空心微球/环氧树脂复合泡沫塑料的抗压性能与破坏机制

以环氧树脂为基体,不同粒径空心玻璃微球为填充体,制备了轻质高强复合泡沫塑料.通过单轴准静态压缩试验研究了空心微球的粒径大小对复合泡沫塑料的抗压性能的影响,并采用SEM对复合泡沫塑料的微观结构进行观测.通过随机空间分布法建立了空心玻璃微球/环氧树脂复合泡沫塑料的实体模型,并且使用有限元分析软件对复合泡沫塑料在1 kPa载荷下的应力分布进行了分析.结果表明,在相同体积含量下,当空心微球的粒径从30μm增大到120 μm时,复合泡沫塑料的抗压强度无明显变化.有限元分析的结果表明,在复合泡沫塑料中主要承载部分为空心微球,空心微球上的应力大于树脂基体上的应力.最大应力分布在空心微球的内壁,结合SEM图像可推测,空心微球在破裂之前受到充分的挤压,并且从内壁产生裂纹.     

空心微球/环氧树脂复合泡沫塑料的抗压性能与破坏机制

以环氧树脂为基体, 不同粒径空心玻璃微球为填充体, 制备了轻质高强复合泡沫塑料。通过单轴准静态压缩试验研究了空心微球的粒径大小对复合泡沫塑料的抗压性能的影响, 并采用SEM对复合泡沫塑料的微观结构进行观测。通过随机空间分布法建立了空心玻璃微球/环氧树脂复合泡沫塑料的实体模型, 并且使用有限元分析软件对复合泡沫塑料在1 kPa载荷下的应力分布进行了分析。结果表明, 在相同体积含量下, 当空心微球的粒径从30 μm增大到120 μm时, 复合泡沫塑料的抗压强度无明显变化。有限元分析的结果表明, 在复合泡沫塑料中主要承载部分为空心微球, 空心微球上的应力大于树脂基体上的应力。最大应力分布在空心微球的内壁, 结合SEM图像可推测, 空心微球在破裂之前受到充分的挤压, 并且从内壁产生裂纹。     

泡沫铝-聚氨酯复合材料压缩性能分析

目的研究泡沫铝孔径(泡沫铝内部孢孔直径)对泡沫铝压缩性能的影响,并对泡沫铝、聚氨酯(PU)、泡沫铝-聚氨酯复合材料的压缩性能和吸能性能进行对比分析。分析泡沫铝孔隙率、聚氨酯含量对泡沫铝-聚氨酯复合材料压缩性能和吸能性能的影响规律。方法对试样进行准静态压缩试验。结果通过准静态压缩试验,分别得出了对应的应力-应变曲线,并通过应力-应变曲线推导出吸能-应变曲线。结论从试验所得的应力-应变曲线和吸能-应变曲线可知,泡沫铝压缩性能、吸能性能随着泡沫铝孔径的增加而变好,且在泡沫铝中加入聚氨酯形成泡沫铝-聚氨酯复合材料后,其压缩性能、吸能性能相对于单纯泡沫铝、聚氨酯有很大提升。当泡沫铝孔隙率一定时,泡沫铝-聚氨酯复合材料的压缩性能、吸能性能会随着聚氨酯含量的增加而变好。当聚氨酯含量一定时,泡沫铝-聚氨酯复合材料的压缩性能、吸能性能会随着泡沫铝孔隙率的减小而变好。     

新型Acrylic/TiNi复合材料阻尼与力学性能研究

兼具优良吸能特性和高阻尼性能的金属基复合材料有着广泛的应用需求。采用“均混-压制-脱溶-烧结”的四阶段粉末冶金技术制备三维通孔的TiNi多孔材料，并以TiNi多孔材料为基体，基于真空负压渗流技术制备新型Acrylic/TiNi复合材料。内耗测试表明：新型复合材料阻尼能力远高于相应的多孔材料，尤其在室温附近。分析表明，复合材料阻尼能力的提高除与Acrylic的本征高阻尼有关，还与复合材料的多孔TiNi基体和Acrylic之间新增的大量界面阻尼有关。准静态压缩力学性能测试表明：Acrylic/TiNi复合材料可实现和TiNi多孔合金相近的能量吸收效率，这源于复合材料更长且更光滑的压缩平台区。此外，增强相Acrylic的充分渗入，极大提高复合材料的能量吸收能力和屈服强度。压缩形变机制分析表明，复合材料吸能特性的综合提高与压缩过程中TiNi多孔基体和Acrylic填充物之间相互补偿和耦合有关。     

低密度碳空心微球的制备及酚醛树脂空心微球复合材料的性能

以BJO-0930酚醛树脂空心微球为原料,通过酸洗、预氧化、碳化三步工艺,成功制备球形度好、强度高的碳空心微球,并与热固性酚醛树脂复合,热压成型得到轻质酚醛树脂/空心微球复合材料。系统考察了碳化温度、循环酸洗、预氧化等对碳空心微球强度的影响。复合材料的力学性能和隔热性能分别通过压缩性能以及热导率测试进行表征。结果表明:直接碳化得到的碳空心微球破球率高、强度低;通过循环酸洗可以有效去除树脂球的灰分,破球率由28.07%降低至18.03%;进一步预氧化处理可以显著提高碳空心微球的强度,其破球率和等静压破球率分别为10.03%和17.34%;制备得到的酚醛树脂/碳空心微球复合材料具有优异的隔热性能和力学性能,热导率降低至0.115 W·m~(-1)·K~(-1),压缩强度为46.02MPa。     

泡沫铝-聚氨酯的制备及其吸能特性分析

目的 制备泡沫铝-聚氨酯复合材料,并研究球形开孔泡沫铝的孔隙率、聚氨酯（PU）的含量对泡沫铝-聚氨酯复合材料压缩性能和吸能性能的影响。分析泡沫铝孔隙率、聚氨酯含量对泡沫铝-聚氨酯复合材料吸能效率和理想吸能效率的影响规律。方法 通过对复合材料试样进行准静态压缩试验,得出对应的应力-应变曲线,进一步推导出吸能-应变曲线、吸能效率-应力曲线和理想吸能效率-应力曲线。结果 当泡沫铝的孔隙率一定时,随着PU含量的上升,泡沫铝-聚氨酯复合材料的压缩性能和吸能性能得到提升。当PU含量一定时,随着泡沫铝孔隙率的减小,泡沫铝-聚氨酯复合材料的压缩性能和吸能性能会增加。结论 明确了吸能效率曲线和理想吸能效率曲线的应用范围,为缓冲材料的选择提供了依据。     

新型Acrylic/TiNi复合材料阻尼与力学性能研究EI北大核心

兼具优良吸能特性和高阻尼性能的金属基复合材料有着广泛的应用需求。采用“均混-压制-脱溶-烧结”的四阶段粉末冶金技术制备三维通孔的TiNi多孔材料,并以TiNi多孔材料为基体,基于真空负压渗流技术制备新型Acrylic/TiNi复合材料。内耗测试表明:新型复合材料阻尼能力远高于相应的多孔材料,尤其在室温附近。分析表明,复合材料阻尼能力的提高除与Acrylic的本征高阻尼有关,还与复合材料的多孔TiNi基体和Acrylic之间新增的大量界面阻尼有关。准静态压缩力学性能测试表明:Acrylic/TiNi复合材料可实现和TiNi多孔合金相近的能量吸收效率,这源于复合材料更长且更光滑的压缩平台区。此外,增强相Acrylic的充分渗入,极大提高复合材料的能量吸收能力和屈服强度。压缩形变机制分析表明,复合材料吸能特性的综合提高与压缩过程中TiNi多孔基体和Acrylic填充物之间相互补偿和耦合有关。     

空心玻璃微球增强硅橡胶涂层的高应变率响应实验

为研究空心玻璃微球(HGMs)对硅橡胶涂层动态性能的影响,采用分离式霍普金森压杆实验装置,对添加不同含量HGMs的硅橡胶进行了应变率范围为3000～5000s~(-1)的动态加载,获得了屈服应力及其对应的应变、形变功密度和绝热压缩过程的材料温升。结果表明,添加不同含量HGMs的硅橡胶具有明显的应变率效应,且随着HGMs含量的增加,形变功密度及其绝热温升均增加,但温升不超过10K。     

不同偶联剂对空心玻璃微球/酚醛复合泡沫塑料界面性能的影响EI北大核心CSCD

以不同种类的偶联剂对空心玻璃微球表面改性,改性后的微球填充酚醛树脂制备了酚醛复合泡沫塑料。研究了空心微球改性前后的表面性能和酚醛复合泡沫塑料的弯曲强度、断裂韧性以及动态力学性能的变化。结果表明:经过偶联剂处理后的空心微球,降低了空心微球之间的团聚,增加了表面疏水性,改善了与基体间的相容性和界面性能,提高了复合材料的各项性能。不同种类偶联剂中,钛酸酯偶联剂以物理缠结的方式同酚醛基体聚合物链连接,硅氧烷偶联剂除部分与甲阶酚醛中的羟甲基有化学键合作用,大部分仍以物理缠结为主,戊二醛和硅氧烷协同改性通过形成缩醛结构将微球与基体连接起来,因此,在酚醛基复合材料中以戊二醛和硅氧烷偶联剂协同改性的效果最为明显。     

空心/多孔微球制备技术研究进展

综述了聚合物多孔微球和空心微球的制备方法及其相应的成孔机理。空心微球的制备以模板法为主,而多孔微球的制备则以种子溶胀法和致孔剂法为主。这些方法各有优缺点,根据材料的用途选择相应的制备方法,才能得到性能理想的中空或多孔微球。同时,讨论了多孔微球和空心微球制备中存在的问题及制备方法的选择。     

水热法合成α-氧化铝空心微球

以葡萄糖和硝酸铝为原料,采用水热法合成大小及壁厚可控的α-氧化铝空心微球。通过扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶红外光谱分析仪(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、热分析(TG-DSC)等手段对合成产品进行表征。结果表明:得到的氧化铝空心微球分散性较好,可通过调节加入的葡萄糖浓度及硝酸铝量,得到大小及壁厚不同的氧化铝空心球,烧结温度对微球粒径大小影响不大,当烧结温度上升900℃时,壳层结构由不定形态变为γ-Al2O3,当烧结温度上升到1 100℃时,可得到α-Al2O3氧化铝空心微球。     

热膨胀微球增强剪切增稠胶/聚氨酯泡沫复合材料的力学性能

使用热膨胀微球和水为发泡剂制备剪切增稠胶增强聚氨酯泡沫.采用正交实验法选取了制备剪切增稠胶/聚氨酯泡沫复合材料的最佳工艺.研究了热膨胀微球含量对剪切增稠胶/聚氨酯泡沫的密度、压缩强度、静态吸能量等力学性能的影响.研究结果表明,130℃下剪切增稠胶质量分数为15％,异氰酸酯指数为0.9,热膨胀微球质量分数为3％时制备的泡沫性能最佳.另外,热膨胀微球的加入会使体系的黏度发生变化,影响发泡效果.添加热膨胀微球不仅使泡沫的密度减小,而且使泡沫的压缩强度和静态吸能量增大.利用热膨胀微球可制备出轻质的吸能材料.     

泡沫铝相对密度对泡沫铝-聚氨酯复合材料吸能性能的影响

目的通过准静态压缩试验研究泡沫铝-聚氨酯复合材料(AF-PU)的压缩性能,并利用试验数据探究泡沫铝(AF)相对密度对整体材料吸能性能的影响规律。方法首先使用相关仪器和材料制备AF-PU复合材料,其次用相关仪器对其进行准静态压缩试验。结果 AF-PU复合材料通过相关仪器进行准静态压缩试验,计算得到相对应的应力-应变曲线,同时通过计算得到相对应的吸能-应变曲线。当泡沫铝相对密度从5.6%增加到6.7%时,整体复合材料的屈服强度提升了22.18%。在压缩过程中,当复合材料的压缩应变为0.8时,整体复合材料的总吸能增加了70.08%。结论 AF-PU复合材料的吸能性能随着AF相对密度的增加而增强。     

高性能空心玻璃微球的力学特性研究

高性能空心玻璃微球具有许多优异的性能。作为复合材料的关键原料之一,其力学性质对复合材料的性能起决定性的作用。系统介绍了高性能空心玻璃微球抗压强度影响因素如粒径分布、壁厚和密度等基本物理力学性质的表征方法和手段。从统计研究和个体研究两个方面分别论述了空心玻璃微球统计与个体强度的研究方法。综述了壁厚、密度和表面修饰等对微球统计强度的影响,形状因子和抗拉强度对单个球体等静压强度的影响以及壁厚和直径对单个球体单轴压缩强度的影响。     

泡沫铝孔隙率对泡沫铝-聚氨酯复合材料吸能性能的影响

目的 研究在压缩过程中,泡沫铝孔隙率对泡沫铝-聚氨酯复合材料吸能性能的影响。方法 对制备的泡沫铝-聚氨酯复合材料进行准静态压缩实验。结果 通过准静态压缩实验得出泡沫铝以及不同孔隙率的泡沫铝-聚氨酯复合材料的应力-应变曲线,分析可知泡沫铝孔隙率从94.6%降到93%,其吸能性能增加了71.9%。结论 在泡沫铝中加入聚氨酯形成的泡沫铝-聚氨酯复合材料相比于泡沫铝的吸能性能得到很大提高,且泡沫铝的孔隙率与泡沫铝-聚氨酯的吸能性能成负相关的关系。     

泡沫铝-聚氨酯复合材料力学及吸能性能分析

目的 研究泡沫铝相对密度、孔径对泡沫铝-聚氨酯复合材料准静态压缩力学性能、吸能性能、吸能效率和理想吸能效率的影响。方法 将制备的泡沫铝-聚氨酯复合材料试样在万能材料试验机上进行准静态压缩试验,得出对应的应力-应变曲线,由应力-应变曲线分析材料的吸能性能、吸能效率、理想吸能效率。结果 当泡沫铝孔径一定,泡沫铝相对密度由0.350提升至0.384时,泡沫铝-聚氨酯复合材料屈服强度提升了4.38 MPa,而最大吸能效率由0.29下降至0.27,准静态压缩性能有所提高。当泡沫铝相对密度一定,泡沫铝孔径由5 mm增加至9 mm时,泡沫铝-聚氨酯复合材料屈服强度提升了6.16 MPa,而最大吸能效率由0.25升高到0.27,准静态压缩性能有所提高。结论 当进行准静态压缩时,泡沫铝-聚氨酯复合材料压缩性能随相对密度的增大而增大,随孔径的增大而增大;泡沫铝-聚氨酯复合材料的吸能性能随相对密度的增大而增大,随孔径的增大而增大;泡沫铝-聚氨酯复合材料的最大吸能效率随相对密度的增大而减小,随孔径的增大变化微小。     

闭孔泡沫铝的力学性能和吸能能力

在闭孔泡沫铝准静态压缩试验的基础上,研究了其力学性能、吸能能力。结果表明,闭孔泡沫铝单轴压缩应力-应变曲线呈现线弹性变形、塑性平台阶段、致密化阶段3个阶段;闭孔泡沫铝的压缩强度、吸能能力随着孔隙率的增大而减小,采用Gibson-Ashby模型分析闭孔泡沫铝的压缩屈服强度,吻合良好。并在此基础上,提出可供工程使用的多孔泡沫金属吸能能力公式,为其工程应用提供理论支持。     

粉煤灰空心球/Al复合泡沫材料准静态力学性能及本构模型

为研究粉煤灰空心球/Al(Fly ash cenosphere/aluminum syntactic foam,FAC/Al)复合泡沫材料静力性能,采用万能试验机对铝基复合泡沫材料进行了准静态轴向压缩性能试验,考察了不同空心球平均粒径(分别为150、200和300 μm)对铝基复合泡沫材料变形失效模式及力学性能的影响,并获取了具有不同空心球粒径的复合材料在准静态下的应力-应变曲线,在此基础上分析了空心球粒径大小对复合材料能量吸收性能的影响。试验结果表明,在准静态荷载作用下,随着空心球粒径的增大,复合材料的压缩屈服强度、吸能能力及理想吸能效率有着明显的降低。此外,在获得的应力-应变曲线基础上,采用最小二乘法拟合得到了铝基复合泡沫在准静态荷载作用下的本构方程,并对其进行了验证,结果表明该方程具有较好的拟合度。      

泡沫铝-聚氨酯静态压缩特性及吸能特性分析

目的研究球形孔开孔泡沫铝相对密度、孔径对泡沫铝-聚氨酯复合材料力学性能的影响,以及对其吸能性能的影响。方法对制备的泡沫铝-聚氨酯复合材料进行准静态压缩实验。结果通过准静态压缩实验,得出分别对应的应力-应变曲线,并通过应力-应变曲线推导出吸能-应变曲线。当泡沫铝孔径一定时,泡沫铝相对密度从35.0%提升到38.4%时,泡沫铝-聚氨酯复合材料的屈服强度增加了6.5 MPa。当泡沫铝相对密度一定时,泡沫铝孔径从5.5 mm增大到9.5 mm时,泡沫铝-聚氨酯复合材料的屈服强度增加了3.38 MPa。结论泡沫铝的相对密度、孔径对泡沫铝-聚氨酯复合材料的性能有很大的影响,泡沫铝的相对密度越大,复合材料的性能越好,泡沫铝孔径越大复合材料性能越好,且泡沫铝相对密度越大,复合材料吸能特性越好,泡沫铝孔径越大,复合材料吸能特性越好。     

空心玻璃微球-混凝土复合材料的破坏与耗能的研究

为了获得的制作工艺简单的孔隙材料,利用水泥和空心玻璃微球制成含有孔隙的复合材料,并将该复合材料制成圆柱壳体,进行水下内爆炸实验。通过水下爆炸测试系统得到了爆炸过程中水中超压波形,并结合高速摄影技术捕捉壳体的变形破坏过程。实验结果表明,药柱爆炸后1.5ms,爆炸载荷在复合材料柱壳中形成破裂分界面;柱壳的破坏类型依次为顶部的气泡脉动、中间的爆炸冲击波的膨胀压缩和底部的应力波的拉伸破坏。结合水中超压经验公式和超压的实测值计算了水中冲击波能量占总爆炸能量的比例,计算结果表明空心玻璃微球-混凝土复合材料对爆炸能量能具有良好的耗散作用。