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树脂-泡沫铝复合材料制备及性能研究(四)

日期:24-10-22     时间:02:52 来源: 益荣金属

树脂-泡沫铝复合材料制备及性能研究(四)

1.2.2泡沫铝的应用

泡沫铝作为一种功能多样的新型材料,在汽车、船舶、航空航天、管道减震等多个领域有大量应用。

(1)泡沫铝在缓冲吸能减震方面的应用

在不同程度的荷载下,泡沫铝独特的孔洞结构可以变形塌陷从而吸收大量能量,这使得泡沫铝在变形吸能和减震缓冲方面表现出极强的能力。在汽车行业,泡沫铝被用作保险杠的组成材料,在汽车防撞结构上应用较多,这些可以满足汽车的减重需求。在航空航天领域上,泡沫铝被用在航天器的起落架和保护外壳上。除了这些应用场景以外,泡沫铝还在机械紧固装置,磨床的防护结构,气体液体的管道防震上有很多应用。

(2)泡沫铝在吸声方面的应用

泡沫铝特殊的孔洞结构可以对声波进行很好的反射和吸收,实现隔声的效果。当声波进入泡沫铝时,泡沫铝内的空气发生周期性振动,产生摩擦效应,同时空气发生挤压和碰撞,最后以热能的形式释放。一般来讲,泡沫铝在低频下的吸声效果要低于高频,这是由于声波和孔壁的非弹性碰撞造成的。泡沫铝相比其他吸声材料,拥有耐候,容易清洗,耐高温,无污染等特点,这使得泡沫铝在隔音吸声领域有着很多应用。在道路和高架桥上,隧道,室内天花板,泡沫铝作为优秀的隔音材料,可以显著阻止噪音的传播。Opiela K C对闭孔泡沫铝进行钻孔使其多孔内部开放,利于声波穿透,从而增加穿孔介质孔隙内的波能耗散,并研究了声波在具有不规则形状原始封闭孔隙的工业穿孔非均匀材料中的传播和衰减规律。将实验数据与穿孔固体样品的相应结果进行了比较,证明泡沫中初始封闭多孔结构可以显著阻碍声波的传播。

(3)泡沫铝在电磁屏蔽方面的应用

电磁屏蔽技术对于各行各业都有重要作用。在电子设备广泛使用的现代化社会,不同频率的电磁波互相干扰作用可能会导致电子设备出现故障。尤其在航空航天领域,卫星受到宇宙中的电磁波影响可能会出现仪器失灵甚至破坏的情况,需要电磁屏蔽材料对其进行保护。长期处在电磁辐射下也会对人体造成损害,导致高血压、白血病、败血症等疾病的发生。电磁屏蔽的原理是当电磁波进入电磁屏蔽材料时发生反射、吸收和多次反射的现象,从而减弱电磁波的传播,实现电磁屏蔽功能。常用的电磁屏蔽材料包括金属材料、高分子材料和纤维织物复合材料。金属材料通过自由电子的运动产生的反向涡流磁场,实现电磁屏蔽功能,在静电较多、需要散热的设备上金属材料可以更加高效地保护设备免受电磁波干扰。泡沫铝也属于金属材料,而且泡沫铝的孔洞结构可以提高电磁波的传播距离,在很大程度上提高对电磁波进行吸收的能力。对于电磁屏蔽材料,通用的屏蔽效能计算公式为:

SET=SER+SEA+SEM                                (1-1)

A+R+T=1                                      (1-2)

SET为总电磁屏蔽效能,SER为反射屏蔽效能,SEA为吸收屏蔽效能,SEM为多次反射屏蔽效能,这些参数是从电磁能量的方面分析电磁屏蔽的。A代表吸收系数,R代表反射系数,T代表透射系数,这些参数是从电磁功率的方面分析电磁屏蔽的。

许正斌通过熔体发泡法制备泡沫铝并研究其电磁屏蔽性能,发现在130MHz-1800 MHz的测试频率范围内,泡沫铝电磁屏蔽效率在25dB到75dB之间。泡沫铝的电磁屏蔽性能与反射损耗、吸收损耗、多次反射损耗和涡流损耗有关,反射损耗和多次反射损耗在泡沫铝的电磁屏蔽中占据主要作用,而在较高频率范围,吸收损耗和涡流损耗起到主要作用。李慧剑进行了泡沫铝孔径为1mm和2mm,厚度为5mm、10mm和15mm的环氧树脂-泡沫铝互穿相复合材料的电磁屏蔽测试。发现当保持泡沫铝厚度不变,频率为10-300 MHz的时候,孔径增大可以使得屏蔽效果增强,频率为300MHz-1.5 GHz的时候,孔径的大小对屏蔽效果的影响不大。当保持泡沫铝孔径不变,频率为10-300 MHz的时候,厚度增大可以增强屏蔽效果,频率为300 MHz-1.5 GHz的时候,厚度对屏蔽效果的影响不大。郭赛使用渗流铸造法制备泡沫铝,分析了泡沫铝内部连通性、表面结构和泡沫铝孔径对电磁屏蔽性能的影响。研究发现,较小孔径的泡沫铝的电磁屏蔽效果更好,当泡沫铝孔径为0.3 mm的时候,屏蔽值为70-110dB。增大泡沫铝的表面积可以提高低频电磁波(频率低于1000MHz)的屏蔽值,而提高泡沫铝内部连通性可以增大中频电磁波(频率在1000 MHz-2000 MHz之间)的屏蔽值。

(4)泡沫铝的其他应用

通孔泡沫铝由于其通孔特性,也可作为过滤材料,当气体和液体通过通孔泡沫铝,固体杂质保留在了泡沫铝结构中,实现过滤的功能。在化学反应领域,通孔泡沫铝可以作为催化剂的载体,增大反应物之间的接触面积。 通孔泡沫铝也可作为电极材料,用在蓄电池,燃料电池和太阳能电池中。通孔泡沫铝也是优秀的热交换材料,当在对流条件下,气体和液体通过泡沫铝孔洞可以带走大量热量,表现出较强的散热能力。

虽然泡沫铝在诸多领域都有广泛的应用,但是不能忽视的是,泡沫铝材料自身的强度仍然有限,这使得泡沫铝在恶劣环境下容易变形失效,极大限制了泡沫铝材料在上述应用场景中的使用,如何增强泡沫铝的强度从而增加其应用前景成为当前的研究热点。

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