泡沫铝/树脂基复合材料压缩性能及抗高过载性能研究

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超轻多孔材料具有密度小、比强度高、吸能性能优异等优点,已经越来越多地被应用于民用及军事等多个领域。在此类材料中,泡沫铝材料作为功能材料是近些年来的研究热门话题,泡沫铝材料是一种以铝及其合金作为基础材料,结构中具有大量孔洞,具有质轻、强度高等特点的多孔金属材料,其具有的性能包括吸声、阻燃、隔声、轻质、吸收冲击能、阻尼、散热、减振以及电磁屏蔽等多种优异性能,因此,在21世纪许多材料工作者都将其作为热门材料进行研究与分析,并使其得到了广泛地应用。IPC材料是由多相组成,在材料内部,其拥有各个部分连续的三维方向组分,而拓扑是其主要的存在形式。换句话说,两相材料两者均含有孔隙微结构且相互独立,同时,各个方向上的所有微型结构均被两相材料所覆盖。因此,IPC是常用复合材料的一种改进的形式,在宏观角度考虑,各个成分均保证了其自身的优良特点。环氧树脂常被当做结构阻尼材料,其常备用以制备阻尼性能较优的环氧树脂基复合材料。而聚氨酯树脂具有大尺度的性能可调性,但是其内部产生的热量大,同时其耐湿热性能及耐酸碱性能较差。压电阻尼复合材料作为智能型阻尼复合材料的典型代表,其是在聚合物基体中添加压电陶瓷颗粒,使其均分分布与基体当中,以制取拥有优良阻尼效果的新一代阻尼复合材料。本论文研究内容为以低粘度环氧树脂、聚氨酯树脂为聚合物基体,以炭黑(CB)为导电相,以铌镁锆钛酸铅(PMg N)为压电相,以玻璃纤维为增强相、填充泡沫铝形成具有互穿相复合材料(IPC)结构的泡沫铝/压电相/树脂基复合材料。通过研究各组分材料的微观表面形貌,压缩性能及抗高过载性能,探究不同树脂基体、不同压电相及增强相含量及表面形貌对材料力学性能的影响,以研制一种抗高过载、承受多次高载荷冲击后仍具有良好能量衰减特性的阻尼复合材料,以满足航天部门对此类材料的需求。通过压缩实验证明,泡沫铝/聚氨酯树脂基复合材料较泡沫铝/环氧树脂基复合材料拥有更高的力学性能及变形能力,其破坏形式为韧性断裂。同时,通过增加陶瓷颗粒含量(100wt%)及短切纤维含量(2wt%)、改善树脂基体与填料间的界面性能均可提高材料的压缩性能。通过探究马歇特落锤实验装置研究泡沫铝/环氧树脂基复合材料抗高过载性能我们发现,纯泡沫铝材料具有优良的吸能性能,但其变形较大,不适宜作为抗多次高过载缓冲材料,同时,压电相及增强相的存在均有益于材料抗高过载性能的提升。
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