构型对正多边形蜂窝异面缓冲性能的影响

目的 利用有限元法研究应变率不敏感的双线性各向同性应变硬化正多边形（等边三角形、正方形、正六边形和正八边形）蜂窝的异面缓冲性能。方法 建立基于正多边形蜂窝特征单元的异面冲击分析有限元模型,提出最佳应变这一缓冲性能评价新指标,基于此重新定义各能量吸收评价指标,形成新缓冲性能评价方法。结果 以此获取不同相对密度的各正多边形蜂窝在不同冲击速度下的变形模式和应力-应变曲线,以及平均平台应力、比能量吸收和冲击力效率等评价指标值,并进行了分析。结论 给定相对密度下,正八边形蜂窝具有最大的异面平均平台应力;正多边形蜂窝的比能量吸收与冲击速度成二次关系;定密度的正六和八边形蜂窝的冲击力效率优于等边三角形和正方形蜂窝。     

规则排列圆形蜂窝共面对角线方向缓冲性能的研究

目的 研究冲击速度和结构参数对规则排列圆形蜂窝共面对角线方向缓冲性能的影响规律。方法 使用有限元分析软件ANSYS/LS−DYNA建立规则排列圆形蜂窝共面对角线方向动态冲击有限元模型,基于此模型进行参数化仿真模拟,得到不同冲击速度和结构参数下规则排列圆形蜂窝共面对角线方向的变形模式、密实化应变、平台应力和能量吸收特征,并以图表的形式呈现。结果 在共面对角线方向的不同冲击速度下,规则排列圆形蜂窝表现出不同的变形模式。密实化应变在低速和高速冲击下,只与壁厚半径比有关;在中速冲击下,密实化应变同时受冲击速度和壁厚半径比的影响。在给定壁厚半径比下,共面平台应力(或最佳单位体积能量吸收)与冲击速度的平方呈线性关系;在给定冲击速度下,共面平台应力(或最佳单位体积能量吸收)与壁厚半径比呈幂指函数关系。结论 并基于有限元计算结果,得到了动态密实化应变、平台应力和单位体积能量吸收的经验表达式。     

聚氨酯-聚乳酸共混物的制备及性能

通过熔融共混挤出法制备不同质量比的热塑性聚氨酯-聚乳酸(TPU-PLA)共混物,采用SEM、DSC、TG、微卡软化点温度测定仪和熔融流动速率仪对共混物的表面形态结构、热学、高温加工等性能进行研究。结果表明:TPU-PLA共混物表面光滑且呈现出脆性断裂形貌特征,共混体系两种高聚物呈"海岛"分布;TPU-PLA共混体系中PLA与单独PLA相比,玻璃化转变温度Tg由69.60℃(Original PLA)变为57.58℃(PLA70)、53.29℃(PLA50)和55.64℃(PLA30),TPU均匀分散于PLA基体中且相界面分明,这都说明TPU-PLA共混体系为部分相容体系;TPU-PLA共混物的热失重起始分解温度范围为180~200℃,最快分解温度范围为310~350℃,热稳定性良好;TPU含量占共混物10%~30%时,共混物高温的临界变形温度相对单一体系有所提高;随TPU含量的继续增加,共混物熔融指数呈现先增大后减小的变化趋势,其中PLA与TPU质量比为4∶6的TPU-PLA共混物熔融指数达到最大,为1 406g·(10min)-1。     

相容剂对长玻纤增强热塑性聚氨酯弹性体/聚乳酸复合材料性能的影响

采用熔体浸渍工艺制备长玻纤增强热塑性聚氨酯弹性体(TPU)/聚乳酸(PLA)复合材料;以苯乙烯-丙烯腈接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯(SAG)作为相容剂,热塑性弹性体聚氨酯作为增韧剂,聚乳酸为基体树脂,考察苯乙烯-丙烯腈接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯用量对长玻璃纤维增强聚TPU/PLA复合材料性能的影响。结果表明,加入苯乙烯-丙烯腈接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯能改善长玻璃纤维增强聚TPU/PLA复合材料的相容性;长玻璃纤维增强聚TPU/PLA复合材料的拉伸强度、缺口冲击强度、弯曲强度和模量等力学性能及储能模量随着苯乙烯-丙烯腈接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯用量的增加呈先增加后降低的趋势,而长玻璃纤维增强聚TPU/PLA复合材料的损耗因子则随苯乙烯-丙烯腈接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯含量的增加呈现降低后增加的趋势;通过复合材料的形态分析表明,加入相容剂的复合材料中玻璃纤维与基体树脂界面强度增加,且玻璃纤维表面有一层包覆的树脂基体;通过分析得出,当相容剂添加量为6%时,长玻璃纤维增强聚TPU/PLA复合材料的拉伸强度、弯曲强度和模量、缺口冲击强度等力学性能最优。     

High Strain Rate Response of Sandwich Composites with Nanophased Cores

Polyurethane foam materials have been used as core materials in a sandwich construction with S2-Glass/SC-15 facings. The foam material has been manufactured from liquid polymer precursors of polyurethane. The precursors are made of two components; part-A (diphenylmethane diisocyanate) and part-B (polyol). In one set of experiments, part-A was mixed with part-B to manufacture the foam. In another set, TiO₂ nanoparticles have been dispersed in part-A through ultrasonic cavitation technique. The loading of nanoparticles was 3% by weight of the total polymer precursor. The TiO₂ nanoparticles were spherical in shape, and were about 29 nm in diameter. Sonic cavitation was carried out with a vibrasound liquid processor at 20 kHz frequency with a power intensity of about 100 kW/m². The two categories of foams manufactured in this manner were termed as neat and nanophased. Sandwich composites were then fabricated using these two categories of core materials using a co-injection resin transfer molding (CIRTM) technique. Test samples extracted from the panel were subjected to quasi-static as well as high strain rate loadings. Rate of loading varied from 0.002 s^–1 to around 1300 s^–1. It has been observed that infusion of nanoparticles had a direct correlation with the cell geometry. The cell dimensions increased by about 46% with particle infusion suggesting that nanoparticles might have worked as catalysts during the foaming process. Correspondingly, enhancement in thermal properties was also noticed especially in the TGA experiments. There was also a significant improvement in mechanical properties due to nanoparticle infusion. Average increase in sandwich strength and energy absorption with nanophased cores was between 40–60% over their neat counterparts. Details of manufacturing and analyses of thermal and mechanical tests are presented in this paper.     

纳米微球增强聚氨酯泡沫的制备及抗冲击应用

目的获得基于纳米颗粒增强的冲击吸能材料。方法基于剪切增稠液体技术,将纳米微球分散于多元醇基体中,制备中低密度的软质聚氨酯泡沫材料,利用SEM、SHPB、落锤冲击和爆炸冲击波试验分析材料的结构、冲击吸能特性和冲击波衰减特性。结果纳米微球增强聚氨酯泡沫材料具有优异的冲击吸能特性和冲击波衰减能力。结论纳米微球增强聚氨酯泡沫材料可以应用于护具装备、缓冲包装和冲击波防护领域。     

聚氨酯改性聚乳酸/蒙脱土复合材料的制备与表征

采用溶液共混法,用聚氨酯(PU)和蒙脱土(MMT)对聚乳酸(PLA)进行改性.通过综合热分析(TGA＆DSC)、红外吸收光谱(IR)以及力学测试(FP)对改性聚乳酸(PLA)的性能进行了表征.结果显示,聚氨酯和蒙脱土与聚乳酸均有较好的相容性,复合材料的稳定性较好,而且聚氨酯/蒙脱土/聚乳酸复合材料较纯聚乳酸的力学性能有了较明显的提高,强度和韧性均较好.     

A preliminary study of cushion properties of a 3D printed thermoplastic polyurethane Kelvin foam

The cells in conventional packaging foams have random size and orientation, and the energy‐absorbing behaviour of these foams is determined by the collective contribution of different sizes of cells. In contrast to the random nature of stochastic foams, 3D printing technologies allow engineers to design and produce foams having engineered cellular structures. In this study, engineered cellular structures based on the classic Kelvin 1887 model were 3D printed in 30 × 30 × 30 mm thermoplastic polyurethane cubes with a repeating size of 216 unit cells. One hundred consecutive cyclic compression tests were performed to assess the 3D printed foam's resilience and energy absorption characteristics. The stress‐strain curve of the 3D printed thermoplastic polyurethane foam indicated viscoelastic behaviour and a Mullins effect indicative of resilient rubber. A long wave buckling mode was observed during cyclic compression cycles due to the Kelvin structure. The cushion factor computed from the stress‐strain curve was close to that of a metal spring with linear elasticity. The combination of the 3D printed foam's resilience, its much lower density than rubber, and the complete geometric freedom of the engineered cellular structures offer designers the potential to create high‐performance cushion materials tailored for packaging applications.     

PP/POE/SGF三元复合泡沫体的压缩吸能特性研究

在准静态单向压缩条件下,测试和分析了聚丙烯(PP)/乙烯-1-辛烯共聚物(POE)/短玻璃纤维(SGF)三元泡沫复合材料的压缩性能,考察了SGF的质量分数对压缩弹性模量、屈服强度和能量吸收特性的影响.结果表明:PP/POE/SGF泡沫复合材料的压缩应力-应变曲线具有典型的弹性变形、屈服平台和致密化三个阶段;适量SGF的引入提高了压缩弹性模量、屈服强度和吸能能力,而在研究的范围内,较高含量(20%以上)的SGF才能提高泡沫复合材料的吸能效率,其增强效果不如吸能能力明显.     

剪切增稠胶/聚氨酯泡沫复合材料的制备与力学性能

以聚氨酯泡沫(PUF)为体系基础,向体系中添加聚合物剪切增稠胶(STG),采用一步法成功制备了STG/PUF复合材料。研究分析了异氰酸酯指数(R值)以及STG含量对STG/PUF复合材料结构和性能的影响。结果表明,STG的加入会使泡沫的泡孔变大,发泡困难,但是会在一定范围内增加复合材料的压缩强度,并且会显著提高泡沫的静态吸能量,制备的STG/PUF样品(R值为0.75,STG质量分数为10%)的静态吸能量约为PUF的13倍。另外,随着R值的增加,PUF的密度先减小后增大,硬度逐渐增大,当异氰酸酯含量过高时,会导致泡沫脆性增加,降低其力学性能。当R值为0.75、STG质量分数为10%时,复合材料的力学性能最优。     

聚氨酯/环氧树脂互穿网络半硬泡沫的力学性能及吸能特性

采用同步法制备了聚氨酯/环氧树脂互穿聚合物网络(IPN)半硬泡沫。通过压缩和拉伸试验研究了泡沫材料密度对力学性能的影响。研究表明,在所研究的密度范围内,泡沫的压缩模量和屈服强度均与密度成指数关系。泡沫的拉伸模量和断裂强度与密度也存在类似的关系。利用这些方程可以很好地预测泡沫力学性能随密度的变化关系。IPN泡沫兼有较好的韧性和较高的拉伸强度。相同形变下,相同密度IPN半硬泡沫拉伸过程的单位体积吸能大于压缩过程的单位体积吸能。     

官能团化碳纤维/热塑性聚氨酯复合泡沫材料的制备及力学性能

采用浓H_3PO_4/浓HNO_3混酸体系对碳纤维(CF)表面进行预处理得到酸化碳纤维,再利用二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)与酸化碳纤维发生接枝反应,制得官能团化碳纤维(MCF)。将其与热塑性聚氨酯(TPU)熔融共混得到MCF/TPU复合泡沫材料。利用红外光谱、X射线光电子能谱、X射线衍射、拉曼光谱和场发射扫描电镜等表征了纤维接枝改性效果和复合材料结构及断面形貌。结果表明,化学接枝使得纤维表面官能团化,并且接枝改性增加了纤维表面的粗糙度及无序程度。从而成功地改善了纤维和TPU基体的界面粘合力和相容性。力学性能分析表明,相比接枝前的CF,MCF可明显提高复合泡沫材料的力学性能,当纤维添加量为3%时,较改性前拉伸强度提高了16.1%,断裂伸长率提高了18.5%,撕裂强度提升了3.2%,回弹性提高了6.7%,压缩永久变形降低了6.9%。     

聚乳酸/聚氨酯复合材料的制备及性能研究

目的 以聚乳酸(PLA)为基材,制备聚乳酸/聚氨酯(TPU)复合材料,并研究复合材料的性能和TPU含量对复合材料的影响。方法 利用双螺旋杆挤出机将PLA和TPU熔融共混后挤出,得到含不同质量分数TPU(17%、20%、25%、33%、50%)的复合材料,对复合材料进行红外分析,测试不同含量TPU对其热稳定性能、动态热力学性能和流变特性的影响。结果 随着TPU含量的增加,复合材料的热稳定性能和韧性变好;在流变实验中复合材料表现出剪切变稀的特点,且TPU质量分数为33%时复合材料所表现出的各项性能最优。结论 TPU的加入可以改善PLA脆性大、韧性小的缺陷,并获得热力学性质稳定、兼具2种材料的优势并且具有环境友好性的复合材料。     

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。     

变截面三维编织复合材料的净形制备及弯曲性能

介绍变截面三维编织预型件的减纱净形制备工艺,通过实验观察与理论建模相结合的方法,分析减纱对预型件细观结构的影响,对比整列减纱、行单元减纱与切削复合材料在变截面区域的弯曲性能。结果表明表面与内部减纱单元是减纱时的基本单位,保证编织规律不变是减纱工艺的基本原则;表面或内部单元减掉后分别会形成两组特殊的纱线轨迹,其中一组纱线的长度与编织角大小较不减纱时增大,而另一组纱线只改变编织角的方向;行单元减纱与整列减纱复合材料的弯曲性能均明显优于切削试件,且行单元减纱试件的弯曲性能比整列减纱试件略高。     

相对密度对球体开孔泡沫铝压缩及吸能性能的影响

目的研究球体开孔泡沫铝的相对密度在准静态压缩过程中对球体开孔泡沫铝压缩性能和吸能性能的影响。方法对准备的3种不同相对密度的泡沫铝试样进行准静态压缩试验。结果利用相关软件绘制出不同相对密度球体开孔泡沫铝试样的实验曲线,由分析试验曲线可知,当泡沫铝的相对密度从0.35提升到0.392时,球体开孔泡沫铝的屈服强度虽增加了3.2MPa,但吸能效率的最大值下降了近2.4%。结论随着泡沫铝相对密度的提高,其压缩性能越高、抗压强度越高。在同等应变下,高密度泡沫铝比低密度泡沫铝的吸能性能好。泡沫铝相对密度越大,吸能效率的最大值越小,理想吸能效率的最大值也越小。     

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-应变曲线呈现践弹性变形、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.