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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(lèi)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?chē)鷧^(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?chē)菽X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?chē)呐菽X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?chē)呐菽X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。