沖擊試驗分析了不同玻璃微珠質量比的載荷-時間曲線和能量-時間曲線，發(fā)現(xiàn)3%和4%的玻璃微珠質量比的互穿相復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)-泡沫鋁互穿相復合材料進行壓縮試驗，分析其破壞形貌，力學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)生了明顯的應力松弛現(xiàn)象，應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-蜂窩鋁復合材料的準靜態(tài)壓縮實驗，對壓縮應力應變曲線進行了分析，結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，聚氨酯的存在減少了蜂窩鋁的彎曲變形，使得復合材料在較大的應力下才屈服失效。對蜂窩鋁的孔徑進行了研究，發(fā)現(xiàn)小孔徑的聚氨酯-蜂窩鋁復合材料的格柵作用、初始剛度、吸能效率要高于大孔徑復合材料。辛亞軍研究了環(huán)氧樹脂-泡沫鋁復合材料和環(huán)氧樹脂-蜂窩鋁復合材料的壓縮、彎曲、沖擊等性能。通過對環(huán)氧樹脂-泡沫鋁復合材料的壓縮和彎曲力學性能的研究發(fā)現(xiàn)，結構具有較好的穩(wěn)定性，其抗壓強度、能量吸收能力也較強，復合層和芯體之間也沒有分離。通過對環(huán)氧樹脂-泡沫鋁復合材料的局部壓縮性能的研究發(fā)現(xiàn)，復合層厚度對復合材料力學性能影響較大，復合層厚度在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合結構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)氧樹脂復合材料，并分析其在單調載荷和循環(huán)載荷作用下的疲勞裂紋擴展規(guī)律。發(fā)現(xiàn)在單調載荷作用下，由于裂紋尖端后橋接區(qū)的發(fā)展，均質復合材料試件出現(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，復合材料比單獨的泡沫鋁或聚丙烯更堅硬，復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，從而增加了復合材料的彎曲剛度。Fan Z制備了泡沫鋁-硬質聚氨酯泡沫互穿相復合材料，并分析其在不同應變率下的力學響應。發(fā)現(xiàn)復合材料的應變率敏感性主要由硬質聚氨酯引起，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合材料相比，泡沫鋁-硬質聚氨酯泡沫復合材料的壓縮性能、力學性能和應變率敏感性要更高，更高的應變率敏感性使得動態(tài)壓縮時復合材料的耗能增加了13.8%。并提出了一種改進的本構模型來捕捉預制復合材料的動態(tài)響應，預測結果與實驗結果吻合較好。

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)互穿相復合材料，并進行了壓縮和循環(huán)壓縮試驗對其力學行為進行研究。通過壓縮試驗發(fā)現(xiàn)，AF/PU復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復合材料的可恢復變形現(xiàn)象。同時建立了AF/PU復合材料的單調應力-應變模型和循環(huán)應力-應變模型，通過與試驗結果的對比分析，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-聚氨酯復合材料(SCPA-PU復合材料),并進行了準靜態(tài)壓縮試驗。發(fā)現(xiàn)SCPA-PU復合材料的應力-應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復合材料的平臺應力和致密應變能。同時基于試驗結果，驗證了三種模型在SCPA-PU復合材料本構方程中的適用情況。