天然高分子泡沫材料的复合结构与力学性能

通过扫描电子显微镜和光学显微镜研究了2 种天然高分子泡沫材料, 即玉米秆芯和高粱秆芯切面的泡孔形态结构及胞体堆砌模式。测试了材料在轴向和径向的压缩杨氏模量和压缩屈服强度等力学性能, 探讨了泡沫材料的压缩变形机制, 建立了天然泡沫材料的复合结构模型, 并分析了力学性能与复合结构的关系。研究结果表明, 这2 种天然泡沫均由一种近似六棱柱和少量圆形管状胞体构成, 它们在轴向的杨氏模量和屈服强度分别比径向的大4 倍以上。导管增强的复合结构是引起天然泡沫材料具有明显各向异性的重要原因, 其中厚壁导管的轴向杨氏模量约为不规则六棱柱胞体的105 倍。      

Z向增强泡沫夹芯阻燃复合材料力学性能

研制了一种Z向玻璃纤维增强酚醛泡沫的高阻燃性复合材料, 并试验分析了承力柱高度、 分布密度、 排布方式及缝编纱细度、 缝合面板层数等结构参数对复合材料力学性能的影响。结果表明: 与普通泡沫夹芯复合材料相比, Z向增强泡沫夹芯复合材料的力学性能得到了大幅度提升; 在承力柱分布密度相同的条件下, Z向增强泡沫夹芯复合材料的力学性能基本不随承力柱排布方式而变化; 承力柱高度、 分布密度及缝编纱细度、 缝合面板层数等结构参数对Z向增强泡沫夹芯复合材料的力学性能有重要影响。     

Kevlar纤维缝纫泡沫芯材复合材料力学性能研究

基于热压罐成型工艺,制备了kevlar纤维缝纫泡沫芯材复合材料夹层板,并通过扫描电镜观察了胶膜中的树脂在kevlar纤维束之间的浸润状态,为工程化应用提供参考.选取未缝纫泡沫夹芯复合材料和碳纤维预浸料缝线缝纫泡沫芯材复合材料夹层板为对比试样,实验研究了kevlar纤维缝纫泡沫芯材复合材料夹层板的平压、剪切和侧压力学性能,并考察了缝纫针距、行距的变化对其力学性能和破坏模式的影响.研究表明:在真空压力下,胶膜中的树脂与kevlar纤维浸润良好;对泡沫芯材进行kevlar纤维缝纫增强后,其力学性能显著提高,并改变了夹层板的破坏机理.实验范围内,随着缝纫密度的提高,平压强度和模量增大;夹层板剪切性能和侧压性能受缝纫密度的影响较大,在缝纫参数(缝纫行距×针距)为10 mm×10 mm时,增强效果较佳,其剪切强度和侧压强度分别提高了44%和21%,剪切模量和侧压模量分别提高了34%和127%.     

基于Marc的蜂窝纸芯力学性能研究

简要介绍了国内外蜂窝纸板力学性能的研究现状.考虑到蜂窝纸芯受力后的变形和破坏过程包括了材料非线性和结构非线性,采用了高级非线性有限元分析软件Msc.marc 2005对蜂窝纸芯的静态压缩特性进行了计算模拟,其中参考了前人实验得到的应力应变曲线,确定了蜂窝纸芯的弹性模量等力学参数,设定了各种可选用的单元进行相应的模拟,得到了受载时蜂窝纸芯的应力应变分布图,画出了应力沿路径分布曲线图,结合图形和曲线分析了蜂窝纸芯的应力分布规律和变形特点.结果表明,采用thin shell 139等单元做出的蜂窝纸芯应力应变图与前人所做的结果相符,同时也符合蜂窝纸芯的变形模式;通过对蜂窝纸芯的计算模拟,单元和约束之间如何协调才能满足分析要求,需要进一步研究;此结论为下一步对蜂窝复合纸板的理论研究提供参考.     

明胶材料的力学性能及断口特征

研究了明胶、戊二醛（交联剂）和甘油（增塑剂）浓度对明胶材料力学性能的影响,并对明胶材料的拉钟断口进行了观察,研究表明,明胶材料的力学性能可在较大的范围内调整;随甘油浓度（即材料塑性）的变化,明胶材料的拉伸断口亦发生显著的变化。     

FRP夹强化泡沫芯复合材料的力学性能

本文研究一种新型强化泡沫芯夹层复合材料的力学性能。选择在低成本的PU泡沫中置入圆管状结构增强体,使泡沫芯的等效Z向性能大幅提高。对以FRP面板夹这种强化泡沫芯制成的三明治复合材料结构,进行了平压试验、三点弯曲试验和剪切试验,基于其结构破坏模式,分析其破坏机理,并应用三维层板理论和细观力学方法进行了理论模拟。结果表明,这种强化泡沫芯能显著提高三明治板材的Z向力学性能,具有良好的应用前景。     

热塑性复合材料夹芯结构熔融连接研究进展

面芯界面性能是复合材料夹芯结构发挥其力学/多功能优势的关键,热塑性树脂具有可熔融再造的特点,使热塑性复合材料夹芯结构(TPCSS)可在不引入新材料的前提下,形成连续可靠的面芯界面。对近年来热塑性复合材料夹芯结构熔融连接研究进展进行了梳理,总结了常见构型与所用材料,重点归纳了主要的熔融连接方法,包括热板焊接、模压成型、连续热压、面芯共编和增材制造等。基于国内外研究和应用现状,展望了熔融连接热塑性复合材料夹芯结构的未来发展趋势和应用前景。     

反应溅射Zr-Si-N复合膜的微结构与力学性能

在Ar、N2混合气氛中，通过双靶反应磁控溅射方法制备了一系列不同Si含量的Zr-Si-N复合薄膜，采用EDS、XRD、SEM、AFM和微力学探针表征了复合膜的成分、相组成、微结构和力学性能。结果表明：随着Si的加入，Si3N4界面相形成于ZrN晶粒表面并阻止其长大。低Si含量下，晶粒的细化使Zr-Si-N薄膜得到强化，在Si含量为6．2at％时其硬度和弹性模量分别达到最高值29．8GPa和352GPa。继续增加Si的含量，薄膜逐渐向非晶态转变，同时产生ZrxSiy相，并伴随有明显的力学性能降低。Zr-Si-N薄膜力学性能增加受到限制，可能与Si3N4界面相和ZrN晶粒之间的低润湿性有关。     

泡沫夹芯复合材料力学性能与水声性能综合设计初探

采用Matlab编程,利用经典梁理论和夹层板理论构建了弹性模量、压缩强度等材料参数与泡沫夹芯复合材料弯曲刚度和压缩强度的关系,利用传递矩阵法构建了纵波声速、衰减系数、损耗因子等材料参数与泡沫夹芯复合材料水中插入损失的关系。在此基础上,利用NSGA-II多目标优化算法开展了力学与水声综合设计,初步获得了实用的泡沫夹芯复合材料力学与水声性能综合设计方法。     

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。      

碳泡沫导热性能及力学性能研究

用微胶囊化得到的空心酚醛树脂微球制备出酚醛泡沫材料, 在Ar气的保护下进行1000℃碳化和2000℃的石墨化处理, 得到所需的泡沫材料. 研究了孔隙率、热处理温度等因素对碳泡沫导热性能的影响. 结果表明: 提高材料内部空心微球的比例可以降低材料的导热性能, 得到低热导率的泡沫材料; 而对于孔隙率接近的泡沫材料, 降低材料内部的孔径可以起到降低材料热导率的作用; 得到了密度为0.50g/cm³, 热导率为1.007W/m·K, 压缩强度为8.82MPa的碳泡沫材料.     

自然老化对空心玻璃微珠/环氧树脂及泡沫铝-空心玻璃微珠/环氧树脂力学性能的影响

制备了空心玻璃微珠(HGM)/环氧树脂复合泡沫材料、泡沫铝-HGM/环氧树脂两类环氧树脂基复合材料,测量了其在北方室内环境中自然老化前后的密度.通过一系列准静态压缩实验研究了HGM/环氧树脂和泡沫铝-HGM/环氧树脂两类复合材料的有效弹性模量、屈服极限等力学性能,分析了其破坏形貌与材料结构的关系及力学性能改变的原因.研究表明:环氧树脂老化后屈服极限有所降低,但HGM/环氧树脂复合泡沫材料的力学性能随着HGM填充量的增加呈先增加后降低的趋势.泡沫铝/环氧树脂复合材料老化后的力学性能出现明显降低,但添加HGM体积比高于20％的泡沫铝-HGM/环氧树脂复合材料的力学性能则有所增加.     

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。     

水用量对全水发泡聚氨酯泡沫形态和力学性能的影响

采用扫描电镜(SEM)和红外光谱(FT-IR)并结合物理力学性能测试,对高水用量(3phr~11phr)所制备的全水发泡低密度聚氨酯泡沫的形态和力学性能进行表征,结果表明,水用量逐渐从3phr增加到11phr,发泡聚氨酯物料的乳白时间、凝胶时间和不粘手时间逐渐延长,泡沫中的取代脲结构含量和氢键化程度逐渐增加,泡沫密度和力学性能逐渐降低,泡孔平均孔径呈先增大、后减小的趋势,然而泡沫的比强度和氨基甲酸酯含量变化不大。     

自然老化对空心玻璃微珠/环氧树脂及泡沫铝-空心玻璃微珠/环氧树脂力学性能的影响

制备了空心玻璃微珠(HGM)/环氧树脂复合泡沫材料、泡沫铝-HGM/环氧树脂两类环氧树脂基复合材料, 测量了其在北方室内环境中自然老化前后的密度。通过一系列准静态压缩实验研究了HGM/环氧树脂和泡沫铝-HGM/环氧树脂两类复合材料的有效弹性模量、屈服极限等力学性能, 分析了其破坏形貌与材料结构的关系及力学性能改变的原因。研究表明: 环氧树脂老化后屈服极限有所降低, 但HGM/环氧树脂复合泡沫材料的力学性能随着HGM填充量的增加呈先增加后降低的趋势。泡沫铝/环氧树脂复合材料老化后的力学性能出现明显降低, 但添加HGM体积比高于20%的泡沫铝-HGM/环氧树脂复合材料的力学性能则有所增加。     

泡沫镍力学性能的实验研究

本研究在室温下控制位移,先以5mm/min的位移速度对泡沫镍进行了单轴拉伸、压缩实验,然后在不同应变率情况下进行了一系列单轴拉伸实验,得到了相应的应力-应变曲线,讨论了材料的应变率相关性.结果表明在普通拉伸试验范围内(准静态),改变变形速度会影响应力-应变曲线,屈服应力、强度极限随变形速度增大而下降;单轴拉伸时,应力应变关系明显分为线弹性变形、塑性变形、线性硬化和破坏4个阶段;单轴压缩时,具备其他泡沫材料受压典型应力-应变曲线的3阶段特征,即明显的弹性变形段、屈服平台段和紧实段.     

硫化体系对发泡制品的质量及力学性能的影响

采取模压成型制备发泡天然橡胶复合材料,通过复合材料硫化与发泡匹配机理,研究了硫化剂含量对发泡天然橡胶质量及力学性能的影响。结果表明:随着硫化剂含量的增加,发泡材料的泡孔直径、泡孔尺寸分布逐渐降低,泡孔密度先增加后降低;当硫化剂含量为2.5份时,其泡孔质量最理想,泡孔直径、泡孔密度分别为175.12μm、2.25×106 cm-3。发泡天然橡胶材料的力学性能方面,其综合性能较好,邵氏硬度20,压缩永久变形95%,冲击回弹性59%。从发泡质量和力学性能的角度来看,当硫化剂含量为2.5份时,发泡材料的力学性能较好。     

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。     

泡沫铝冶金连接及其界面结构与力学性能研究

以Zn-10Al合金作为粘结合金,采用功率超声辅助的热浸镀法进行泡沫铝板的冶金连接,采用光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)观察接头组织及界面结构,采用X射线能谱仪(EDS)测定界面处元素分布,对样品进行拉伸实验和摆锤冲击实验,并与无功率超声辅助样品和胶接样品比较。功率超声辅助冶金接头密实连续,Zn、Al元素相互扩散,在界面处连续分布;无功率超声辅助接头中存在大量气孔等缺陷。功率超声辅助冶金接头的拉伸性能和冲击性能均优于无功率超声辅助接头和胶接接头。在功率超声辅助下进行连接时,其空化作用和声流能较彻底地破除泡沫铝基体表面的氧化膜,同时能够促进组织均匀化、去气除杂,有利于形成良好的冶金结合和致密的冶金接头。