【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 （PEI）及聚甲基丙烯酰亞胺 （PMI）等。硬質(zhì)聚氨酯 PUR泡沫與其他泡沫相比，其力學(xué)性能一般，樹(shù)脂/芯材界面易產(chǎn)生老化，從而導(dǎo)致面板剝離。作為結(jié)構(gòu)材料使用時(shí)，常用作層合板的縱、橫桁條或加強(qiáng)筋之芯材。有時(shí)PUR 泡沫也能用于受載較小的夾層板中，起到隔熱或隔音的作用。該類泡沫的使用溫度為 150℃左右，吸聲性能良好，成型非常簡(jiǎn)單，但是機(jī)械加工過(guò)程中易碎或掉渣。PUR 泡沫價(jià)格相對(duì)便宜，發(fā)泡工藝也比較簡(jiǎn)單，采用液體發(fā)泡。目前主要在運(yùn)動(dòng)器材，例如網(wǎng)球拍、冰球棒中用做工藝芯材，并起到一定的阻尼作用。另外在沖浪板中也普遍使用 PUR 泡沫或 EPS 泡沫作為芯材。復(fù) 合 材 料 夾 層 結(jié) 構(gòu) 的 破 壞 對(duì) 應(yīng) 著 多 種 不 同 的 破 壞 模 式 ， 復(fù) 合 材 料 夾 層 結(jié) 構(gòu) 在 外 載南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文11荷 作 用 下 的 破 壞 模 式 及 強(qiáng) 度 是 人 們 一 直 研 究 的 重 點(diǎn) ， 其 研 究 范 圍 涵 蓋 了 泡 沫 夾 層 結(jié) 構(gòu)的 理論 分 析 、 夾 芯 的 細(xì) 觀 結(jié) 構(gòu) 理 論 分 析 、 試 驗(yàn) 、 數(shù) 值 模 擬 以 及 增 強(qiáng) 技 術(shù) 等 。 隨 著 計(jì) 算機(jī) 分 析 軟件 的 發(fā) 展 ， 用 有 限 元 分 析 軟 件 來(lái) 模 擬 預(yù) 測(cè) 夾 層 結(jié) 構(gòu) 的 破 壞 過(guò) 程 成 為 目 前 研 究的 一 個(gè) 熱 點(diǎn) 方向 ， 也 具 有 及 其 重 要 的 實(shí) 用 價(jià) 值 ， 如 果 能 夠 正 確 評(píng) 估 復(fù) 合 材 料 泡 沫 芯 夾 層 結(jié) 構(gòu) 的 破 壞 ，就 可 以 為 夾 層 結(jié) 構(gòu) 的 檢 修 更 換 提 供 依 據(jù) ， 也 能 為 設(shè) 計(jì) 師 提 供 參 考 數(shù) 據(jù) ， 對(duì) 于 了 解 復(fù) 合材 料 夾 層 結(jié) 構(gòu) 的 損 傷 容 限 很 重 要 ， 所 以 具 有 較 大 的 工 程 意 義 。低 能 量 沖 擊 損 傷 是 纖 維 增 強(qiáng) 復(fù) 合 材 料 在 實(shí) 際 結(jié) 構(gòu) 應(yīng) 用 中 經(jīng) 常 遇 到 的 主 要 損 傷 形 式[8]。相 對(duì) 于 中 、 高 能 量 的 沖 擊 ， 低 能 量 沖 擊 損 傷 對(duì) 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 件 的 危 害 更 加 致 命 。 高 能量 和 中 等 能 量 的 沖 擊 可 以 在 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 表 面 造 成 明 顯 或 易 見(jiàn) 的 損 傷 ， 相 對(duì) 容 易 檢 測(cè) ，并 及 時(shí) 進(jìn) 行 維 修 ； 低 能 量 沖 擊 往 往 導(dǎo) 致 結(jié) 構(gòu) 產(chǎn) 生 目 視 不 可 檢 的 內(nèi) 部 損 傷 ， 復(fù) 合 材 料 結(jié)構(gòu) 表 面 沒(méi) 有 損 傷 ， 或 只 有 輕 微 的 壓 痕 ， 而 內(nèi) 部 已 產(chǎn) 生 大 量 的 基 體 開(kāi) 裂 和 大 面 積 的 分 層擴(kuò) 展 ， 有 時(shí) 還 伴 有 少 量 纖 維 斷 裂 [57]。 這 些 目 視 不 可 檢 的 內(nèi) 部 損 傷 將 使 層 合 板 的 力 學(xué) 性 能嚴(yán) 重 退 化 ， 其 結(jié) 構(gòu) 剩 余 強(qiáng) 度 會(huì) 大 幅 度 下 降 ， 其 中 剩 余 壓 縮 強(qiáng) 度(CAI)下 降 尤 為 顯 著 ， 甚 至達(dá) 到 60％ 以 上 [9]。 在 日 常 飛 機(jī) 、 船 舶 、 汽 車 等 維 護(hù) 檢 測(cè) 時(shí) ， 低 能 量 沖 擊 損 傷 往 往 難 以 被及 時(shí) 發(fā) 現(xiàn) 、 修 理 ， 從 而 引 發(fā) 突 然 事 故 ， 給 它 們 安 全 留 下 致 命 的 隱 患 。 此 外 ， 復(fù) 合 材 料結(jié) 構(gòu) 低 能 量 沖 擊 損 傷 后 的 剩 余 強(qiáng) 度 評(píng) 估 、 疲 勞 壽 命 分 析 ， 以 及 結(jié) 構(gòu) 的 日 常 檢 測(cè) 維 護(hù) 與損 傷 修 復(fù) 等 問(wèn) 題 ， 也 都 要 在 此 基 礎(chǔ) 上 進(jìn) 一 步 展 開(kāi) 深 入 的 研 究 工 作 。因 此 ， 研 究 復(fù) 合 材 料夾 層 結(jié) 構(gòu) 的 低 能 量 沖 擊 損 傷 問(wèn) 題 具 有 重 要 的 理 論 價(jià) 值 和 現(xiàn) 實(shí) 意 義 。 國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)展復(fù) 合 材 料 的 沖 擊 損 傷 研 究 開(kāi) 始 與 上 世 紀(jì) 七 十 年 代 ， 在 八 十 年 代 逐 步 得 到 發(fā) 展[13]。 至今 ， 已 有 許 多 研 究 者 針 對(duì) 復(fù) 合 材 料 低 能 量 沖 擊 損 傷 問(wèn) 題 進(jìn) 行 了 研 究 ， 并 取 得 了 一 定 的進(jìn) 展 。不 少 研 究 者 提 高 耐 沖 擊 性 能 的 主 要 措 施 是 通 過(guò) 對(duì) 填 料 的 選 擇 和 表 面 進(jìn) 行 改 性 來(lái) 提高 復(fù) 合 材 料 抗 沖 擊 性 能 。 填 料 改 性 是 對(duì) 表 面 性 質(zhì) 進(jìn) 行 優(yōu) 化 ， 賦 予 其 新 的 功 能 ， 開(kāi) 拓 新的 應(yīng) 用 領(lǐng) 域 ， 提 高 工 業(yè) 價(jià) 值 和 附 加 值 的 重 要 技 術(shù) 手 段 之 一【 10】 。填 料 改 性 是 為 了 改 變 填 料 表 面 原 有 的 性 質(zhì) （ 親 油 性 、 吸 油 率 、 浸 潤(rùn) 性 、 混 合 物 粘度 等 ） ， 改 善 礦 物 填 料 與 有 機(jī) 聚 合 物 的 相 容 性 以 及 加 工 流 動(dòng) 性 ， 提 高 填 料 ／ 樹(shù) 脂 相 界 面之 間 的 結(jié) 合 力 ， 促 進(jìn) 復(fù) 合 材 料 物 理 機(jī) 械 性 能 的 提 高 ， 使 非 功 能 填 料 轉(zhuǎn) 變 為 功 能 填 料 。提 高 增 韌 不 飽 和 聚 酯 樹(shù) 脂 的 綜 合 性 能 ， 使 不 飽 和 聚 酯 樹(shù) 脂 增 韌 朝 著 功 能 化 、 精 細(xì)化 、 高 性 能 化 的 方 向 發(fā) 展 ， 一 直 是 不 飽 和 聚 酯 樹(shù) 脂 增 韌 研 究 的 主 要 方 向 。 增 韌 改 性 途南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文12徑 ： 改 變 不 飽 和 聚 酯 樹(shù) 脂 的 化 學(xué) 結(jié) 構(gòu) 有 其 局 限 性 ； 彈 性 體 增 韌 雖 然 可 以 提 高 沖 擊 強(qiáng) 度 ，但其 它 性 能 如 拉 伸 強(qiáng) 度 、 彎 曲 強(qiáng) 度 、 耐 熱 性 能 有 所 下 降 ， 這 兩 種 改 性 途 徑 存 在 的 缺 陷 ，使 不飽 和 聚 酯 樹(shù) 脂 增 韌 改 性 的 發(fā) 展 受 到 一 定 影 響 。 無(wú) 機(jī) 物 特 別 是 納 米 材 料 增 韌 ， 不 僅起 到 增 強(qiáng)增 韌 的 效 果 ， 并 且 還 可 改 善 不 飽 和 樹(shù) 脂 聚 酯 耐 磨 、 水 、 酸 堿 等 性 能 ； 互 穿 聚 合 物 網(wǎng) 絡(luò)(IPN)[11]的 增 韌 是 不 飽 和 聚 酯 樹(shù) 脂 增 韌 新 的 較 有 效 的 方 法 ， 它 可 增 加 基 體 與 添 加 相 之 間 的 作用 力 和 相 容 性 ， 不 僅 有 利 于 增 韌 ， 還 賦 予 不 飽 和 聚 酯 樹(shù) 脂 其 它 優(yōu) 異 性 能 ， 這 兩 種 改 性途 徑 是 不 飽 和 聚 酯 增 韌 發(fā) 展 趨 勢(shì) 。不 飽 和 樹(shù) 脂 屬 熱 固 性 樹(shù) 脂 ， 需 在 固 化 劑 的 作 用 下 形 成 交 聯(lián) 網(wǎng) 狀 結(jié) 構(gòu) 才 能 獲 得 其 特有 性 能 。 但 在 固 化 交 聯(lián) 時(shí) ， 因 體 積 收 縮 會(huì) 產(chǎn) 生 收 縮 應(yīng) 力 和 不 同 材 料 熱 膨 脹 系 數(shù) 之 差 而產(chǎn) 生 熱 應(yīng) 力 【 12】 。 這 些 內(nèi) 應(yīng) 力 往 往 被 束 縛 在 樹(shù) 脂 與 填 料 界 面 上 ， 導(dǎo) 致 固 化 物 內(nèi) 部 產(chǎn) 生微 裂 紋 ， 使 得 不 飽 和 樹(shù) 脂 固 化 物 的 抗 沖 擊 性 能 變 差 ， 耐 熱 沖 擊 和 斷 裂 韌 性 降 低 。 因 此 ，消 除 不 飽 和 樹(shù) 脂 固 化 物 的 內(nèi) 應(yīng) 力 ， 提 高 產(chǎn) 品 的 韌 性 和 抗 開(kāi) 裂 性 能 ， 已 成 為 該 領(lǐng) 域 的 研究 熱 點(diǎn) 。 國(guó) 內(nèi) 外 許 多 高 分 子 材 料 專 家 一 直 在 致 力 于 不 飽 和 樹(shù) 脂 改 性 的 研 究 ， 并 已 取 得顯 著 的 成 果 ， 相 繼 開(kāi) 發(fā) 出 許 多 用 于 改 性 不 飽 和 樹(shù) 脂 的 改 性 劑 產(chǎn) 品 ， 已 成 為 改 性 不 飽 和樹(shù) 脂 的 主 要 手 段 。復(fù) 合 材 料 泡 沫 夾 層 結(jié) 構(gòu) 是 飛 行 器 、 船 舶 工 業(yè) 、 汽 車 工 業(yè) 等 常 用 的 結(jié) 構(gòu) 形 式 ， 但 由于 夾 層 結(jié) 構(gòu) 的 層 間 性 能 和 抵 抗 低 速 沖 擊 性 能 較 弱 ， 在 低 速 沖 擊 載 荷 的 作 用 下 ， 會(huì) 造 成面 板 基 體 開(kāi) 裂 和 纖 維 斷 裂 、 夾 芯 壓 塌 、 面 板 和 芯 材 間 的 界 面 脫 膠 等 多 種 失 效 ， 導(dǎo) 致 夾層 結(jié) 構(gòu) 承 載 能 力 的 下 降 。 通 過(guò) 對(duì) 復(fù) 合 材 料 泡 沫 夾 層 結(jié) 構(gòu) 的 低 速 沖 擊 及 沖 擊 后 含 損 傷 的夾 層 結(jié) 構(gòu) 在 壓 縮 載 荷 作 用 下 損 傷 擴(kuò) 展 的 全 過(guò) 程 進(jìn) 行 模 擬 研 究 ， 預(yù) 測(cè) 分 析 夾 層 結(jié) 構(gòu) 低 速?zèng)_ 擊 后 的 剩 余 壓 縮 強(qiáng) 度 。 沖 擊 損 傷 的 剩 余 強(qiáng) 度 問(wèn) 題 ， 是 目 前 復(fù) 合 材 料 損 傷 容 限 研 究 領(lǐng)域 中 ， 最 為 人 們 關(guān) 注 的 研 究 課 題 。 人 們 對(duì) 沖 擊 后 剩 余 強(qiáng) 度 的 研 究 主 要 基 于 4 種 方 法 ：（ 1） 軟 化 夾 雜 法 ， 即 將 沖 擊 損 傷 等 效 為 規(guī) 則 形 狀 的 軟 化 夾 雜 ， 然 后 采 用 基 于 各 種 破 壞準(zhǔn) 則 的 點(diǎn) 應(yīng) 為 或 平 均 應(yīng) 力 判 據(jù) 確 定 板 的 失 效 強(qiáng) 度 ； （ 2） 子 層 屈 曲 法 ， 將 沖 擊 損 傷 看 做 大小 不 同 的 多 個(gè) 規(guī) 則 形 狀 的 分 層 ， 認(rèn) 為 壓 縮 破 壞 過(guò) 程 是 各 個(gè) 子 層 不 斷 發(fā) 生 屈 曲 失 效 的 過(guò)程 ， 當(dāng) 所 有 的 子 層 都 屈 曲 時(shí) ， 層 板 發(fā) 生 破 壞 ； （ 3） 開(kāi) 口 等 效 法 ， 用 一 個(gè) 圓 孔 或 橢 圓 孔 取代 沖 擊 損 傷 ， 之 后 用 孔 斷 裂 韌 性 判 據(jù) 來(lái) 判 斷 板 的 破 壞 ； （ 4） 損 傷 累 積 法 ， 利 用 動(dòng) 態(tài) 有 限計(jì) 算 層 板 的 沖 擊 損 傷 的 剛 度 下 降 ， 作 為 板 的 初 試 損 傷 ， 用 損 傷 累 積 法 模 擬 板 的 壓 縮 破壞 過(guò) 程 ， 并 計(jì) 算 剩 余 壓 縮 強(qiáng) 度 。 研 究 發(fā) 現(xiàn) 夾 層 結(jié) 構(gòu) 的 損 傷 尺 寸 隨 沖 擊 能 量 的 增 加 而 增大 ， 殘 余 凹 痕 深 度 也 隨 之 增 加 ， 而 其 剩 余 壓 縮 強(qiáng) 度 隨 著 沖 擊 能 量 的 增 加 而 降 低 。 正 確評(píng) 估 復(fù) 合 材 料 泡 沫 夾 層 結(jié) 構(gòu) 的 破 壞 ， 就 可 以 為 夾 層 機(jī) 構(gòu) 的 檢 修 和 更 換 提 供 依 據(jù) ， 也 能