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樹脂-泡沫鋁復合材料制備及性能研究（八）

1.5研究意義和內容

1.5.1研究意義

近年來，泡沫鋁依靠優異的性能在汽車、輪船、人造衛星、航天器、軍事裝備、道路隔音等方面有著廣泛的應用。但同時泡沫鋁自身的缺點也較為突出，泡沫鋁自身的多孔結構導致泡沫鋁的力學強度較低，阻礙了泡沫鋁材料的推廣使用。填充高分子聚合物對泡沫鋁進行增強是近期泡沫鋁研究的熱門，但目前學者對于填充樹脂種類研究較少，在填充樹脂種類的研究中聚氨酯樹脂出現頻率較高，聚氨酯的缺點是自身強度較低，在受到載荷作用后變形程度較大，導致互穿相復合材料強度過低。聚脲在抗沖擊吸能方面的應用廣泛且強度較高，但其脆性較大的特點導致在受到載荷作用時容易脆斷失效，這極大限制了其應用場景。樹脂共混結合了二者的優點，能夠有效降低聚氨酯的變形程度并改善聚脲在受力時脆性過大導致脆性斷裂失效的問題。同時在高分子聚合物/泡沫鋁復合材料的研究工作中，學者通常將研究重點放在高分子聚合物填充泡沫鋁后的復合材料上，對高分子聚合物自身性能的研究并不完善。本文主要研究了一種新型聚氨酯聚脲樹脂共混體系并進行了流變學和DSC分析，分析得到了最佳填充溫度和時間，并將這種樹脂共混體系填充到泡沫鋁孔洞中制成復合材料，進行了落錘沖擊等力學測試，為這種新型互穿相復合材料在工程界的推廣應用提供了參考。

1.5.2研究內容

本文的主要研究內容包括：

(1)對PU-PUR樹脂共混體系進行系統研究。①對PU-PUR樹脂共混體系的流變性能進行研究。分析不同樹脂共混體系的粘度-溫度曲線和粘度-時間曲線，并與對應的DSC曲線進行分析對比，從而確定PU-PUR樹脂共混體系的最佳固化溫度與時間。②對PU-PUR樹脂共混體系的樹脂澆鑄體拉伸和壓縮性能進行測試。對拉伸和壓縮測試中的應力-應變曲線、彈性模量與強度、壓縮比吸能和拉伸斷裂伸長率進行了分析，并對拉伸斷面進行了SEM觀察。

(2)對Al Foam及PU-PUR/Al Foam復合材料進行系統研究。①測試Al Foam在不同沖擊能量下的落錘沖擊性能，分析破壞形貌，載荷-時間曲線，載荷-位移曲線，能量-時間曲線，分析得到Al Foam在落錘沖擊時響應速度快且吸能比極高，是一種性能優異的抗落錘沖擊材料，并得到了Al Foam的擊穿能量。進行PU-PUR/Al Foam復合材料在50J能量下的落錘沖擊測試，分析破壞形貌、載荷-時間曲線、載荷-位移曲線、能量-時間曲線，得到復合材料破壞形貌中的變形程度、受損面積、裂紋分布等數據，得到沖擊響應中的沖擊響應速度、沖擊持續時間、峰值載荷、沖擊總位移、吸能比等數據，通過分析PU-PUR配比對上述性能的影響，得到具有最佳韌性與抗落錘沖擊強度的復合材料類型。②進行Al Foam及PU-PUR/Al Foam復合材料的壓縮測試，分析應力-應變曲線、彈性模量與強度、比吸能等數據，分析了PU-PUR/Al Foam復合材料相比Al Foam、樹脂澆鑄體在抗壓縮位移等方面的優勢，并得到具有最佳抗壓縮荷載強度的復合材料類型。③進行Al Foam及PU-PUR/Al Foam復合材料的簡支梁沖擊試驗，對上述材料的沖擊韌性進行對比分析，并得到具有最佳沖擊韌性的復合材料類型。