泡沫陶瓷/聚氨酯复合材料的制备及性能研究

以不同孔隙密度泡沫陶瓷作为复合材料骨架，选用聚氨酯作为基底材料填充进泡沫陶瓷，制备出泡沫陶瓷-聚氨酯复合材料。通过分析复合材料的微观形貌，以及对材料的压缩和冲击性能进行测试分析，研究了不同孔隙密度泡沫陶瓷对复合材料压缩性能及冲击性能的影响。结果表明：加入泡沫陶瓷后的复合材料界面结合紧密，性能得到提高。当泡沫陶瓷的孔径密度为40ppi时，复合材料压缩强度得到了极大提高，达到了16.52MPa,相比较纯PU,压缩强度提高了84.2%,复合材料压缩强度达到最大。但复合材料的抗冲击性能与泡沫陶瓷孔隙密度成反比，泡沫陶瓷孔隙密度越低，材料抗冲击性能越好，20ppi泡沫陶瓷聚氨酯复合材料冲击能量为66.25J,与纯聚氨酯相比，冲击能量提高了367.2%,性能得到明显增长，表现出良好的力学性能，可在建材领域加以利用。     

软段结构对硬质聚氨酯泡沫材料性能的影响

以聚醚多元醇、聚酯多元醇和聚异氰酸酯为主要原料，二月桂酸二丁基锡为催化剂，水为发泡剂，采用一步模压成型法合成了一系列具有不同软段结构的硬质聚氨酯泡沫材料。通过力学性能测试，研究软段结构对硬质聚氨酯泡沫材料性能的影响，探究压缩速率对硬质聚氨酯泡沫材料抗压强度的影响规律。结果表明，随着软段中聚醚多元醇含量的增加，泡沫材料的压缩强度和弯曲强度下降，但弯曲应变增加；验证了硬质聚氨酯泡沫材料在准静态压缩条件下所具有的应变率效应。     

端异氰酸根聚氨酯预聚体增韧改性酚醛泡沫塑料性能研究

以聚丙二醇(PPG2000)和二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)为原料合成了异氰酸根封端的聚氨酯预聚体(PUP),分别以合成的预聚体和市售的聚氨酯预聚体为增韧剂改性酚醛泡沫,研究了PUP用量及异氰酸根含量对酚醛泡沫力学性能、热稳定性能、导热性能及阻燃等性能的影响,并对改性前后的酚醛泡沫进行了电子显微镜扫描泡孔结构和红外光谱分析。结果表明,聚氨酯预聚体用量为5%(wt,质量分数,下同),异氰酸根含量为4.1%时,酚醛泡沫的韧性和保温性能最好,其中相对弯曲强度和相对压缩强度分别为5.11kPa·m~3/kg和3.33kPa·m~3/kg,分别比纯泡沫提高了86.5%和43.5%;改性泡沫导热系数为0.057W/m·K,比纯泡沫导热系数(0.064W/m·K)低;增韧的酚醛泡沫热稳定性能略有降低,但下降幅度不大;此外,聚氨酯增韧后的酚醛泡沫阻燃性能均大于34%,具有优良的阻燃性能,且酚醛泡沫闭孔率高、泡空分布均匀。     

发泡剂对形状记忆聚氨酯泡沫性能的影响

以液化4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)(MM103)、聚碳酸酯二醇(PCDL)、环己烷二甲醇(CHDM)为主要原料,水和二氯一氟乙烷为发泡剂,三乙胺和二月桂酸二丁基锡为催化剂,合成了一系列聚碳酸酯型形状记忆聚氨酯泡沫(SMPUF)。通过密度测试、压缩性能测试、显微镜测试、差示扫描量热测试、形状记忆性能测试,研究了发泡剂配合比对泡沫性能造成的影响。结果表明,在去离子水∶二氯一氟乙烷的用量摩尔配合比为4∶0条件下,形状记忆聚氨酯泡沫的密度为143kg/m~3,膨胀率74%,压缩强度0.42MPa,形状恢复率为100%,形状恢复时间为30s,并具有较好的孔结构和热性能。     

玻璃纤维增强灌注型聚氨酯泡沫塑料的拉伸、压缩性能和破坏机理

研究了用短切玻璃纤维对硬质聚氨酯泡沫体的增强效果及拉伸、压缩的破坏行为。结果表明当纤维长为12 mm 时, 6 w t% 纤维含量的增强效果为最好, 可以使泡沫体的拉伸强度提高75% , 压缩强度提高25% , 压缩模量增加约30%。纤维增强的泡沫体拉伸产生的裂纹扩展时, 遇到纤维可能终止扩展(应力不大时) , 也可能发生偏转(应力较大时) ; 泡沫破坏时, 可能出现纤维拉出、拉断等不同的破坏形式。增强泡沫体在压缩破坏时, 主要是泡沫结构的支柱弯曲、扭转变形引起泡壁破裂和支柱失稳, 并导致材料的破坏。      

含磷本质阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料的制备及性能

以苯基膦酰二氯(BPOD)和乙二醇(EG)为原料合成含磷长链二元醇(P-polyol),用于制备含磷本质阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料(RPUF),研究了P-polyol对聚氨酯泡沫塑料性能的影响。结果表明,使用P-polyol制备的聚氨酯泡沫,含磷量为1.82%时,极限氧指数达到24.7%;微型燃烧量热仪(MCC)测试显示,燃烧过程的热释放容量、总热释放量和热释放峰值均有所下降。热重分析(TGA)结果显示,在氮气中热分解后700℃的残炭量为22.6%,在空气中热氧化分解后700℃的残炭量为17.0%,较纯RPUF均提高了1倍以上。阻燃后聚氨酯泡沫的压缩强度比空白组提高了130%,并保持了原有的冲击强度,这一优点是众多添加型阻燃剂难以实现的。     

合成枕木纤维体积含量的理论分析

合成枕木是连续玻璃纤维增强聚氨酯泡沫复合材料,其中纤维含量的多少,对合成枕木的性能起着决定性的作用。本文根据复合材料混合律,将具有三维空间含义的纤维体积含量简化在二维平面上,推算出合成枕木纤维体积含量,并根据混合律的并联模型及采用最紧密的六方密堆积结构,分析了合成枕木中纤维体积含量的极小值和理论极大值,对合成枕木配方设计具有一定的指导意义。     

聚氨酯泡沫铝复合材料动态力学实验

通过在开孔泡沫铝中填充聚氨酯得到了聚氨酯泡沫铝, 利用Hopkinson杆对泡沫铝与泡沫聚氨酯组成的三维连续网络增强复合材料进行了在不同相对密度、 应变率和聚氨酯含量下的动态压缩实验。结果表明, 在相同应变率和相对密度下, 与泡沫纯铝相比, 聚氨酯泡沫铝屈服强度和压缩应变量显著增加, 而且应力-应变曲线出现明显的抖动。 随着应变的不断增大, 应力也逐渐增加, 在达到某一相同的应变时, 聚氨酯泡沫铝的应力值较高, 吸能量也较多。另外, 当应变率增加时, 聚氨酯泡沫铝表现出很明显的应变率效应。      

温度对聚氨酯泡沫材料力学性能影响的研究

研究了温度对聚氨酯泡沫材料力学性能(强度、模量、压缩蠕变)的影响,并研究了在弹性范围内不同压缩应力水平下的压缩蠕变试验,拟合出了聚氨酯泡沫压缩蠕变曲线.     

RPU破坏及增强机理的细观分析

通过对合成的纯的和增强的硬质聚氨酯泡沫塑料（RPU）进行的细观分析,探讨了泡孔的破坏形式和增强相的作用,泡沫体的细胞行为表现为：泡壁的弯曲,压缩,拉伸到屈曲,碎裂和拉断,纤维的拔出等;短切玻璃纤维与玻璃微珠增强机理不一样,前者是对泡沫体增强;玻璃纤维的高强特性难以充分发挥,后者是对基体增强。     

氨基改性碳纳米管的制备及对聚氨酯泡沫材料的影响

在碳纳米管表面引入大量氨基后,将其加入水为发泡剂的聚氨酯发泡体系,研究了碳纳米管对聚氨酯泡沫泡孔结构和力学性能的影响。实验结果表明,氨基表面改性碳纳米管的引入有助于提高聚氨酯泡沫孔壁结构的完整性,并且泡孔分布更加均匀。随着体系中碳纳米管含量的增加,泡沫孔径尺寸先减小后增大,当填充量为0.75%时,泡沫材料具有最小平均孔径(0.23mm)。扫描电子显微镜观察发现该条件下泡孔分布均匀,结构最为完整。同时,材料的力学性能也表现出相同的规律,当碳纳米管含量为0.75%时,材料具有最大压缩强度和压缩模量,分别为0.14 MPa和2.09 MPa,与纯聚氨酯的泡沫材料相比分别提高了100%和161%。     

聚氨酯涂层对复合材料层板冲击后压缩性能的影响

对聚氨酯喷涂复合材料层板进行反复低速冲击试验和冲击后压缩试验,研究了损伤程度、层板厚度和涂层厚度对聚氨酯喷涂复合材料层合板冲击后压缩强度的影响,并通过数字图像相关(DIC)检测压缩过程分析了不同损伤程度试样的破坏过程和破坏模式。结果表明:随着冲击次数的增加冲击后压缩强度存在拐点,随着层合板厚度的增加试样的冲击后压缩强度降低,随着涂层厚度的增加含聚氨酯的试样冲击后压缩强度明显提高;压缩破坏位置与损伤程度有关,试样的损伤程度不同其压缩破坏过程也不同。     

废弃聚酯制备阻燃型聚氨酯泡沫的研究

采用醇解废弃聚酯的产物对苯二甲酸乙二醇、多异氰酸酯、水等作为原料,并在发泡过程中加入以聚磷酸铵(APP)为主的阻燃剂制备出阻燃型聚氨酯泡沫。用红外光谱表征了聚氨酯阻燃泡沫的结构,探讨了发泡的反应过程;用差示扫描量热法对比了聚氨酯泡沫中不同阻燃剂含量对泡沫的熔点和热稳定性的影响;并对阻燃剂不同含量的聚氨酯阻燃泡沫的密度和压缩强度进行对比测试;同时利用氧指数仪测定了聚氨酯阻燃泡沫的极限氧指数,结果显示:当阻燃剂在聚氨酯泡沫中的含量为13.9%时,聚氨酯泡沫的极限氧指数为26.5%,达到难燃的要求。     

基于拉伸、压缩、剪切单轴强度试验值的材料三参数广义强度准则

基于材料的第一应力不变量和应力偏张量第二应力不变量,给出了同时考虑拉伸、压缩、剪切强度参数影响下的三参数广义强度准则.该强度准则公式严格满足纯拉伸、纯压缩、纯剪切情况下的强度值,在物理意义上体现了静水压力和静水拉力对材料强度的不同影响和剪切强度对应力偏张量的影响.基于此三参数广义强度准则,讨论了材料在各种典型应力状态下的强度包线,并同传统的强度准则进行了比较分析.最后,以ROHACELL闭孔PMI泡沫为例,给出了三种典型泡沫材料的强度破坏包线曲线和试验验证数据,比较结果证明,采用该强度准则可以较好地预测ROHA-CELL刚性泡沫材料的破坏强度.     

新燃料运输容器聚氨酯泡沫填充材料性能研究

目的对新燃料运输容器聚氨酯泡沫填充材料进行性能测试、寿命预测,验证其是否满足新燃料运输容器设计性能要求和使用寿命要求。方法分别测试填充在新燃料运输容器不同区域的硬质聚氨酯泡沫的压缩性能、吸水性能、阻燃性能、隔热性能,并利用热重分析方法研究硬质聚氨酯泡沫填充材料的热老化性能,预测寿命。结果根据测试结果,研制的硬质聚氨酯泡沫能够满足新燃料运输容器填充材料的设计性能要求和使用寿命要求,在最高正常使用温度38℃条件下,预测其寿命为34年。结论在新燃料组件正常运输工况和事故运输工况条件下,硬质聚氨酯泡沫填充材料均能对燃料组件起到良好的保护作用,为实现新燃料运输容器国产化奠定了基础。     

工业闭孔泡沫铝压缩力学性能及变形机理

泡沫铝是一种新型的结构和功能材料,因特殊的能量吸收特性而在工程领域具有很好的应用前景。为了研究基体材料对泡沫铝力学性能和变形失效机理的影响,同时为工业泡沫铝材料提供更具参考价值的性能指标,对工业上最常见的两种不同基体(纯铝基体和7050铝合金基体)的泡沫铝材料进行了准静态压缩力学性能的试验,并对其变形机理进行了分析。试验结果表明,相同规格的7050基体泡沫铝的压缩力学性能高于纯铝基体泡沫铝,能量吸收能力也远大于纯铝基体泡沫铝。纯铝基体泡沫铝在压缩载荷下呈现逐层坍塌、连续性破坏的模式,试件在完全压实后呈碎渣;7050基体泡沫铝表现出逐层坍塌、间断式破坏的模式,试件在完全压实后呈完整的块状。7050基体泡沫铝的泡孔结构比纯铝基体泡沫铝均匀,力学性能更加稳定。     

可膨胀石墨阻燃半硬泡聚氨酯材料的性能

聚氨酯半硬质泡沫(SPUF)性能优异,应用广泛,但它属于易燃材料,且燃烧时极易产生烟毒,进而会对环境造成不利的影响。文中选用可膨胀石墨(EG)以及硅烷偶联剂KH791改性EG对全水发泡聚氨酯半硬泡进行阻燃,利用热重分析和残炭形貌对聚氨酯泡沫的热降解行为进行了研究,对比了EG改性前后对全水发泡聚氨酯半硬泡阻燃性能、热稳定性、力学性能和泡孔形貌的影响。结果表明,当EG的质量分数为20%时制得的可膨胀石墨阻燃聚氨酯泡沫氧指数可达29.4%,达到了UL94HB防火测试中HF-1级水平测试的要求;KH791改性EG后,阻燃效果略微降低,但是改性EG对于泡沫的泡孔形貌影响较小,能够提高全水发泡聚氨酯半硬泡的密度和压缩强度。     

玻璃微珠增强硬质聚氨酯泡沫塑料的性能

研究了通过不同偶联剂处理后的不同玻璃微珠对全水发泡硬质聚氨酯泡沫的微观形貌、压缩强度和热稳定性的影响。试验结果表明,玻璃微珠的添加量占聚醚多元醇的6%(质量分数)以下时,玻璃微珠对泡孔形貌影响较小,并且应用偶联剂KH550处理后的玻璃微珠K46对聚氨酯泡沫的增强效果最好。在保持硬质聚氨酯泡沫密度不变的情况下,玻璃微珠K46含量为聚醚多元醇的6%时可提高压缩强度约10%,压缩模量约8%。同时,用玻璃微珠增强后的硬质聚氨酯泡沫热稳定性也有一定的提高。     

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。     

环氧树脂复合泡沫材料的压缩力学性能

对空心玻璃微珠填充环氧树脂复合泡沫材料进行了准静态压缩实验, 研究了材料的宏观压缩力学性能, 并提出了弹性模量和屈服强度的预测公式。此外, 对压缩试件的断口进行了宏、细观观察, 研究了材料的压缩破坏机理。结果表明, 复合泡沫材料在压缩过程中, 具有普通泡沫材料的应力-应变曲线的典型特征, 在应变为2 %左右时材料发生屈服, 在应变大于30 %后发生破坏。此外, 材料的杨氏模量和强度均随密度的减小而下降, 预测公式给出的结果与实验值基本一致。压缩试件断口的宏、细观观察表明, 复合泡沫材料主要的破坏形式为剪切引起的弹塑性破坏。