泡沫金属_高分子聚合物的复合体机械阻尼性能研究_余兴泉
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弹性体阻尼材料的研究进展
陈智;殷德贤;胡仕凯;赵秀英
【期刊名称】《功能材料》
【年(卷),期】2024(55)1
【摘要】弹性体阻尼材料具有独特的动态粘弹性行为,被广泛应用于减震、降噪等多个领域。
在实际应用过程中,弹性体阻尼材料常面临有效阻尼温域窄、损耗因子较低的问题。
拓宽有效阻尼温域、提高损耗因子是目前开发高性能弹性体阻尼材料的主要方向。
从弹性体阻尼材料的阻尼机理出发,阐述了分子链形态与结构、温度及振动频率、弹性体组成体系对弹性体阻尼材料阻尼性能的影响。
介绍了弹性体阻尼材料的改性方法及近几年来的最新研究进展。
【总页数】11页(P1038-1047)
【作者】陈智;殷德贤;胡仕凯;赵秀英
【作者单位】北京化工大学材料科学与工程学院;北京市新型高分子材料制备与加工重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TQ330.1
【相关文献】
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万方数据 万方数据 万方数据新型高聚物阻尼材料研究进展作者:杨亦权, 杜淼, 郑强作者单位:浙江大学高分子科学与工程学系,浙江,杭州,310027刊名:功能材料英文刊名:JOURNAL OF FUNCTIONAL MATERIALS年,卷(期):2002,33(3)被引用次数:40次1.王俊良查看详情 1993(02)2.查看详情3.Yamada N;Shoji S查看详情 19994.Nagarajan P;Mital C K;Trivedi M K查看详情[外文期刊] 1996(02)5.谢志明查看详情[期刊论文]-功能高分子学报 1995(02)6.Hourston D J;Zia Y查看详情 19867.Toshio T;Kiyoshi H;Kenji U查看详情 19978.Finegan I C;Gibson R F查看详情 1998(02)9.Oshima N;Inui D;Fukuda T查看详情 199710.Fujimoto J;Tamura T查看详情 199811.冷劲松查看详情 1996(04)12.Norwalk 198913.成国祥;沈锋锆钛酸铅/高分子复合膜的吸声特性[期刊论文]-高分子材料科学与工程 1999(03)14.查看详情15.查看详情16.查看详情17.住田雅夫查看详情 1997(03)18.Lipatov Y;Sergeeva L;Karabanova L查看详情 198819.Sophiea D;Klempner D C;Sendijarevic V查看详情 199420.Chang M C;O Thomas D A;Sperling L H查看详情[外文期刊] 198821.Chern Y C;Tseng S M;Hsieh K H查看详情[外文期刊] 199922.Li S C;Qiu Q W查看详情 200023.Hourston查看详情[外文期刊] 199624.柯毓才查看详情 199225.Hu R;Dimonie V L查看详情 199726.Klempner D;Berkowski L;Frisch K C查看详情 198527.Wu Chifei;Yamagishi T A查看详情[外文期刊] 200028.Yak S查看详情 19941.宋洪松.李静.曹亚君.赵秀英.王松丁腈橡胶/受阻酚AO-80/炭黑复合材料中结合丙烯腈量对其结构与性能的影响[期刊论文]-合成橡胶工业 2011(1)2.蒋鞠慧.尹冬梅.张雄军阻尼材料的研究状况及进展[期刊论文]-玻璃钢/复合材料 2010(4)3.曹巍.周成飞.翟彤.郭建梅.曾心苗.王连才压电陶瓷/聚氨酯智能阻尼复合材料的制备与表征[期刊论文]-聚氨酯工业 2010(4)4.赵云峰.张继华.游少雄.詹茂盛丁腈橡胶/酚醛树脂/受阻酚A060共混阻尼橡胶贮存稳定性研究[期刊论文]-材料工程 2010(12)5.丁国芳.罗世凯.程青民.石耀刚.曹君.王建华高阻尼宽温域粘弹性硅橡胶复合材料的制备及性能研究[期刊论文] -化工新型材料 2009(8)6.周春华.吴丽丽.张玉芳碳纳米管-阻尼材料研究进展[期刊论文]-济南大学学报(自然科学版) 2009(4)7.吴海青.周君.苗政汽车减振降噪控制技术的研究[期刊论文]-农业与技术 2009(3)8.赵云峰.张继华.游少雄.何利军.詹茂盛丁腈橡胶/酚醛树脂/受阻酚AO80三元阻尼橡胶的结构与性能[期刊论文]-航空材料学报 2009(3)9.刘其霞.丁新波.张慧萍.晏雄羧基丁腈橡胶基阻尼复合材料的相态结构及动态力学性能[期刊论文]-合成橡胶工业 2009(4)10.贺鹏吸声阻尼聚合物材料的研究进展[期刊论文]-材料导报 2009(z2)11.何慧敏.王雁冰.沈强.黄志雄.张联盟压电陶瓷/聚合物基新型阻尼复合材料的研究进展[期刊论文]-材料导报2008(1)12.刘巧宾.文志红.卢秀萍IPN压电材料阻尼性能的研究[期刊论文]-弹性体 2007(6)13.周璞.沈建平.韩华.周哲.赵大鹏减振阻尼材料纳米改性试验研究[期刊论文]-噪声与振动控制 2007(5)14.王雁冰.黄志雄.石敏先.何强.张联盟柔性环氧树脂复合材料的阻尼性能研究[期刊论文]-武汉理工大学学报2007(8)15.刘巧宾.卢秀萍IPN压电阻尼材料的研究进展[期刊论文]-弹性体 2007(5)16.刘巧宾.卢秀萍IPN压电阻尼材料的研究进展[期刊论文]-塑料科技 2007(9)17.李永清.朱锡.石勇高性能阻尼高聚物体系分子设计研究进展[期刊论文]-化学推进剂与高分子材料 2007(4)18.刘巧宾.卢秀萍PZT-IPN阻尼材料的研究进展[期刊论文]-合成材料老化与应用 2007(4)19.刘巧宾.卢秀萍PZT-IPN阻尼材料的研究进展[期刊论文]-应用化工 2007(6)20.秦川丽.姜海健.谭强.赵淑芳.白续铎改性VER的制备及其对PU/VER IPN的性能影响[期刊论文]-黑龙江大学自然科学学报 2007(2)21.徐绍炳.吴一微.廖丽霞火焰原子吸收分光光度法测定热熔型阻尼材料中的铅和镉[期刊论文]-分析仪器2007(2)22.毛晓东以三元乙丙橡胶为基体的高性能阻尼材料的研究[学位论文]硕士 200723.顾健.武高辉新型阻尼材料的研究进展[期刊论文]-材料导报 2006(12)24.杨永萍.李宝栋.张红岩汽车减振降噪控制技术的研究[期刊论文]-兰州工业高等专科学校学报 2006(4)25.吕丽.白书欣.张虹.王进.杨军.肖加余玻璃纤维芯铅丝增强橡胶复合材料阻尼性能研究[期刊论文]-材料科学与工程学报 2006(6)26.徐斌.夏新泉.廖丽霞线性扫描极谱法测定热熔型阻尼材料中铅与镉[期刊论文]-湖北师范学院学报(自然科学版) 2006(1)27.李希川溴化丁基压电阻尼橡胶研究[学位论文]硕士 200628.张钧.徐永东.张立同.成来飞连续纤维增韧碳化硅基复合材料内耗特征及机制[期刊论文]-无机材料学报2005(4)29.李素华减振降噪阻尼材料在汽车上的应用[期刊论文]-汽车工艺与材料 2005(7)30.李素华车内减振降噪技术的研究[期刊论文]-汽车科技 2005(1)31.吴彩云聚(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯)基高性能阻尼材料的研究[学位论文]硕士 200532.张靓有机小分子物质阻尼性能的研究[学位论文]硕士 200533.王雅硬质橡胶的改性与功能化研究[学位论文]硕士 200534.肖方一氯化丁基橡胶基和丙烯酸酯橡胶基高性能阻尼材料的研究[学位论文]硕士 200535.王捷.冯世英耐热阻尼胶及应用研究[期刊论文]-中国胶粘剂 2004(5)36.李思远.杨伟.杨鸣波降噪高分子材料及其应用[期刊论文]-工程塑料应用 2004(5)37.方正东.汪敦佳胶粉在阻尼板材中的应用[期刊论文]-特种橡胶制品 2004(1)38.方正东.汪敦佳阻尼板材干法混炼工艺研究[期刊论文]-噪声与振动控制 2003(6)39.Chuanli QIN.Dongyan TANG.Jun CAI.Jusheng.ZHANG.Weimin CAI.Xiaodong SUN Study on Polyurethane/(vinyl ester resin) IPN Damping Materials[期刊论文]-材料科学技术学报(英文版) 2003(z1)40.方正东.王国宏我国阻尼板材的生产方法[期刊论文]-湖北化工 2003(4)41.赵云峰.张继华.游少雄.詹茂盛丁腈橡胶/酚醛树脂/受阻酚A060共混阻尼橡胶贮存稳定性研究[期刊论文]-材料工程 2010(12)本文链接:/Periodical_gncl200203002.aspx。
收稿日期:2004-04-07.基金项目:云南省自然科学基金重点项目(项目编号:2000E0003Z ).第一作者简介:左孝青(1964~),男,副教授.主要研究方向:多孔材料.E -mail :zxqdzhm @hot 泡沫金属的性能及应用研究进展左孝青1,孙加林2(1.昆明理工大学材料与冶金工程学院,云南昆明 650093; 2.昆明贵金属研究所,云南昆明 650221)摘要:对泡沫金属的性能和应用研究现状进行了全面综述,性能方面主要包括泡沫金属的力学性能、能量吸收性、热性能、导电性能、声学性能及阻尼性,应用方面主要进行了结构和功能应用的分析,并就泡沫金属的性能和应用发展的前沿问题进行了讨论,指出了性能研究和应用研究的发展方向,对泡沫金属的性能研究和应用开发具有重要意义.关键词:泡沫金属;性能;应用;综述中图分类号:TB383文献标识码:A 文章编号:1007-855X (2005)01-0013-05Properties and Applications of Foa med MetalsZUO X iao 2qing 1,SUN Jia 2lin 2(1.Faculty of Materials and Metallurgical Engineering ,K unming University of Science and T echnology ,K unming 650093,China ;2.Kunming Precious Metals Institute ,Kunming 650221,China )Abstract :The properties and applications of foamed metals are reviewed.The section of property demonstrates me 2chanical property ,energy absorption ,thermal capacity ,conductance ,sound absorption and dumping performance of metal foams ,while another section introduces many structural and functional applications.In addition ,further de 2veloping tendency of property research and applications of foamed metal are put forward.Therefore ,there exists a great significance for both the property research and application of cellular metals.K ey words :foamed metals ;properties ;applications ;review0引言泡沫金属一种是集力学性能、热电性能、声学等性能于一体的宏观结构-功能一体化的材料,是多种结构或装置(如超轻结构、冲击缓冲、散热和热交换等)的可选材料.泡沫金属的多功能特性对应用的决定作用非常明显,应结合应用对象,进行与功能组合对应的结构-性能优化设计.文中就泡沫金属的性能研究和应用进行了详细综述,并对进一步发展的前沿性问题进行了讨论,提出了性能研究及应用发展的建议.1泡沫金属的性能1.1结构特征[1]泡沫金属从结构上可分为闭孔和通孔泡沫金属两种.前者含有大量独立存在的气孔,而后者则是连续贯通的三维多孔结构.其结构表征参数主要有孔隙率、孔径、通孔度比重及比表面积等.一般来说,多孔泡沫金属材料具有如下几个结构特征:(1)重量轻,比重小:泡沫金属是金属和气体的混合物,比重仅为同体积金属的1/50~3/5;(2)高孔隙率:一般多孔泡沫金属的孔隙率为40%~90%,而海绵状发泡金属材料的孔隙率可高达98%;(3)比表面积大:泡沫金属的比表面积可达10~40cm 2/cm 3;(4)孔径范围较大:通过工艺控制,可获得的孔径在微米至厘米级之间.1.2性能影响泡沫金属性能的因素有:(1)基体金属的性能;(2)相对密度;(3)孔结构类型(开口或者闭孔);(4)第30卷第1期2005年2月 昆明理工大学学报(理工版)Journal of Kunming U niversity of Science and Technology (Science and Technology )Vol.30 No 11 Feb.200541昆明理工大学学报(理工版) 第30卷孔结构的均匀性;(5)孔径大小;(6)孔的形状和孔结构的各向异性性;(7)孔壁的连接性;(8)缺陷(如孔壁的不完整性等),以上因素中,相对密度对泡沫金属性能的影响最大[2].1.2.1机械性能1)杨氏模量.开孔泡沫与闭孔泡沫由于结构的不同,其杨氏模量值相差很大.开口泡沫的变形主要是通过通孔的连接部分进行的,闭孔泡沫由于闭孔间存在孔壁,所以相同密度的闭孔泡沫其杨氏模量值比开孔泡沫的大几个数量级,孔尺寸、形状对杨氏模量的影响较小[3].对杨氏模量影响最大的因素是泡沫的相对密度,杨氏模量与密度的关系[4]为: E/Es=(ρ/ρs)2 (open-cell)(1) E/Es=(ρ/ρs)2+(1-Φ)(ρ/ρs)(closed-cell)(2)式(1),(2)中,E为杨氏模量,ρ为密度,Φ为闭孔泡沫孔结构中,孔的连接部分占总实体部分的百分比,下标s表示实体金属的性能.另外,泡沫金属的变形会引起其孔结构的变化,最终导致杨氏模量的变化.一般地,杨氏模量随应变的增加而减小[5].2)压缩性能及能量吸收特性.多孔金属泡沫一般为韧性的,其压缩应力-应变曲线应变严重滞后于应力,包含一个很长的平缓段,是一种具有低、常压应力下高能量吸收特性的轻质高阻尼及能量吸收材料,适合制作轻质、耐高温、阻燃的能量(如冲击能量)吸收器.3)拉伸性能.由于壁及连接边的断裂机制和相互关系的不确定性,泡沫金属的抗拉强度很难估算.一般地,其抗拉强度与其压缩应力应变曲线的平台应力相当.1.2.2电性能及电磁屏蔽性能泡沫金属具有独特的导电性,使之能应用于非金属泡沫(陶瓷和塑料泡沫)所不能胜任的导电环境(如电极材料).泡沫金属的电导性主要与泡沫基体的电导性有关.然而,泡沫金属的电导率由于:(1)其中大量非导电孔隙的存在;(2)基体中的非导电物质(如氧化物);(3)与电压降方向垂直排列的连接边和孔壁对电导不起作用等因素的影响,比实体金属的电导率要低得多.泡沫金属的电导率与相对密度的关系[6]为: ρ/ρ0=Z(σ/σ0)t(3)式中,ρ/ρ0-泡沫金属的相对电导率;σ/σ0-泡沫金属的相对密度;Z-常数,约等于1;t-常数,约等于2.另外,泡沫金属还具有电磁屏蔽效应,有资料表明,铝泡沫(Alulight)的电磁屏蔽效果与相同厚度的铝板材相当,并优于相同质量的硅钢片[7].1.2.3热性能1)熔点.泡沫金属的熔点与基体材料的基本相同,但受泡沫中非金属相(氧化物、增粘剂等)的影响,使泡沫金属的熔点温度高于理论熔点.高温长时的氧化,甚至会使泡沫铝完全氧化为泡沫陶瓷[8].2)热膨胀系数.泡沫金属的热膨胀系数与基体材料的热膨胀系数大致相同.3)热导率.泡沫金属的热导率比基体材料的热导率低得多.与导电性一样,泡沫金属的导热性主要与泡沫基体的导热本性有关,气体、辐射、对流的作用较小,但其精确计算要比其电导率复杂.热导率主要构成因素有:基体的导热、气体的导热、对流及辐射,并受表面氧化物的影响.通常情况下,仅仅考虑基体材料的导热,常用与相对密度的关系表达泡沫金属的热导率[9].λ=λ0(ρ/ρ0)t(4) s式中,λs-泡沫金属的热导率,λ0-基体材料的热导率,ρ-泡沫金属的密度,ρ0-基体材料的密度,t-常数(根据渗透理论,3维泡沫取值2[10]).1.2.4声学性能1)隔音、吸音性能.控制噪音的方法主要有两种:隔音和吸音.泡沫铝由于密度较低,质量小,因此,在隔音上应用并不理想.泡沫铝的吸音特性与泡沫的厚度、密度、孔径及表面状态有关.一般地,吸音系数可通过:增加厚度、降低密度、适当增大孔径、增加表面开口度(表面加工、喷砂、压制、轧制、表面钻孔)、表面加多孔面板等措施而提高.单一泡沫结构具有较好的吸音效果,但比不上玻璃纤维类传统吸音材料,特别是在低频(1000Hz )以下,其吸音系数要低得多.然而,可利用泡沫金属与其他吸音材料的组合,或从吸音结构上进行改进等方法,获得高性能吸音器,如AlSi 12泡沫+玻璃纤维+空气垫的组合,表现出了优越的吸音特性[11].在要求吸音、耐高温、防潮、耐久性环境中,泡沫铝比传统吸音材料有优势.2)结构阻尼性能.当某结构的本征频率与外界声波或震动频率发生共振时,声波或震动会被该结构所衰减.结构阻尼衰减的原因是内摩擦导致的震动能向热能的转换,产生的热量通过周围环境散发.泡沫金属的阻尼特性随孔壁厚的减小、泡沫结构中的缺陷数量的增多、泡沫中陶瓷相的增加而增大[12].2泡沫金属的应用目前,通过现有金属材料的多孔化以实现高性能、多功能化,开发高附加价值的泡沫金属材料产品受到了广泛的关注.泡沫金属的应用应考虑其“多性能特点组合”的优势,如“低密度+能量吸收特性”、“低密度+吸音特性+耐热+不吸水”等.多孔泡沫金属的应用主要有防火和吸(隔)音板、冲击能量吸收材料、建筑板(如超轻结构组元,三明治结构材料)、半导体气体扩散盘、紧凑热交换器和核心装置、液流控制装置、热交换和热绝缘器、过滤器、声音和能量的吸收装置等.泡沫金属在航空、航天、船舶、电子、汽车制造、建筑、包装、装饰材料、体育器材等领域中的应用正在不断扩大中.2.1能量吸收轻量结构应用闭孔泡沫(如铝泡沫)由于制备成本相对低,因此在结构应用上受到了广泛的关注,如承受较低压载荷下的能量吸收件等.理论上讲,泡沫金属由于孔壁上约束的减少,在应力-应变曲线上,有很长的波动平台段,会产生大的塑性应变,具有显著的能量吸收特性.然而,实际构件的表现并非如此,如在剪切带中的过早失效,以及弯曲导致的拉伸应力下低的拉伸强度等.令人鼓舞的是,已经证明如果能够在10~1mm 尺度上获得均匀细小的泡沫孔结构,问题就可以得到解决[13].因此,相应的制备技术的研究开发就显得非常必要和迫切.多孔泡沫金属轻质、能量吸收及阻尼性能,缓冲器和吸震器是重要的用途,如汽车的结构件(防冲挡、门栏、乘员室构件);航空仪表的保护外壳,航天飞机的起落架;此外,还有提升机、转运系统的安全缓冲器、高速磨床防护罩吸能内衬;活动建筑(房)等[14].也可考虑用于电梯的轻形结构件[15]、包装材料[16]、泡沫三明治复杂结构机械零件[17]、体育器材[18]、装饰[19]、水上结构件[20]、太空船结构件[21]等.2.2功能应用2.2.1生物医学材料利用Ti 或Co -Cr 合金泡沫与人体的生物相容性,可用于人体骨骼或牙齿的替代材料,Mg 泡沫也有望作为人工骨头的材料[22],多孔Ni -Ti 形状记忆合金由于好的机械性能、耐腐蚀性能和形状记忆效应,也可作为人体骨骼的替代物[23].2.2.2过滤分离材料与粉末冶金微孔金属相比,通孔泡沫金属的孔径和孔隙率较大,可用于过滤液体、空气或其它气流中的固体颗粒或某些活性物质.泡沫金属过滤器主要用于从液体〔石油、汽油、致冷剂、聚合物熔体、含水悬浮液〕、空气或其它气流中滤掉固体颗粒[1].2.2.3热交换器材料通孔铜和铝泡沫可作为热交换器材料[24].通孔规则排列的孔结构,在不降低热交换效率的前提下,可减小压力降,在微电子等高(热)能量领域有广泛的应用前景.2.2.4催化载体由于金属泡沫在韧性和热导率方面的优势,是催化载体材料的又一选择[25],如将催化剂浆料涂于薄的泡沫金属片表面,后通过成型(如轧制)和高温处理,可以用于电厂废气氮氧化物(NO X )等的处理.2.2.5液体的存储与传输[26]与传统的粉末冶金材料(如自润滑轴承)相比,泡沫金属的液体存储量更大,应用范围更广:水的存储51第1期 左孝青,孙加林:泡沫金属的性能及应用研究进展61昆明理工大学学报(理工版) 第30卷和缓慢释放进行湿度控制;香水的存储和缓慢蒸发等;在压力的驱动下,泡沫中的液体还可作毛细运动等.2.2.6消音材料、噪音控制由于成本和效率方面的优势,熔模铸造法或沉积法制备的泡沫可以取代现有的消音器材料,目前已制备出最大直径100mm的泡沫消音器[27].开口刚性泡沫可以用于噪音控制[28],对闭孔金属泡沫的噪音控制作用,也进行了研究[29].半圆柱状的Alporas泡沫铝和钢背或混凝土背组成的吸音装置已开发应用于高速公路桥、地铁的噪音控制[30].泡沫金属克服了石棉、玻璃棉等消音材料长期使用易老化、吸水后消声性能下降的缺点,耐热性好,在高温下不释放有害气体,不吸湿,是一种优良的环保型消音及噪音控制材料.2.2.7电池电极材料开口的铅泡沫作为铅酸蓄电池的骨架,取代现有的铅网格,可以减轻电池的重量[31];Ni泡沫电极在可充电NiCd或NiMe H电池中已有了实际的应用[32,33].2.2.8阻火器高热导率的铝、铜泡沫可以用来阻止火焰的传播.据报道,开口泡沫可以对传播速度为550m/s的火焰进行有效的拦截[27].2.2.9水净化多孔金属可以减少水中溶解的离子浓度.污水通过通孔泡沫时,离子与金属泡沫的骨架发生氧化还原反应.如用铝泡沫对Cr离子(6价)的净化[34].3泡沫金属的性能研究及应用发展3.1结构—性能关系研究泡沫金属是一种结构敏感性材料,其力学性能、电磁性能、热性能都与结构有直接的关系,最近的研究情况及研究方法主要有:1)B.Illerhaus[35]等人用320kV的XRD管,采用3D micro tomograp hy技术对铝泡沫和空心铁球的变形形貌进行了无损测量,可以测量泡沫结构分布、平均孔壁厚等,类似的XC T(Computed X-ray To2 mograp hy)报道还有文献[36]等,为泡沫金属变形过程的实时观察提供了手段.2)从有限元(如ABAQ U S等)、边界元数值模拟角度进行泡沫金属孔结构(含结构分布)和力学性能(如应力-应变关系)的关系、泡沫金属材料器件的优化设计的研究[37].3)从实体金属的变形理论出发,通过参数的变换,用于泡沫金属的力学性能研究[38];4)从分形理论[39]对结构和性能进行研究;5)从微观、介观的不同角度对理想和真实泡沫结构和性能进行研究.因此,从孔结构的个体-孔单元及不同单元组合出发,采用先进的方法手段和理论,结合应用对象,研究孔结构、结构分布及其形貌对材料性能及器件使用性能的影响规律,对泡沫结构进行优化设计,为高性能金属泡沫及其产品的研制提供理论基础和依据,是目前泡沫金属性能研究的必然发展趋势.3.2应用泡沫金属的研究开发已有50多年的历史,但真正的规模化产业应用并不多,国内这一现象尤为明显.除了制备技术、性能、成本等因素外,泡沫金属的应用发展应考虑其“多性能特点组合”的优势,可考虑通过以下方法实现:1)数值模拟分析,进行材料多功能使用性能的综合优化设计;2)材料性能比较,如金属泡沫与有机泡沫的性能比较,进行综合优化设计;3)与实体金属混用(如泡沫铝芯三明治板),可提高金属泡沫的力学性能、材料的性能各向同性性及可靠性.因此,需要开发金属泡沫与实体金属的连接技术,研制低成本一体化制备技术,考虑材料的腐蚀、构件(如汽车构件)的几何尺寸及尺寸精度等问题;4)开发高性能泡沫及其低成本连续化生产技术,提高泡沫金属的性/价比,提高金属泡沫比之于其他非金属泡沫(如有机泡沫)的竞争力;5)采用系统化的新材料新投资评估体系,如材料投资方法学(IMM ,Invest ment Met hodology for new Materials )[40],对可能的应用及投资等进行科学的评估,缩短投资开发周期,降低风险,促进泡沫金属材料产业化的发展.参考文献:[1]赵增典,张勇,李杰.泡沫金属的研究及其应用进展[J ].轻合金加工技术,1998,26(11):1~10.[2]Warren W E ,Kraynik A M.Foam Mechanics :t he Linear Elastic Res ponse of Two -Dimensional Spatially PeriodicCellular Materials.Mechanics of Materials[J 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复合阻尼结构及其阻尼性能
曾海泉;罗跃纲;闻邦椿
【期刊名称】《振动与冲击》
【年(卷),期】2001(020)003
【摘要】新近出现的几种复合阻尼结构表明,有限种类的阻尼材料,经过简单的物理组合,能满足各种各样的阻尼要求,这类复合阻尼结构正引起科技界的广泛关注.然而,作为一项新技术,它尚缺少相应的理论作指导,因此,对该技术进行研究是必要的和及时的.本文介绍了几种典型的复合阻尼结构,并用振动控制理论对其中的一些结构进行了分析.
【总页数】3页(P13-15)
【作者】曾海泉;罗跃纲;闻邦椿
【作者单位】东北大学沈阳 110006 沈阳化工学院沈阳 110021;东北大学沈阳110006 沈阳工业大学沈阳 110023;东北大学沈阳 110006
【正文语种】中文
【中图分类】TB535+.1
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泡沫地质聚合物孔结构表征、调控及其对性能的影响的开题报告题目:泡沫地质聚合物孔结构表征、调控及其对性能的影响一、研究背景及意义泡沫地质聚合物具有轻质、高强度、隔热等优异性能,被广泛应用于建筑、交通、环保等领域。
而泡沫聚合物的孔结构直接决定了其的性能,因此对泡沫地质聚合物的孔结构进行表征和调控具有重要的理论和应用价值。
目前,国内外对泡沫聚合物孔结构的研究主要集中在其吸附性能、机械性能、绝缘性能以及声学性能等方面。
然而,对泡沫地质聚合物孔结构的表征和调控研究还不充分,尤其是针对其构建复杂孔结构的研究较为缺乏。
因此,开展泡沫地质聚合物孔结构表征、调控及其对性能的影响研究,具有重要的学术和应用价值。
二、研究内容和方案本研究旨在通过实验和理论分析,综合考察和探究泡沫地质聚合物孔结构的表征方法、调控策略及其对性能的影响。
具体研究内容和方案如下:1.泡沫地质聚合物孔结构表征方法的研究。
通过扫描电镜(SEM)、氮气吸附法、孔径分布仪等测试手段,对泡沫地质聚合物的孔隙结构进行表征,探究各种方法的适用性和优缺点。
2.泡沫地质聚合物孔结构调控策略的研究。
通过控制泡沫地质聚合物配方、加工工艺和模具设计等手段,构建不同类型和尺度的孔结构,研究其内部微观结构和宏观物理性能之间的关系。
3.泡沫地质聚合物孔结构对性能的影响研究。
以吸附性能、机械性能、绝缘性能和声学性能等为切入点,系统评估不同孔结构对泡沫地质聚合物性能的影响,探究其机理。
三、预期结果及创新点通过本研究,预期得到以下结果和创新点:1.建立泡沫地质聚合物孔结构表征、调控的理论体系与技术方法。
2.深入探究泡沫地质聚合物孔结构与性能之间的关系,揭示其内在机理。
3.构建具有特定孔结构的泡沫地质聚合物,扩展其应用领域。
4.该研究成果可为泡沫聚合物行业提供新的技术和创新思路,并具有应用和推广的潜力。
四、研究计划与进度安排1.文献阅读与理论知识的学习(3个月)。
2.泡沫地质聚合物配方研究,建立不同孔结构的泡沫地质聚合物模型(6个月)。
泡沫金属的微惯性效应和动态塑性泊松比
王长峰;郑志军;虞吉林
【期刊名称】《爆炸与冲击》
【年(卷),期】2014(034)005
【摘要】采用三维Voronoi技术和显式有限元方法来研究闭孔和开孔两种泡沫金属的动态塑性泊松比问题和微惯性效应.细观数值模拟的结果表明:塑性泊松比随着轴向应变的增加而下降,塑性泊松比的峰值随着冲击速度的增加而下降;相对密度增加时,泡沫金属塑性泊松比增加;微惯性对平台应力的影响不大.该数值模拟结果能够解释侧向约束情况下闭孔泡沫金属的压溃应力随着加载速率的提高而下降的实验现象.
【总页数】7页(P601-607)
【作者】王长峰;郑志军;虞吉林
【作者单位】中国科学技术大学中国科学院材料力学行为与设计重点实验室,安徽合肥230026;中国科学技术大学中国科学院材料力学行为与设计重点实验室,安徽合肥230026;中国科学技术大学中国科学院材料力学行为与设计重点实验室,安徽合肥230026
【正文语种】中文
【中图分类】O347.3
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泡沫金属—高分子聚合物的复合体机械阻尼性能研究X Research on the Mechanical Damping Properties of the Compound of Metallic Foam and Polymer余兴泉 何德(东南大学材料系,南京,210096)Yu Xinquan He Deping(D epar tment o f M ater ial Science and Eng ineering,Southeast U niv ersity,N anjing,210096,China)摘 要 本文研究了泡沫金属和高分子聚合物形成的复合体机械阻尼性能,结果表明它是一种内耗值Q-1极高的阻尼材料,其阻尼特征表现为与应变振幅密切相关而与频率无显著关系的非线性内耗。
同时研究了泡沫金属孔隙结构(孔径、孔隙率)对复合体内耗值的影响关系,并对实验结果进行了讨论。
关键词 泡沫金属——高分子聚合物复合体 孔隙结构 阻尼(内耗)ABSTRACT T he m echanical damping pro per ties of the compo und of met allic fo am and po lymer have been studied.T he result s show that the compound is a hig h-damping mater ial.T he dam ping capacity (Q-1)is no t related to the frequencies but V aries w ith amplitudes.T he effect o f po re-str ucture(po re diameter,por o sity)on the damping capacity of co m-po und has also been studied,and the result s are dis-cussed.KEY WORDS compound of metallic foam and poly-mer,pore-structure damping(Q-1)1 引 言自从Elliot于1951年成功地用发泡法制取泡沫铝以来[1],世界各国尤其是日本的许多学者对这种重量特轻的新型材料进行了大量的试验研究,国内对这种材料的研究目前尚处于起步阶段。
由于泡沫金属的性能决定于其孔隙结构(孔径、孔隙率、通孔性等),因此,近四十年来的研究工作主要集中在泡沫金属的孔隙结构的控制方面,而对其本身所固有的一些性能研究尚未见到详细的报导。
研究泡沫金属与高分子聚合物形成的复合体(以下简称复合体)的机械阻尼性能,除了应用泡沫金属这种新型材料的客观需要外,主要来自于以下二点启发,一是研究泡沫金属压缩性能时发现其应力——应变曲线中包含一个很长的平稳阶段,图1所示,表明这是一种具有高能量吸收率的材料[2],同时发现应变强烈滞后于应力;二是复合阻尼钢板是既具有金属材料强度,又有较高内耗值的阻尼材料,其结构是由两块或多块钢板中间裹有极薄有粘弹性高聚物夹芯层所组成,这种阻尼钢板主要缺点是沿夹芯层方向切应力过低[3],因此在泡沫金属三维网络状孔隙中填入粘弹性高聚物形成的复合体,只要其具有大的内耗值就可以克服阻尼钢板方向性切应力过低的不足而在某些特殊场合得到应用。
图1 泡沫金属压缩曲线示意图Fig1 T he metallic foam com pr ess diag ra m正是基于以上原因,在研究泡沫金属阻尼性能基础上[5],本文进一步研究了泡沫金属与高分子聚合物形成的复合体阻尼性能,探索了复合体的阻尼特征,并对泡沫金属的孔隙结构与复合体的内耗关系作了研究。
X国家自然科学基金及江苏省科委资助项目初稿收到日期:1995-08-30终稿收到日期:1995-12-112 实验方法2.1 试样的制备本文采用PM F法[4]形成三维网络状泡沫金属(基体材料为ZL102),然后在泡沫金属孔隙中充填高分子聚合物(聚乙烯),图2所示为泡沫金属及复合体的外观图。
测试样一律制成图3所示的尺寸和形状,以便采用三点弯曲的实验方法进行测试,与本课题组研制的A l-80%Zn阻尼合金作对比研究。
图2 泡沫金属及复合体的外观图(×10) Fig2 M etallic foam and co mpound(×10)表1 测试试样系列Table1 The Sample Series第一系列Z L102实体孔径2.0mm的泡沫ZL102孔径2.0mm泡沫金属形成的复合体A l-80%Zn阻尼合金第二系列(复合体)孔径均为2.0m m孔隙率变化68.6%71.25%77.2%81.25%孔隙率77.2%孔径变化(mm)1.0 1.52.53.0表2 不同材料内耗Q-1比较Table2 The Damping(Q-1)of Dif ferent Material材料参量孔径(mm)孔隙率(%)比重(g/cm3)内耗值ZL102实体 2.70.09×10-2泡沫ZL102 2.068.60.86 2.5×10-2复合体 2.068.6 1.20 6.85×10-2 A l-80%Z n 5.780.87×10-2图3 测试试样尺寸及形状Fig3 T he Size and shape of the Sample 2.2 试样分类本研究制取三个系列试样,第一系列主要用于研究复合体的阻尼性能和阻尼特征,第二系列用于研究孔隙结构对内耗的影响关系,表1所示。
2.3 测试方法内耗测试采用美国I M A SS公司制造的粘弹仪进行,该仪器可同时进行变温,变频和变幅,本文仅在0.1~10Hz范围内进行了研究,更宽频率范围将待进行。
为减小随机误差,每一试样均测试三次。
3 实验结果及分析3.1 复合体与其它相关材料阻尼性能比较研究表2所示为ZL102实体,泡沫Z L102,复合体及A l-80%Zn四种材料在相同条件下(室温、频率10Hz,振幅2.4×10-4)内耗测试结果,实验结果表明在相同条件下,泡沫金属的内耗值达到了2.5×10-2,而A l-80%Zn则为0.87×10-2,泡沫金属是A l-80%Zn阻尼合金的内耗值近三倍,而在该孔隙结构的泡沫金属中充填高聚物形成的复合体其内耗值达6.85×10-2,是泡沫金属的Q-1二倍多,其比重比泡沫金属仅提高了48%,因此复合体是一种内耗值更高的阻尼材料,它与泡沫金属相比不仅内耗值更高,且动力模量也大大超过泡沫金属[5],因此,在实际使用中适用的场合将更宽。
如果利用该方法在泡沫金属中填入其它粘弹性材料来进一步提高内耗,又不使复合体重量增加过多,将是发展轻质高阻尼材料的一个重要的研究课题。
3.2 复合体阻尼特征研究孔径2.0mm孔隙率68%的泡沫金属形成的复合体,在室温时研究其内耗随频率和振幅的变化规律。
图4所示为振幅一定(2.5×10-4),频率在0.10~10.0Hz范围随频率的变化复合体内耗的变化曲线。
由图可见随应变频率的增加,复合体的内耗Q-1并不发生很大的改变,内耗值保持在6.85×10-2范围而略有波动。
在振动台上进一步对该复合体进行测试(振动台频率在500~2000Hz),测出其内耗也在图4曲线范围。
实验结果表明复合体内耗Q-1与频率的变化无显著关系。
图4 复合体内耗随频率变化曲线Fig4 R elat ionship between damping o f co mpound and fr equencies图5 复合体内耗随振幅变化曲线Fig5 R elat ionship between damping o f co mpound and amplitudes图5所示为频率保持在10.0Hz,随振幅的变化复合体内耗Q-1变化曲线,在振幅小于2.0×10-4时,复合体的内耗随振幅增大有一急聚增大阶段,当振幅大于2.0×10-4时内耗呈下降趋势,可见内耗强烈依赖于应变振幅。
由复合体的内耗与频率和振幅的关系可见,应变频率对其内耗无显著影响,而振幅却对内耗影响很大,显示出复合体的内耗是以非线性内耗为主的阻尼特征。
内耗特征的表现取决于产生内耗的内部微观过程的性质,进一步在更宽频率范围研究复合体的阻尼特征,对于发展这种材料是极为必要的。
3.3 泡沫金属孔隙结构对复合体的内耗影响复合体的阻尼性能同时决定于泡沫金属的孔隙结构特征和孔隙中充填的高聚物性质。
因此影响复合体阻尼性能的因素主要是泡沫金属孔隙结构,不同的高分子聚合物填料及不同的充填工艺方法三个方面。
本文仅对不同孔隙结构的泡沫金属在同一种充填工艺条件下,充填同一种高分子聚合物,对比研究孔径,孔隙率不同时内耗Q-1的变化关系。
图6 不同孔径率(a)和不同孔径(b)的泡沫金属形成的复合体内耗与频率关系(振幅2.5×10-4) Fig6 Relatio nship betw een damping o f compound for med by different por osit y(a)and differ-ent po re diam et er(b)meta llic foa m and fr e-quencies(amplitudes2.5×10-4)图6a是孔径均为2.0mm,无隙率不同的泡沫金属形成的复合体,在0.10~10.0Hz范围内耗与孔隙率变化关系曲线。
可见随孔隙率的提高,复合体内耗显著增大,孔隙率为68.6%的复合体其Q-1为6.4×10-2,而孔隙率为71.25%则达到8.1×10-2,同样,孔隙率77.2%和81.25%形成的复合体,内耗也相应达到9.5×10-2和11.1×10-2,因此,在本文所研究的孔隙率范围随孔隙率的增加,其相应的复合体内耗呈线性增大。
图6b为孔隙率77.2%,孔径变化时其对应复合体内耗变化曲线,图中显示孔径越小,复合体内耗越大,孔径3.0mm时Q-1为7.8×10-2,而孔径为2.5时Q-18.4×10-2,孔径仅减小0.5mm而Q-1就明显增大,当孔径为1.5mm和1.0mm时则Q-1分别为11.4×10-2和12.5×10-2。
可见,泡沫金属孔隙结构对复合体的阻尼性能有显著的影响,孔隙率增大和孔径减小都使复合体的内耗值增大。
4 讨 论泡沫金属形成的复合体其内耗来源于孔隙结构特征之中,由于泡沫金属是由三维网络状金属骨架与孔隙所组成,其组织极不均匀,可以将泡沫金属看作金属骨架与第二相组成,当第二相为空气时即为泡沫金属,如果孔隙中填入高分子材料作第二相,即为复合体。