微發(fā)泡聚丙烯材料力學(xué)性能研究及其模擬.pdf

1、微發(fā)泡聚合物材料是一種新型材料，具有孔尺寸為1-100μm，孔密度為107-109cells/cm3。微發(fā)泡聚合物材料與固體聚合物材料相比有多種優(yōu)點(diǎn)。包括材料成本和重量的下降、良好的化學(xué)性能、低的傳熱和導(dǎo)電性、以及良好的隔音性能。但作為結(jié)構(gòu)材料使用的微發(fā)泡聚合物材料及制品，除了要求上述性能以外，還需要較高的綜合力學(xué)性能。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要從兩個(gè)方面入手提升發(fā)泡材料綜合力學(xué)性能。其一，改善泡孔質(zhì)量（孔尺寸、孔個(gè)數(shù)、分散度）來(lái)提高其力學(xué)性能

2、；其二，引入增強(qiáng)相來(lái)提高材料本身的綜合力學(xué)性能?？墒茄芯窟€不夠系統(tǒng)，并且普遍采用物理發(fā)泡方式進(jìn)行以上工作，物理發(fā)泡設(shè)備復(fù)雜，成本較高，極大的限制了發(fā)泡聚合物結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用范圍。
　　本論文以不同特性聚丙烯材料為基材，利用化學(xué)發(fā)泡法制備微發(fā)泡樹(shù)脂復(fù)合材料，從材料的微結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能關(guān)系出發(fā)，分析樹(shù)脂相、增強(qiáng)相、氣相三相共存目前的條件下界面行為和發(fā)泡質(zhì)量對(duì)發(fā)泡聚丙烯復(fù)合材料增強(qiáng)增韌的影響機(jī)理。并通過(guò)ANSYS有限元軟件建立模型，模擬了受

3、力情況下泡孔周邊應(yīng)力—應(yīng)變變化規(guī)律和變形規(guī)律，對(duì)發(fā)泡聚丙烯材料及制品的宏觀力學(xué)性能進(jìn)行預(yù)測(cè)，這為擴(kuò)大微孔發(fā)泡材料的工業(yè)化應(yīng)用提供了實(shí)驗(yàn)和理論依據(jù)。論文研究取得了以下主要成果：
　?。?）在發(fā)泡倍率一致條件下，細(xì)小的泡孔尺寸有利提高微發(fā)泡復(fù)合材料綜合力學(xué)性能。隨著泡孔尺寸的減小，沖擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度逐漸增加，沖擊強(qiáng)度增加比例達(dá)29.1％；拉伸強(qiáng)度增加比例達(dá)6.8%。
　　（2）在發(fā)泡倍率和泡孔數(shù)量一致情況下，隨著泡孔分散度的減小

4、，沖擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度逐漸增加，沖擊強(qiáng)度從3.398KJ.m-2增加到4.88KJ.m-2；而拉伸強(qiáng)度從25.62MPa增加到26.33MPa。
　?。?）ANSYS建立了不同泡孔尺寸和分散度的模型，模擬結(jié)果表明：當(dāng)泡孔尺寸細(xì)小、分散度較小時(shí)，其泡孔周圍的應(yīng)力、變形量比較小，并且呈兩向平面應(yīng)力狀態(tài)。當(dāng)泡孔尺寸較大和泡孔分散不均勻時(shí)，其泡孔周圍的應(yīng)力、變形量比較大，并且呈三向平面應(yīng)變狀態(tài)。模型的計(jì)算結(jié)果對(duì)微發(fā)泡聚合物材料及制品的綜合力

5、學(xué)性能實(shí)現(xiàn)了很好的預(yù)測(cè)。
　　（4）在PP/GF復(fù)合材料體系中，以偶聯(lián)劑KH560改性的PP/GF復(fù)合材料綜合力學(xué)性能最理想，其拉伸強(qiáng)度達(dá)到59.14MPa，壓縮強(qiáng)度為70.69MPa，沖擊韌性為10.14KJ.m-2。
　?。?）在發(fā)泡聚丙烯材料中加入增強(qiáng)相玻纖（GF）后，綜合力學(xué)性能均有大幅度的提高。以發(fā)泡高熔體強(qiáng)度 PP/GF復(fù)合材料的綜合性能的提升幅度最大，其拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度分別為41.69MPa、8.2