树脂-泡沫铝复合材料制备及性能研究（七）

1.4高分子聚合物/泡沫铝复合材料研究现状

国内外许多学者将高分子聚合物以涂覆、填充等方式与泡沫铝材料结合制成一种具有多种优点的互穿相复合材料，并研究了复合材料的压缩、弯曲、防爆、抗冲击等性能。

于英华将松香、环氧树脂、纳米蒙脱土改性环氧树脂注入泡沫铝中形成三种互穿相复合结构，测试了压缩与摆锤冲击力学性能，发现加入高分子聚合物后形成的互穿相结构相比单独的泡沫铝其力学性能均有所提高，其中纳米蒙脱土改性环氧树脂的加入使得复合结构力学性能提高最为显著。邵旭东制备了泡沫铝孔洞直径分别为5 mm和10mm,空心玻璃微珠质量比为0%、1%、2%、3%、4%、5%的环氧树脂泡沫铝互穿相复合材料，通过落锤冲击试验分析了不同玻璃微珠质量比的载荷-时间曲线和能量-时间曲线，发现3%和4%的玻璃微珠质量比的互穿相复合材料有最好的抗冲击性能，在落锤冲击后的损坏程度也最小。

余为对空心玻璃微珠(HGB)含量为10%和20%的环氧树脂(EP)-泡沫铝互穿相复合材料进行压缩试验，分析其破坏形貌，力学性能以及能量吸收性能。发现空心玻璃微珠(HGB)的加入会使弹性模量和屈服极限比相对于环氧树脂(EP)-泡沫铝材料有所降低，填充了环氧树脂(EP)的泡沫铝材料发生了明显的应力松弛现象，应力松弛率随着空心玻璃微珠(HGB)含量的增大而增大。齐明思对聚氨酯填充的泡沫铝块进行了准静态压缩实验，分析了聚氨酯含量和泡沫铝孔隙率对准静态压缩性能的影响。发现当泡沫铝孔隙率确定时，聚氨酯含量上升可以使互穿相复合材料的压缩性能和吸收能量性能得到了提高，而当聚氨酯含量确定时，提高泡沫铝的孔隙率会使其压缩性能和能量吸收性能降低。

宋玉环研究了聚氨酯、蜂窝铝、聚氨酯-蜂窝铝复合材料的准静态压缩实验，对压缩应力应变曲线进行了分析，结果表明曲线分为弹性阶段，屈服阶段，致密化阶段。蜂窝铝的格栅作用减少了聚氨酯的横向变形和变形回复，聚氨酯的存在减少了蜂窝铝的弯曲变形，使得复合材料在较大的应力下才屈服失效。对蜂窝铝的孔径进行了研究，发现小孔径的聚氨酯-蜂窝铝复合材料的格栅作用、初始刚度、吸能效率要高于大孔径复合材料。辛亚军研究了环氧树脂-泡沫铝复合材料和环氧树脂-蜂窝铝复合材料的压缩、弯曲、冲击等性能。通过对环氧树脂-泡沫铝复合材料的压缩和弯曲力学性能的研究发现，结构具有较好的稳定性，其抗压强度、能量吸收能力也较强，复合层和芯体之间也没有分离。通过对环氧树脂-泡沫铝复合材料的局部压缩性能的研究发现，复合层厚度对复合材料力学性能影响较大，复合层厚度在2 mm左右为最佳厚度。通过对环氧树脂-泡沫铝复合材料的落锤冲击性能的研究发现，冲头类型对能量吸收性能的影响不大，增加复合层厚度对吸能效果和峰值荷载影响较小。张勇研究了聚氨酯泡沫铝和混凝土在不同组合情况下的抗爆炸能力，从爆炸试验中发现聚氨酯泡沫铝比泡沫铝在爆炸试验中吸收了更高的能量，聚氨酯泡沫铝的厚度增加1倍，可以使吸能效果增加50%。从数值模拟实验中发现，聚氨酯泡沫铝层厚度是决定复合结构抗爆炸能力的重要因素。

Tilbrook M T通过多级渗透工艺制备了均匀和梯度两种泡沫铝-环氧树脂复合材料，并分析其在单调载荷和循环载荷作用下的疲劳裂纹扩展规律。发现在单调载荷作用下，由于裂纹尖端后桥接区的发展，均质复合材料试件出现裂纹扩展增韧现象。在循环加载下，裂纹扩展阻力也有类似的增加。Dukhan N通过注射成型工艺使用聚丙烯填充开孔泡沫铝。制备成三种每厘米4、8和16个孔的线性孔密度的复合材料，并测试了弯曲模量、弯曲强度和刚度。通过比较表明，复合材料比单独的泡沫铝或聚丙烯更坚硬，复合材料的刚度随着孔径的减小而增大，较小的孔隙尺寸可以使试样上有更多的泡沫铝孔，从而增加了复合材料的弯曲刚度。Fan Z制备了泡沫铝-硬质聚氨酯泡沫互穿相复合材料，并分析其在不同应变率下的力学响应。发现复合材料的应变率敏感性主要由硬质聚氨酯引起，而变形机制仍以泡沫铝骨架为主，由于动态压缩性的降低泡沫铝骨架在高应变率下呈现较低的总能量吸收规律。与固体聚合物和泡沫铝组成的复合材料相比，泡沫铝-硬质聚氨酯泡沫复合材料的压缩性能、力学性能和应变率敏感性要更高，更高的应变率敏感性使得动态压缩时复合材料的耗能增加了13.8%。并提出了一种改进的本构模型来捕捉预制复合材料的动态响应，预测结果与实验结果吻合较好。

Liu S使用不同体积分数的泡沫铝制备了三种泡沫铝(AF)/聚氨酯(PU)互穿相复合材料，并进行了压缩和循环压缩试验对其力学行为进行研究。通过压缩试验发现，AF/PU复合材料的抗压强度随着铝体积分数的增加而增加。通过循环压缩试验发现，泡沫铝骨架和聚氨酯的弹性变形可以造成AF/PU复合材料的可恢复变形现象。同时建立了AF/PU复合材料的单调应力-应变模型和循环应力-应变模型，通过与试验结果的对比分析，证实了模型的有效性。Bao H通过把聚氨酯填充到球形泡沫铝中制成球形泡沫铝-聚氨酯复合材料(SCPA-PU复合材料),并进行了准静态压缩试验。发现SCPA-PU复合材料的应力-应变曲线分为三个阶段：线弹性段、塑性平台段和致密区。提高泡沫铝的相对密度可以提高SCPA-PU复合材料的平台应力和致密应变能。同时基于试验结果，验证了三种模型在SCPA-PU复合材料本构方程中的适用情况。