增强硬质聚氨酯泡沬塑料的压缩破坏行为

　增强硬质聚氨酯泡沫塑料在许多应用场合不仅能够起到隔热、吸音、防震等功能性作用，而且具有良好的力学性能而成为结构材料。利用玻璃纤维、玻璃微珠增强泡沫塑料是材料工程领域的一个新趋势，也是泡沫塑料的重要 研究课题,有必要对其物理力学性能和破坏机理进行深入的探索和研究。

　　有关增强泡沫塑料力学性能的研究主要集 中在纤维对泡沫塑料的增强机理和失效机理的研究，卢子兴121等对玻璃纤维增强聚氨酯泡沫塑料在准静态的压缩力学性能进行了研究，结果表明，玻璃纤维增强的泡沫塑料具有不同于普通泡沫塑料的力学性能;纤维的加入不仅提高了材料的强度，而且也改变了材料的破坏机理。闻荻江[31等指出，增强泡沫体在压缩破坏时，主要是泡沫结构的支柱弯曲、扭转变形引起 泡壁破裂和支柱失稳，并导致材料的破坏。而对 玻璃微珠的增强机理及其力学性能的研究较少。

　　本文在浇注成型的高密度硬质聚氨酯泡沫的基础上，利用短切玻璃纤维和玻璃微珠增强，考察了它们的力学性能和压缩破坏行为，并对其破坏行为作了简要的分析。

　　1实验部分

　　1.1原材料

　　PA PI异氰酸根含量30%，重庆长风化工厂产品;聚醚:羟值480 mgKOH/g，南京塑料厂产品;三乙醇胺:分析纯;玻璃纤维:直径10 揮?20揮，3 mm短切，南京玻璃纤维研究院提供，玻纤经过偶联剂处理;玻璃微珠:平均粒 径40卿，秦皇岛市玻璃微珠厂产品。

　　1.2试样制备

　　将聚醚多元醇和三乙醇胺、有机锡、硅油、水、增强材料混合均匀，作为A组分，再与预热的PA P I(组分B)高速搅拌混合，观察有气泡产生，体系逐渐发白时，迅速将物料注入模具，经胀定，后固化，脱模得到成品，即增强硬质聚氨酯泡沫塑料。

　　1.3测试和表征

　　试样密度经时效处理后，测得为Q 5 g/ cm3，压缩试样按GB/T8813- 88制备，压缩速度为2 mm /m in。应力-应变曲线根据计算机得到的载荷-位移曲线绘出，并换算成工程应力和 工程应变。

　　1.4仪器和设备

　　电子万能材料试验机：AG-101TA,日本 岛津产品;扫描电子显微镜JSM -5900LV型,日本JEOL公司产品。

　　2结果与讨论

　　2.1力学性能

　　未增强的和经玻纤、玻璃微珠增强的硬质 聚氨酯泡沫塑料在静态压缩加载下的应力^应变如Fig 1所示。曲线1、2、3在形变小于10% 时,形状相似,都呈线性增长,但是加入玻璃纤维和玻璃微珠的试样的压缩强度均高于未增强 试样。加入玻纤和玻璃微珠的试样在压缩形变 达56%左右时都出现了脆性的剪切破坏,但是 未增强试样直到压缩形变很大时也未被破坏。可见加入玻璃纤维和玻璃微珠后提高了泡沫塑 料的压缩强度和模量,但却降低了材料的韧性。但是两者的破坏方式又有明显的不同，由于玻纤的加入,增强了

　　泡孔壁的支柱作用,在小应变压缩时承受了较大的载荷，因此提高了泡沫塑 料变形起始阶段的压缩强度和模量[4]。但是当变形超过10%后,应力应变曲线上出现一个“平台”宏观上表现为应力软化。主要是泡壁开始发生破裂,这种破坏的发展导致纤维的断裂或纤维的脱粘,形成泡体的塌陷及泡体的破坏, 最终导致载荷的下降和试样的完全破坏。

　　玻璃微珠增强的泡沫塑料随着应变的增大,应力也不断的增大,直至破坏,未出现屈服现象。这可解释为玻璃微珠增强的泡沫塑料，由于玻璃微珠和泡孔一同成了泡沫的分散相,增强了基体[51,所以当应变较小时,试样表现出的 压缩强度和模量都高于未增强泡沫塑料,但随 着应变的增大,泡沫结构变得紧密,玻璃微珠开 始挤压泡孔,泡孔开始出现破坏。随着应变的继续增大,泡孔的破碎程度不断增加，同时刚性的玻璃微珠承受的载荷也越来越大,最终玻璃微珠从基体脱出或结构破碎,导致试样完全破坏。

　　2.2形态结构

　　得到印证,Fig 2给出了三种试样变形及破坏过程的扫描电镜照片。

　　Tab 1给出了三种泡孔的大致平均尺寸和 尺寸的分布范围。因断裂面不总是在泡孔的赤道面上,所以SEM照片上测量的泡孔尺寸只 是泡孔破裂处的尺寸,不一定是最大尺寸,但三 种试样是在同一条件下测量的,仍具可比性。对 照(a)、(a )、(a )三种未压缩试样的SEM图可以看出，高密度的未增强试样,泡孔形状主要以球形为主,椭圆形或其他形状的泡孔较少,泡孔 的大小分布比较均匀。玻纤增强的试样泡孔大 小比较均匀,但泡孔的大小要比未增强试样大，因此可以认为玻纤的加入对泡孔结构基本上不影响。玻璃微珠增强的材料泡孔要明显小于未增强试样,泡孔比较均匀和的致密。

　　当变形为5%时,未增强试样的泡孔基本无变化,这是因为在压缩变形为5%时，由应力 应变曲线可以看出泡沫呈弹性形变,所以压力撤去后,即发生弹性回复,在SEM图中看不到泡孔的变化。而变形为5%时,玻纤增强的泡沫塑料的泡孔也呈弹性变形,泡孔的形变在压力撤除后也发生回复，因而在SEM中几乎观察 不到泡孔形状有什么变化。而玻璃微珠增强的泡沫塑料的泡孔在形变为5%时,泡孔也产生弹性形变,这部分的形变在压力撤去后发生回复。但是同时泡孔也受到刚性玻璃微珠的挤压,泡孔结构开始出现破坏，因此在SEM图中可以观察到泡孔破损现象。

　　当形变达57%时,未增强泡沫塑料在宏观上并未出现破坏,从SEM图中可以看到,此时泡孔还表现为一定程度的弹性形变,但泡孔壁存在张开型破裂,可以预见继续变形将使泡沫 塑料的泡孔相继破坏,材料被压实。玻纤增强的 泡沫塑料形变在55%时,宏观上表现为玻纤增 强的泡沫塑料材料完全破坏,在SEM图中可以看到玻纤脱粘,泡孔塌陷。所以可以认为玻纤 增强的泡沫塑料破坏方式为泡孔壁的屈曲塌陷和玻纤的脱粘破坏。玻璃微珠增强的泡沫塑料泡孔在形变为55 6%时，宏观上出现剪切破坏。从SEM图中可以看到泡孔完全塌陷,呈刚性粉碎破坏,所以可以认为玻璃微珠增强的泡 沫塑料破坏方式为泡孔受挤压破碎,并最终导致玻璃微珠脱粘或刚性破碎,材料失效。

为增加泡沫性能，添加各种填料，已经有实用案例。只是成本太高。
低压设备尚可接受，高压设备需要200W以上，且不可以连续工作。

手工浇注 听朋友说过，拿过样品，强度的确高。上机器的话 泵和混合头估计折旧太快