開孔與閉孔泡沫鋁抗侵徹性能研究

閉孔泡沫鋁的導熱性能

為更全面地反映閉孔泡沫鋁材料的吸聲降噪能力,從密度、厚度、背后空腔深度、打孔率幾個方面,對閉孔泡沫鋁材料的吸聲性能進行研究.改變以往單純用吸聲系數(shù)的峰值表征的方法,而是用吸聲系數(shù)的峰值、降噪系數(shù)、半峰寬3個指標來評價閉孔泡沫鋁材料的吸聲性能.通過駐波管法測試吸聲系數(shù),用origin軟件進行吸聲曲線的分析,建立一次函數(shù).結(jié)果表明:在以往研究中個別吸聲系數(shù)的峰值較高的樣品,整體吸聲效果不佳;而一些吸聲系數(shù)的峰值處于中等水平的卻具有較好的整體吸聲效果,因此更適合于在實際應用中用于吸聲結(jié)構(gòu)的設計.

利用高速氣槍研究了面板為銅板的泡沫塑料芯體夾層板在不同沖擊速度下的抗侵徹性能.研究表明:隨著面板厚度和泡沫塑料芯體密度的增加,試樣的抗侵徹性能逐步增強,在泡沫塑料芯體夾層板中應力波傳導的時間也逐步增長.

閉孔泡沫鋁板具有一定的吸聲性能,對閉孔泡沫鋁板進行打孔處理后,其吸聲效果顯著提高。使用駐波管法測試不同打孔率以及在泡沫鋁板背后設置不同厚度空腔時吸聲系數(shù)和吸聲頻率的變化。測量結(jié)果表明:以適當?shù)拇蚩茁蚀蚩缀?吸聲系數(shù)提高30%左右,打孔率過高,吸聲系數(shù)反而降低;隨著在泡沫鋁吸聲板后設置的空腔厚度的增加,吸聲峰值向低頻偏移?？赏ㄟ^改變打孔率和背后空腔深度來設計用于降噪的閉孔泡沫鋁吸聲結(jié)構(gòu)。

綜述了近年來對閉孔泡沫塑料,主要是發(fā)泡聚烯烴的結(jié)構(gòu)與性能關系研究的進展?？偨Y(jié)了有關泡沫塑料的常見結(jié)構(gòu)模型以及性能結(jié)構(gòu)關系的解析式表達,并介紹了常見表征泡沫塑料結(jié)構(gòu)、性能的方法以及近年來出現(xiàn)的新的表征手段。文章討論了近年來研究塑料泡沫結(jié)構(gòu)與性能尤其是力學性能之間關系的新結(jié)果、新進展,并對研究進行了展望。

為改變高速路兩側(cè)噪聲污染嚴重,為設計性能更加優(yōu)越的公路聲屏障,結(jié)合沈陽市東西快速干道高架橋聲屏障建設的工程要求,設計閉孔泡沫鋁材的吸聲共振型聲屏障。使用噪聲頻譜分析儀實地測量噪聲污染情況,利用駐波管法測試打孔閉孔泡沫鋁板的吸聲系數(shù)值。設計的聲屏障主要吸聲結(jié)構(gòu)為密度0.3g/cm3,厚度10mm,打孔率3%的閉孔泡沫鋁吸聲板,背后設置30mm厚空腔,其吸聲特性為:吸聲主頻率為300~400hz,對500hz以下的低頻噪聲吸聲率可達到60%~90%。

為考查閉孔泡沫鋁材料的靜、動態(tài)力學性能,運用萬能材料實驗機及分離式霍布金森壓桿(shpb)系統(tǒng),對閉孔泡沫鋁準靜態(tài)及動態(tài)力學性能進行試驗研究。分析密度對泡沫鋁準靜態(tài)力學性能的影響情況,對比準靜態(tài)與動態(tài)條件下閉孔泡沫鋁材料力學性能的差異,并討論泡沫鋁動態(tài)測試過程中的一些注意事項。結(jié)果表明:此種閉孔泡沫鋁材料的靜、動態(tài)應力應變關系曲線均具有明顯的彈性段、應力平臺段及壓實段的3階段特征。準靜態(tài)條件下,應力平臺隨著密度的增大而相應增大;閉孔泡沫鋁的動態(tài)應力應變關系具有較為明顯的應變率效應。動態(tài)試驗中應變片、數(shù)據(jù)處理方法及入射波形均會影響泡沫鋁動態(tài)力學性能的試驗結(jié)果。泡沫鋁孔洞的分批塌陷導致應力應變曲線出現(xiàn)明顯波動現(xiàn)象。

應用分離式霍普金壓桿(shpb)技術(shù),對閉孔泡沫鋁、單面粘貼鋼板的泡沫鋁和泡沫鋁芯體的鋼夾芯板動態(tài)性能進行了研究,并對不同應變率下泡沫鋁芯體的鋼夾芯板動態(tài)力學性能進行了測試分析。在實驗中,分別采用入射波形整形技術(shù)和半導體應變片測試技術(shù),得到了較好的入射波和透射波,并給出了泡沫鋁夾芯板的動態(tài)應力應變曲線。從測試結(jié)果中可以看出泡沫鋁夾芯板性能優(yōu)越,具有"三階段"特征和應變率效應。

利用熔體發(fā)泡技術(shù)制備不同孔徑和氣孔率的泡沫鋁,對不同氣孔率的原始狀態(tài)泡沫鋁以及孔徑為1.1mm的穿孔泡沫鋁的吸聲性能進行研究。結(jié)果表明:未設置背腔時,原始狀態(tài)泡沫鋁的吸聲性能不高,設置背腔后,由于泡沫鋁中所含通透結(jié)構(gòu)的作用,泡沫鋁的吸聲性能明顯提高;穿孔泡沫鋁的穿孔率在0.5%～1.0%范圍,設置60～80mm背腔時可使降噪系數(shù)超過0.42,比原始狀態(tài)泡沫鋁不設置背腔時的降噪系數(shù)高2倍左右;穿孔泡沫鋁設置背腔后的吸聲特性符合helmholtz共振吸聲的規(guī)律,但受到穿孔結(jié)構(gòu)、泡沫鋁原本存在的缺陷組成的通透結(jié)構(gòu)和氣泡孔在穿孔過程中被打開的小開口等因素的影響。

基于對閉孔泡沫鋁發(fā)泡過程更為合理的假設,提出了描述胞體結(jié)構(gòu)的改進的十四面體模型,使之可以反映密度增大時質(zhì)量集中于支柱和頂點的情況。采用有限元方法及耦合邊界條件,研究了閉孔泡沫鋁的相對彈性模量、泊松比等彈性特征與胞體參數(shù)的關系,給出了擬合的彈性模量的計算公式,并對模型在彈性壓縮變形下應力分布進行了分析。通過與已有模型的比較表明,改進模型可以較好地模擬閉孔泡沫鋁材料的彈性性能。

對采用熔體發(fā)泡法制造的不同密度泡沫鋁進行了準靜態(tài)壓縮試驗、拉伸試驗和彎曲試驗。結(jié)果表明,泡沫鋁的壓縮特性曲線包括線彈性變形區(qū)、平臺區(qū)和密實化區(qū)。試樣的高寬比h/d明顯影響壓縮應力-應變曲線。當h/d較小時,平臺應力曲線較平滑;當h/d較大時,平臺應力曲線劇烈波動,呈顯著的鋸齒狀。且在試樣中間部位出現(xiàn)與加載軸線呈25°—45°的剪切帶。拉伸和彎曲過程中,泡沫鋁應力快速增加,當達到應力峰值即屈服點后急劇減小,在最終破斷失效前,沒有明顯的屈服變形帶。壓縮坪應力rpl、拉伸屈服應力ruts和冷彎屈服應力rf隨密度的增加而增加。

具有微細孔(孔徑小于0.1mm)的泡沫鋁合金在高速高壓沖擊下會發(fā)生霧化爆炸現(xiàn)象,可以對破甲彈產(chǎn)生攔截作用,從而具有抗彈性能。利用滲流法成功制備了孔徑小于0.1mm的泡沫鋁合金。在制備過程中,利用飽和鹽水混勻鹽粒,預熱時采用逐步升溫的方式和改善澆注參數(shù),得到了孔徑小于0.1mm的結(jié)構(gòu)完整的泡沫鋁試樣。清理工藝對于微孔結(jié)構(gòu)泡沫鋁非常重要,實驗結(jié)果表明采用流水沖刷和熱水浸泡的方式可以使得鹽粒盡快溶出,防止泡沫鋁的腐蝕。

對泡沫鋁合金部分填充方形鋁管三點彎曲性能進行研究。研究發(fā)現(xiàn):泡沫鋁部分填充管承受的彎曲載荷和吸收的能量與空鋁管相比有顯著的提高,變形模式從單褶皺模式變?yōu)槎囫薨櫮Ｊ?泡沫鋁部分填充管承載能力和能量吸收能力隨著泡沫鋁孔隙率的減少而提高,但是達到極限載荷的位移變短;與全填充管相比,泡沫鋁部分填充管仍然可以承受較高的載荷,同時有效降低結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量,只有當填充長度大于有效填充長度時,泡沫鋁提高鋁管承載能力的作用才能充分發(fā)揮;部分填充管對空鋁管的彎曲載荷相對提高量隨鋁管壁厚減小而增大。

利用直接冶金結(jié)合方法,研究了鋁及鋁合金覆板的厚度及復合溫度與時間對閉孔泡沫鋁夾心三明治與覆板結(jié)合層厚度的影響.利用金相顯微鏡觀察了泡沫鋁夾心與覆板結(jié)合界面的微觀組織,并測量了結(jié)合界面的擴散層厚度和顯微硬度.研究結(jié)果表明,鋁熔體與純鋁和鋁合金覆板復合溫度越高,復合時間越長,他們之間的擴散層厚度越大;當純鋁板的預熱溫度為400~450℃,復合速度為53.9~74.4mm/min時,泡沫鋁夾芯與純鋁板形成良好冶金結(jié)合,復合界面的互擴散層厚度為39~44μm;當鋁合金覆板的預熱溫度為240℃,復合速度為58.3mm/min時,制備鋁合金覆板泡沫鋁三明治所需的鋁合金板最小厚度應為7.9mm.

以靜態(tài)條件下閉孔泡沫鋁的空氣發(fā)泡過程為研究對象,在聚乙烯醇水溶液中進行模擬研究.通過改變?nèi)肷鋲嚎s空氣的流量、壓力,液體的粘度,出氣孔的直徑、數(shù)量、出氣孔表面距液體表面的距離等實驗條件,建立靜態(tài)條件下液體表面氣泡直徑的預測模型,以便對鋁熔體的泡沫特性和閉孔泡沫鋁的胞直徑進行科學有效的控制.在靜態(tài)水模擬實驗條件下獲得了液體表面氣泡直徑預測模型.當入射空氣的壓強、氣流量,液面高度,出氣孔直徑增大時,氣泡直徑隨之增大;當出氣孔數(shù)量,液體粘度增大時,氣泡直徑減小,表面張力對氣泡直徑的影響可以忽略不計;靜態(tài)條件下液體表面氣泡直徑的預測值和實驗測量值符合得較好,相對誤差分布在-5.04%~6.32%之間.

制備了3種特殊孔結(jié)構(gòu)的al-si12泡沫鋁,并研究了特殊孔結(jié)構(gòu)對泡沫鋁吸聲吸能的影響。結(jié)果表明,與常規(guī)單一孔結(jié)構(gòu)泡沫鋁相比,特殊孔結(jié)構(gòu)泡沫鋁在高頻區(qū)和低頻區(qū)的吸聲效果較強,而在中頻區(qū)吸聲效果相對較差。對于層狀周期孔結(jié)構(gòu)、層狀梯度孔結(jié)構(gòu)和寬孔徑范圍孔結(jié)構(gòu)的泡沫鋁,層狀周期和層狀梯度的層數(shù)越多或孔隙率越大,其吸聲吸能越好。

在閉孔泡沫鋁合金壓縮試驗的基礎上,研究了其壓縮力學性能和吸能能力,提出可供工程使用的多孔泡沫金屬吸能能力公式,為其工程應用提供理論支持。

采用發(fā)泡法,以廢石膏為發(fā)泡劑,通過干壓成型工藝制備出了中鋁質(zhì)閉孔泡沫陶瓷磚。主要探討了助燒熔劑和燒成制度等因素對閉孔泡沫陶瓷磚性能的影響。采用真空密度儀、萬能測試機、導熱儀分別測試了樣品的真密度、抗壓強度、導熱系數(shù),采用排水法測量了樣品的體積密度、閉孔氣孔率,通過sem分析了樣品的閉孔分布。實驗結(jié)果表明:樣品的真密度為2.691g/cm3,體積密度為1.324g/cm3,抗壓強度為4.82mpa,熱導率為0.173w/(m.k),閉孔氣孔率為57.2%,,樣品內(nèi)閉孔分布均勻。

采用先進孔形態(tài)(apm)泡沫鋁單元為芯體材料,以方形鋁管為面板材料制備了復合方管,然后進行準靜態(tài)壓縮試驗,并與傳統(tǒng)方法制備的泡沫鋁以及填充方管進行了比較。結(jié)果表明:apm泡沫鋁單元與傳統(tǒng)泡沫鋁、apm泡沫鋁單元填充方管與傳統(tǒng)泡沫鋁填充方管的壓縮性能差別不大;apm泡沫鋁單元與鋁方管的相互作用顯著提高了填充方管的壓縮性能,并改變了其壓縮變形方式,可用于制備復雜結(jié)構(gòu)的泡沫鋁夾層結(jié)構(gòu)材料。

71chinabuildingmaterialresourcescommunication 一種新型高性能的保溫隔熱材料 —泡沫玻璃已開始在建筑工程上應用。 被譽為節(jié)能工程的黑珍珠—泡沫 玻璃，在國外已普遍使用在化工保溫隔 熱、船舶、制冷業(yè)、冷庫、地鐵及恒溫 恒濕工程和一般工業(yè)與民用建筑的屋 面、外墻的保溫和隔熱工程上。我國過 去只用于化工深冷設備、船舶、冷庫的 保溫隔熱工程，近年來已開始在建筑工 程上使用。 泡沫玻璃是采用石英砂礦粉或碎 玻璃粉經(jīng)燒制發(fā)泡生成的容重輕、獨 立閉孔的發(fā)泡體。由于它是無機材料 的閉孔泡沫玻璃，所以導熱系數(shù)小，絕 熱功能穩(wěn)定；不吸水，水蒸氣滲透率 ??；優(yōu)良的耐高低溫性能和耐久性；強 度高，重量輕，變形??；不燃燒，不腐 蝕；可切割成型，便于施工；可制成彩 色材料，具有美化環(huán)境功能；可用聚合 物水泥砂漿與基層牢固粘接。與目前 在建筑工程中使

研究了用可溶石膏型預制塊制備低密度開孔泡沫鋁的工藝及其壓縮性能。采用聚氨酯網(wǎng)狀海綿為母體材料制備可溶石膏型預制塊,并分析了mgso4和鋁礬土的加入量對石膏型預制塊可溶性和抗壓強度的影響。采用預制塊加壓滲流的方法制備低密度開孔泡沫鋁,研究了滲流工藝參數(shù)的控制方法,并對制備的泡沫鋁進行了壓縮試驗,研究了其壓縮力學行為,結(jié)果表明,所制備的低密度開孔泡沫鋁壓縮過程表現(xiàn)出3個明顯的階段,即彈性段、塑性坍塌段和密實段,而且應力-應變曲線在塑性坍塌段表現(xiàn)出明顯的波動特征。

研究了采用軋制復合-粉末冶金發(fā)泡法制備的泡沫鋁夾心板的生產(chǎn)工藝,探討了主要工藝條件對芯層泡沫結(jié)構(gòu)的影響,得到了優(yōu)化的工藝參數(shù)。研究結(jié)果表明:軋制復合工藝可以使芯層粉末達到很高的致密度,為發(fā)泡過程創(chuàng)造了有利條件。軋制復合板適宜的發(fā)泡溫度為615~620℃,溫度過高會導致芯層出現(xiàn)大尺寸連通孔。發(fā)泡時間對熔融態(tài)泡沫體的凝固過程有顯著影響,時間過長會使泡沫層塌陷,發(fā)泡溫度為620℃時,經(jīng)4~6min發(fā)泡芯層可形成良好的泡沫結(jié)構(gòu)。