不同填充物对聚氨酯泡沫塑料压缩力学性能影响.pdfVIP

不同填充物对聚氨酯泡沫塑料压缩力学性能的影响① 卢子兴1，陈鑫2，芦艾2，刘静2 (1北京航空航天大学固体力学研究所，北京100083； 2中国工程物理研究院化工材料研究所，绵阳621900) 摘要为了研究不同填充物对聚氨酯泡沫塑料压缩力学性能的影响，针对不同填充物 制备了12种泡沫塑料，并对它们进行了宏观压缩实验，得到了这些材料的压缩应力一应变曲 线，确定了它们的杨氏模量和屈服强度，研究了不同填充物对聚氨酯泡沫塑料压缩力学性能 的影响；此外，还对破坏裂口处进行了扫描电镜分析，研究了材料的压缩破坏机制。 关键词泡沫塑料力学性能破坏机制填充物 0引言 近年来，为提高泡沫塑料的力学性能，常用各种纤维、晶须、粒子及空心玻璃微珠等作为填充物来制备泡 沫塑料。由于填充相的物理、化学性质不同，填充后泡沫塑料的力学性能也有所不同。因此，研究不同填充 物对泡沫塑料力学性能的影响具有重要意义。最近，芦艾等人【1]I研究了微米碳酸钙粒子对硬质聚氨酯泡沫 塑料形态与力学性能的影响，发现微米碳酸钙粒子含量适当时，可以提高硬质聚氨酯泡沫塑料的压缩强度和 模量，而不会显著降低材料的冲击强度。高四等比J对纳米二氧化钛增强硬质聚氨酯泡沫塑料的研究表明， 低填充量时纳米二氧化钛可以提高材料的压缩强度和冲击强度，但拉伸强度的提高并不明显。卢子兴等 人L3J贝4对玻璃微珠填充聚氨酯泡沫塑料的力学行为进行了系统研究，得到了许多有价值的结论。为了研究 不同填充物对泡沫塑料压缩力学性能的影响，本文对12种不同材料填充的聚氨酯泡沫塑料进行了宏观压缩 实验，确定了它们的压缩应力一应变曲线和主要力学性能，研究了不同填充物对聚氨酯泡沫塑料压缩力学性 能的影响。最后，基于扫描电镜照片讨论了材料的压缩破坏机制。 1实验描述 NaCa)#b，多数泡沫塑料的体积填充率为1％(粒度在0．1--5 tan左右)，这些材料分别是纳米c剧c03填充泡 (630一BD)、钛酸钾晶须填充泡沫(701一KT)。每种材料有5个试件，材料密度为0．5 g／crn3左右。除702一 NaCa外，其他材料的催化体系为乙醇胺和有机锡混合体系。 mm×20 宏观压缩实验采用@20 载速率为4mm／min，实验温度为室温。宏观实验后，用S一570扫描电镜观察了断口的微观破坏形态。 2实验结果与分析 2．1应力一应变特性 实验所得应力一应变曲线与以往高密度复合泡沫塑料的情况基本相NE3]，也分为线性弹性区，应力略 ·890· 有增加的屈服区和起始点并不明显的压实区。从这些应力一应变曲线上可以看出，各种材料基本上在应变 为5％左右时屈服，在应变为62％左右时出现明显破坏，并且不同填充物的影响在屈服点以后的变形区域 内更明显。 为了更清楚地反映不同材料应力一应变曲线的差异，文中根据填料的特点分两组进行比较和讨论。首 先，将CaOZh粒子填充泡沫塑料分为一组，其曲线如图1所示。从图中可见，在相同催化剂体系下，微米Ca— 此，材料制备时所采用的催化体系会对泡沫塑料的性能产生明显影响；同时，由于纳米粒子更容易团聚，故纳 米粒子填充不一定比微米粒子填充的效果好。图中结果还显示，对填充率较高的纳米CaC03粒子填充泡沫 来说，其屈服和破坏强度较高且破坏前的应变也较大。图2给出了填料为脆性材料的两种泡沫(628一BZ和 的泡沫相比，脆性填料会使泡沫的应力一应变曲线抬高，尤其是陶瓷微粉填充的效果最明显；而弹性填料的 填充效果正好相反。 ∞ ∞ ∞ 如 芒 善 ∞ 文 叠_专R越 毯 如 加 m O