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樹(shù)脂-泡沫鋁復(fù)合材料制備及性能研究（二十七）

3.5.1 Al Foam和 PU-PUR/Al Foam的落錘沖擊性能分析D

(5)PU-PUR/Al Foam落錘沖擊破壞形貌分析

為了提高Al Foam的抗落錘沖擊強(qiáng)度，將PU-PUR共混樹(shù)脂填充到Al Foam孔洞中形成互穿相復(fù)合材料，并按照填充樹(shù)脂種類的不同將其命名為M1/Al Foam、M2/Al Foam、M3/Al Foam 、M4/Al Foam和M5/Al Foam，選擇在50J 能量進(jìn)行PU-PUR/Al Foam復(fù)合材料的落錘沖擊測(cè)試。

1、M1/Al Foam在受到50J的落錘沖擊能量后，在正面沖擊中心出現(xiàn)了一個(gè)凹坑，中心區(qū)域的泡沫鋁孔洞已經(jīng)發(fā)生了變形，規(guī)則的圓形孔洞在 沖擊作用下變成不規(guī)則多邊形。與中心區(qū)域的受損程度相比，邊緣區(qū)域的破壞也顯而易見(jiàn)，沖擊造成了邊緣區(qū)域的孔洞受到撕扯，發(fā)生從圓形到橢圓形的變化，形成的橢圓形的尖端朝向了沖擊中心區(qū)域。從正面看到，在沖擊作用后，M1/Al Foam復(fù)合材料表面大致完整，沒(méi)有受到嚴(yán)重的破壞，聚氨酯很好地附著在泡沫鋁孔洞上，并沒(méi)有因?yàn)闆_擊而發(fā)生分離。

2、M1/Al Foam在受到50J的落錘沖擊能量后，在背面落錘沖頭沖擊后的中心形成了一個(gè)直徑約為3cm的破損區(qū)域。在中心區(qū)域，泡沫鋁孔洞和聚氨酯已經(jīng)分離，泡沫鋁孔洞因沖擊破壞撕裂。周圍區(qū)域的孔洞發(fā)生了變形，填充著聚氨酯的泡沫鋁孔洞在沖擊的作用下，發(fā)生了從圓形到橢圓形的變形，孔洞的橢圓形較短的直徑朝向著沖擊的破損區(qū)域中心，這是由于在沖頭作用到M1/Al Foam上后，正面中心受壓變形， 背面中心發(fā)生撕裂變形形成的。

3、M1/Al Foam在受到50J的落錘沖擊能量后，在側(cè)面，M1/Al Foam復(fù)合材料發(fā)生了較為明顯的背凸現(xiàn)象。

4、M2/Al Foam在受到50J的落錘沖擊能量后，在正面沖擊中心出現(xiàn)了一個(gè)凹坑，此處孔洞因沖擊作用變成不規(guī)則形狀，相比于M1/Al Foam 復(fù)合材料的變形要更小一些。在沖擊中心區(qū)域看到樹(shù)脂出現(xiàn)褶皺，說(shuō)明聚脲的加入提高了PU-PUR共混樹(shù)脂的塑性能力，增強(qiáng)了其力學(xué)強(qiáng)度。沖擊造成了邊緣區(qū)域的泡 沫鋁孔洞的從圓形到橢圓形的變化，變化為橢圓形孔洞的尖端朝向了沖擊中心區(qū)域。

5、M2/Al Foam在受到50J的落錘沖擊能量后，在背面沖擊中心形成了一個(gè)直徑約5cm的破損區(qū)域，形成了多條裂縫，泡沫鋁孔洞之間的孔壁遭到撕裂破壞，裂縫所經(jīng)之處的泡沫鋁孔洞和樹(shù)脂都被撕裂開(kāi)。由于正面因沖擊受到壓力而背面受到拉伸力的作用，裂縫的形成造成了周圍泡沫鋁孔洞發(fā)生擠壓變形，泡沫鋁孔洞發(fā)生了從圓形到橢圓形的變形，而橢圓形的較短直徑指向了沖擊的中心區(qū)域。

6、M2/Al Foam在受到50J的落錘沖擊能量后，在側(cè)面M2/Al Foam 復(fù)合材料發(fā)生了較為明顯的背凸現(xiàn)象，但是形變程度相較于M1/Al Foam有所下降。

7、M3/Al Foam在受到50J的落錘沖擊能量后，在正面沖擊中心出現(xiàn)了一個(gè)凹坑，相比于M1/Al Foam和 M2/Al Foam復(fù)合材料，沖擊的中心區(qū)域泡沫鋁孔洞的變形要更小，并稍顯不規(guī)則的形狀，說(shuō)明聚脲所占共混樹(shù)脂的成分越高，其樹(shù)脂的力學(xué)強(qiáng)度更高，可以更好地抵抗沖擊荷載，同時(shí)樹(shù)脂和泡沫鋁結(jié)合的很好，沒(méi)有出現(xiàn)分離的現(xiàn)象。而在沖擊的邊緣區(qū)域，同樣觀察到了泡沫鋁孔洞從圓形變?yōu)闄E圓形的現(xiàn)象。

8、M3/Al Foam在受到50J的落錘沖擊能量后，在背面沖擊后的中心形 成了一個(gè)較大的直徑約4cm的破損區(qū)域，可以看到破損區(qū)域內(nèi)多條裂縫撕裂了泡沫鋁孔洞，填充在孔洞里的樹(shù)脂也和泡沫鋁孔洞發(fā)生分離，泡沫鋁孔洞和樹(shù)脂的脫離變得非常明顯。除此之外受到?jīng)_擊荷載后，沖擊背面在受到拉伸力的作用下形成的裂縫擠壓著周圍的泡沫鋁孔洞使其發(fā)生了從圓形到橢圓形的變形。

9、M3/Al Foam在受到50J的落錘沖擊能量后，在側(cè)面M3/Al Foam復(fù)合材料發(fā)生了較為明顯的背凸現(xiàn)象，但是相較于M1/AlFoam和 M2/Al Foam形變程度有所下降。

10、M4/Al Foam在受到50J的落錘沖擊能量后，在正面沖擊中心出現(xiàn)了一個(gè)很小的凹坑，此處的泡沫鋁孔洞和樹(shù)脂在受到落錘沖擊后仍然保持較為完好，泡沫鋁孔洞的變形很小。說(shuō)明聚脲所占共混樹(shù)脂的成分越高，其樹(shù)脂的強(qiáng)度更高，可以更好地抵抗沖擊荷載。由于沖擊荷載的影響，環(huán)繞著中心區(qū)域的邊緣區(qū)域也出現(xiàn)了一些很小的變形，泡沫鋁孔洞從圓形變成了近似為圓形的橢圓形，總體來(lái)說(shuō)M4/Al Foam的沖擊后變形很小。

11、M4/Al Foam在受到50J的落錘沖擊能量后，在背面沖頭沖擊后的中 心形成了一個(gè)直徑約3cm的破損區(qū)域并形成多條裂縫，裂縫撕裂了泡沫鋁孔洞并將樹(shù)脂和泡沫鋁分離。裂縫周圍的泡沫鋁孔洞發(fā)生從圓形到橢圓形的變形，這些孔洞的變形程度較小，而在遠(yuǎn)離裂縫的泡沫鋁孔洞上，很難觀察到其發(fā)生了變形，說(shuō)明M4共混樹(shù)脂的抗沖擊強(qiáng)度更高。

12、M4/Al Foam在受到50J 的落錘沖擊能量后，在側(cè)面M4/Al Foam復(fù)合 材料的背凸現(xiàn)象已經(jīng)不太明顯。

13、M5/Al Foam在受到50J的落錘沖擊能量后，在正面看到?jīng)_頭沖擊作用下，沖擊中心出現(xiàn)了一個(gè)很小的凹坑。從沖擊中心區(qū)域的受損情況來(lái)看，泡沫鋁孔洞的變形很小，說(shuō)明聚脲樹(shù)脂的強(qiáng)度很高，能夠很好地抵抗沖擊荷載。沖擊邊緣區(qū)域的泡沫鋁孔洞也發(fā)生了一些很小的變形，泡沫鋁孔洞從圓形變成了近似為圓形的橢圓形，但是總體來(lái)說(shuō)，從M5/Al Foam的正面圖上看到這些變形都很小。

14、M5/Al Foam在受到50J的落錘沖擊能量后，在背面沖頭沖擊后的中心延伸出很多條裂縫，從裂縫的延伸范圍來(lái)看，這些裂縫都能延伸到接近M5/Al Foam復(fù)合材料邊緣的地方，造成了更大的破損區(qū)域。與前面的較低聚脲含量樹(shù)脂填充的復(fù)合材料相比，裂縫的延伸改變了沿著泡沫鋁孔洞邊緣的延伸方向，裂縫可以從泡沫鋁孔洞中間產(chǎn)生并繼續(xù)延伸。由于聚脲高硬度和高力學(xué)強(qiáng)度的影響，泡沫鋁孔洞的變形變得很小。

15、M5/Al Foam在受到50J 的落錘沖擊能量后，在側(cè)面M5/Al Foam復(fù)合材料的背凸現(xiàn)象已經(jīng)不太明顯。

綜合來(lái)看，M4/Al Foam和M5/Al Foam兩種復(fù)合材料在受到50J的落錘沖擊能量后的變形程度最小且背凸現(xiàn)象更小，但從M5/Al Foam復(fù)合材料的背面圖中得到?jīng)_擊荷載 造成的裂縫數(shù)目更多而延伸范圍廣，并可以從泡沫鋁孔洞中間延伸，說(shuō)明聚脲樹(shù)脂的脆性斷裂現(xiàn)象導(dǎo)致其在受到?jīng)_擊荷載作用時(shí)更容易脆斷失效。而M4/Al Foam復(fù)合材料的 背面圖中裂縫數(shù)量相對(duì)較少且延伸范圍小，這是由于M4共混樹(shù)脂中存在的30%聚氨酯增強(qiáng)了共混樹(shù)脂的韌性，使得M4/Al Foam在受到落錘沖擊后裂縫延伸受阻，增強(qiáng)了M4/Al Foam的抗沖擊能力，綜合從破壞形貌分析得到M4/Al Foam的抗沖擊強(qiáng)度最高。