硬质聚氨酯泡沫塑料本构关系的研究
聚氨酯泡沫塑料拉伸本构关系及其关系机理的研究
维普资讯
第 ２ ３卷 第 ２期
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文 章编 号 ： ０ ０ ６ ９ （ ０ ２ ０ １ 卜０ １ ０ ８ ３ ２ ０ ） ２０ ５ ４
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ZL无溶剂硬质聚氨酯泡沫塑料系统研究共33页word资料
ZL无溶剂硬质聚氨酯泡沫塑料系统研究——北京振利高新技术公司一、聚氨酯与建筑节能（一）硬质聚氨酯泡沫塑料在建筑节能领域中的应用建筑节能是硬质聚氨酯泡沫塑料的最重要应用领域之一。
世界上很多国家对房屋建筑能量消耗都有明确的规定。
这种规定，促进了硬泡在建筑节能中应用。
现在，一些国家，硬泡在建筑方面的耗用量已居总量的首位。
如美国，1996年建筑用硬泡，占硬泡总耗用量的49%，家用、商用冰箱等设备仅占23.5%。
硬质聚氨酯泡沫塑料是建筑物的屋顶、天花板、墙板、地板等部位保温节能的理想材料。
窗架、窗扇、窗框、门框等构件则可用密度较高的聚氨酯硬质泡沫结构制作。
而在我国建筑业，聚氨酯硬泡仅在屋面隔热防水，以及冷库、大棚、粮库等保温隔热方面有一定应用，真正在外墙外保温领域的应用得还不太普遍。
随着经济的发展，建筑节能工作的进一步深入，聚氨酯硬泡以其优良的保温隔热性能，理应在建筑节能领域占据一席之地。
（二）开创绿色环保外保温体系1. 技术开发背景在国家节能政策及技术标准的推动下，我国建筑节能技术尤其是墙体保温隔热技术发展迅速，在国内出现了多种外墙外保温技术体系，呈现出一片“百花齐放”、“百家争鸣”的局面，确确实实降低了建筑直接能耗，缓解了国家资源紧张局面，减轻了燃油、烧煤等对环境的污染。
另一方面，这些技术体系中有的材料运用本身又在消耗大量的宝贵自然资源。
特别是那些紧缺、不可生资源，如石油、天然气等。
在节约了某领域能源，降低了某领域的环境污染后，又产生了另外领域的能源消耗，造成了另外领域新的环境污染，使经济可持续发展之路仍荆棘密布、充满险阻。
因此从某种意义上说，这些体系与产品还够不上真正的绿色、环保体系。
为此，如何发展墙体保温隔热技术，更深层次提高墙体保温隔热技术中环保节能观念，是从事这一技术领域中的企业、工作者面临的新挑战。
作为建筑节能工作中墙体保温隔热技术的领头羊——北京振利高新技术公司在这些方面经过了不懈努力，开发出的新一代ZL无溶剂硬质聚氨酯泡沫塑料（简称无溶剂聚氨酯硬泡）外墙外保温技术，率先在这方面进行了探索与尝试。
硬质聚氨酯泡沫塑料本构关系的研究
探讨硬质聚氨酯泡沫塑料在建筑的应用
探讨硬质聚氨酯泡沫塑料在建筑的应用引言在建筑保温体系中若要使建筑的保温性能得到提高，必须选用高性能的保温材料，比如，硬质聚氨酯泡沫塑料，其可以认为是我国建筑保温体系走向高性能阶段的有效途径之一。
硬质聚氨酯泡沫塑料的物理性、声学性、电学性以及化学性能良好，它与聚苯乙烯泡沫塑料相比其导热率远远小于剧本一起泡沫塑料，硬质聚氨酯泡沫塑料的导热率仅是聚苯乙烯导热率的40%左右，而且强度和粘结能力超强，可以作为隔热材料中的优质首选。
一、硬质聚氨酯泡沫材料具备的特性和工艺1.具备的特性（1）硬质聚氨酯泡沫材料的导热系数不高，其导热系数仅为0.023 W/（m·K），所以保温隔热的效果就相当好，在保温材料中时现阶段保温隔热性能最好的材料。
（2）硬质聚氨酯泡沫具有超强的粘结性能，将其直接在墙体上喷涂，在喷射过程中硬质聚氨酯泡沫在喷枪的作用下首先形成成型的发泡混合物，形成的液体物料具备渗透性强、流动性能好的特点，当其进入到墙体的基层空隙中以后发泡，并可以及时与基层牢固紧密的粘结起到了对空隙密封的作用。
（3）由于硬质聚氨酯泡沫对水的吸收率不高，所以其的防水性能超强，抵抗水蒸气的渗透性能相当不错，其结构紧致密实呈微孔状，几乎不容易透水，加上施工连续，整体的性能超好，而且完全不会出现吸潮现象，所以硬质聚氨酯泡沫材料的防水性能可靠、防水效果很好。
（4）因为在硬质聚氨酯泡沫材料中含有许多气泡，促使其的密度只为非发泡塑料的几分之一到几十分之一，密度低。
（5）由于内部含有大量的气泡，所以在受到冲击时内部的气泡会起到一个缓冲的作用，泡孔当中含有的气体在载荷作用下被压缩，在冲击产生的外力消失后又回弹回复到原来的状态，对物体的伤害力较小，因此硬质聚氨酯泡沫材料拥有较好的减震性能。
（6）硬质聚氨酯泡沫材料拥有较强的声学性能，它通过对声波能量的吸收，阻断声波的反射传递，从而达到较高的隔音效果。
（7）硬质聚氨酯泡沫采用的施工方式是喷涂或者浇筑，并且其的施工具有连续性的特点，所以，采用硬质聚氨酯泡沫进行对建筑墙体施工可以使整个墙体的保温层无接缝出现，特别有利于墙体保温效果和防水性能的实现。
建筑用含PEG硬质聚氨酯泡沫材料的性能研究
建筑用含PEG硬质聚氨酯泡沫材料的性能研究作者：***来源：《粘接》2022年第08期摘要：针对添加了3种类型的聚乙二醇（PEG）的硬质聚氨酯泡沫材料，探索了它们在建筑地板和天花板覆盖物、温控运输包装中的绝缘材料、汽车座椅内覆盖物等各种应用中的适用性。
为了研究含有PEG的聚氨酯泡沫塑料的热性能，进行了差示扫描量热仪（DSC）测试。
在实验室条件下设计了一个双层混凝土-聚氨酯泡沫塑料系统，利用对模拟环境温度变化敏感的计算机辅助测温装置对其隔热性能进行了检测。
PUⅠ（含44%PEG600）在中温条件下表现出较好的热调节能力;而PUⅡ（49%PEG1000）则适用于温和和高温环境下的温度控制，聚乙二醇质量分数为53%的PUⅢ具有较好的储热和热稳定性。
含有38%PEG600/PEG1000/PEG1500的PUⅣ也证实了良好的耐热性和耐久性。
关键词：硬质聚氨酯泡沫;保温材料;聚乙二醇;性能测试中图分类号：TQ328.3文献标志码：A文章编号：1001-5922（2022）08-0067-05Properties study of rigid polyurethane foams material containingPEG for constructionLIU Guangbin（Yangling Vocational and Technical College， Yangling 712100， Shaanxi China）Abstract：In view of the rigid polyurethane foam materials added with three types of polyethylene glycol （PEG）， their applicability in various applications such as building floor and ceiling coverings， insulation materials in temperature-controlled transportation packaging， car seat inner coverings and so on was explored. In order to study the thermal properties of polyurethane foam containing PEG， differential scanning calorimeter （DSC） was used. A double-layer concrete polyurethane foam system was designed under laboratory conditions， and its thermal insulation performance was tested by using a computer-aided temperature measurement device sensitive to simulated ambient temperature changes. PU Ⅰ（including 44% PEG600） shows good thermal regulation ability under medium temperature conditions; PU Ⅱ（49% PEG1000） is suitable for temperature control in mild and high temperature environments. PU Ⅲ with 53% polyethylene glycol has good heat storage and thermal stability. PUⅣ containing 38% PEG600/PEG1000/PEG1500 also confirmed good heat resistance and durability.Key words：rigid polyurethane foam; thermal insulation materials; polyethylene glycol; performance testing聚氨酯在建筑節能中的应用虽然广泛，但也存在价格高、烟雾毒性大、消防安全等问题。
三乙醇胺对硬质聚氨酯泡沫塑料性能的影响研究
三乙醇胺对硬质聚氨酯泡沫塑料性能的影响研究摘要：制备了孔径约0.5mm的全水发泡硬质聚氨酯泡沫塑料。
研究了三乙醇胺(TEA)用量对聚氨酯泡沫塑料发泡时间、表观密度、导热性能、力学性能等的影响规律。
TEA是体系反应的催化剂，随着TEA含量的增大发泡时间变短。
TEA 含量少于7份时，发泡反应强于凝胶反应，制品泡孔直径随着其含量增加而变大，表观密度、热导率、压缩强度、拉伸强度和弯曲强度下降，断裂伸长率上升，TEA 含量大于7份时，交联作用占主要地位，制品泡孔直径随着其含量增加而变小，表观密度、热导率、压缩强度、拉伸强度和弯曲强度增大，断裂伸长率减小。
热失重分析也表明TEA含量大于7份后产生了交联作用。
关键词：聚氨酯；硬质泡沫塑料；三乙醇胺硬质聚氨酯泡沫塑料(RPUF)是指在一定负荷作用下不发生明显形变，当负荷过大发生形变后不能恢复到初始状态的聚氨酯泡沫塑料，具有优良的力学性能、声学性能、电学性能和耐化学性能。
RPUF的泡孔以闭孔为主，采用CFCs为发泡剂时制品具有极低的热导率，是聚苯乙烯和其他泡沫塑料及天然保温材料都无法相比的，并可现场喷涂成型，是目前最理想的绝热材料。
RPUF可直接从单体原料一次加工成聚合物制品，而且可通过改变原料化学结构、规格、品种等方式调节配方，得到各种性能和用途的终端制品，广泛应用于保温行业、包装工业、造船工业等领域。
在RPUF发泡体系中，催化剂是必不可少的一部分，对于调节反应时间、发泡反应与凝胶反应的平衡及泡孔尺寸都起到重要作用。
目前广泛使用的催化剂主要是有机锡类和胺类，前者催化效率更高且对凝胶反应有较强的催化作用，后者在水发泡体系中对发泡反应有较强的催化作用。
在胺类催化剂中醇胺类物质比较特殊，因其分子中含有叔氮原子而具有催化作用，同时每个分子又含有两个或两个以上羟基，可与异氰酸酯反应从而具有交联作用。
醇胺类物质中比较有代表性的是TEA。
TEA为无色黏稠液体，相对密度1.12，市售产品一般含少量水和二乙醇胺。
硬质聚氨酯泡沫塑料本构关系的研究
硬质聚氨酯泡沫塑料本构关系的研究1. 引言硬质聚氨酯泡沫塑料是一种常用的绝缘材料和填充材料，具有轻质、耐热、隔热、隔音等特点，在建筑、交通工具和包装领域得到广泛应用。
然而，对于硬质聚氨酯泡沫塑料的本构关系，即应力-应变关系的研究，对于了解其力学性能至关重要。
本文将从宏观力学模型和微观结构层面，对硬质聚氨酯泡沫塑料本构关系进行深入探讨。
2. 宏观力学模型在宏观尺度上，硬质聚氨酯泡沫塑料的本构关系主要通过应力-应变曲线来描述，其中包括线性弹性阶段、屈服阶段和断裂阶段。
在应力小于比屈服强度时，硬质聚氨酯泡沫塑料呈线性弹性，应变与应力成正比；当应力逐渐增大超过比屈服强度时，材料将出现塑性变形，应力较缓慢地继续增加；最终在应力达到最大值时，硬质聚氨酯泡沫塑料将发生断裂。
通过对宏观力学模型的研究，可以更好地理解硬质聚氨酯泡沫塑料在受力过程中的力学性能。
3. 微观结构层面在微观尺度上，硬质聚氨酯泡沫塑料的本构关系受其内部细胞结构和界面相互作用影响。
硬质聚氨酯泡沫塑料的微观结构呈现闭孔结构，孔隙间充满气体，形成有效的隔热和隔音效果。
然而，由于泡沫塑料的微观结构不规则性，使得其在受力时呈现出复杂的本构关系。
研究表明，泡沫塑料的微观结构对其力学性能具有显著影响，如细胞大小、壁厚度、连通性等都会对泡沫塑料的变形行为和强度产生影响。
4. 总结与展望硬质聚氨酯泡沫塑料的本构关系是一个复杂而重要的研究课题。
在宏观力学模型和微观结构层面，硬质聚氨酯泡沫塑料都表现出了多变的力学性能，其本构关系受多种因素影响。
未来的研究可以从提高泡沫塑料的力学性能、优化微观结构设计等方面进行深入探讨，以提高泡沫塑料的应用性能和推动其在新领域的应用。
个人观点与理解在我看来，硬质聚氨酯泡沫塑料的本构关系研究是一个非常值得深入探讨的课题。
了解其力学性能，可以为材料工程领域的发展提供重要参考，也有助于解决在具体应用领域中可能出现的问题。
通过对泡沫塑料的本构关系进行深入研究，还有助于推动材料设计和制备技术的发展，为新材料的研发奠定基础。
硬质聚氨酯泡沫塑料在军事领域的应用研究进展
硬质聚氨酯泡沫塑料在军事领域的应用研究进展摘要:概述了硬质聚氨酯泡沫塑料在军事领域的最新应用研究动向。
主要介绍了硬质聚氨酯泡沫塑料在易碎式结构材料、吸波材料、军事防寒隔热工程及电子方舱等军事领域的应用进展。
关键词:聚氨酯硬质泡沫易碎结构材料隐身材料伪装工程硬质聚氨酯泡沫塑料质轻、绝热、吸音、耐化学药品及高缓冲抗震;同时其合成主原料聚酯或聚醚多元醇结构多变,使其性能变化范围广泛,而且加工方式灵活,受到了普遍重视而发展迅速,在民事领域得到广阔的应用。
由于具有优异的各项性能,近年来硬质聚氨酯泡沫在军事领域也受到青睐。
本文主要介绍近年来硬质聚氨酯泡沫塑料在军事及民事领域的最新应用进展。
1 在易碎式结构材料中的应用有一批特殊的结构材料开始在兵器工业产品结构出现:这种材料不仅要求强度和刚度要足够,能够承担一定的外载荷,在达到一定的触发条件后还要求可以自行破裂。
这种功能一般在大型炮发射筒的口盖、生化武器破击跑的弹壳、深海导弹发射系统的隔水罩等地方使用比较多。
有很多类似的结构被使用在兵器工业产品结构中,统称他们为“易碎式结构材料”[1]。
硬质聚氨酯泡沫质轻、密封性能好,强度可调,近年来被用于易碎式结构材料。
例如,用聚氨酯泡沫塑料制成的火箭助推鱼雷头部的声纳保护罩[2],当鱼雷从水中发射推进到空中高速飞行时,它必需具备足够的强度和刚度以保护罩内的仪器装置;当鱼雷接近敌舰再入水时,它必须能够在入水时水面反击力作用下自行碎裂,露出声纳导航装置使能对入水后的鱼雷实施声纳导航。
硬质聚氨酯泡沫塑料用于易碎式结构材料比通常的机械和高分子材料产品复杂得多,它的应用需要综合高分子化学、结构力学、断裂力学等学科的相关理论和试验结果,是高分子材料在兵器工业中应用的新发展。
2 在吸波材料中的应用根据成型工艺和承载力将吸波材料分为两大类:结构型和涂层型。
而结构隐身材料拥有叠层结构、层片复合结构和夹层结构等各种不同结构形式。
其中最重要的一种结构就是泡沫夹心。
硬质聚氨酯泡沫老化问题的研究进展
・1・2020年第35卷第5期2020.Vol.35 No.5聚氨酯工业POLYURETHANE INDUSTRY-专题纟示述・IIIIIIIIIIIIIIIIIIH硬质聚氨酯泡沫老化问题的研究进展*吕小健 李廷廷 沈照羽 崔胜恺 徐祥 刘锦春*(青岛科技大学高分子科学与工程学院橡塑材料与工程教育部重点实验室 山东青岛266042)摘要：综述了硬质聚氨酯泡沫塑料的老化机理和常见的寿命预测方法，并介绍了聚氨酯硬泡材料性能与老化之间的关系，以及改善硬质聚氨酯泡沫老化性能的有效途径。
关键词：老化机理；寿命预测；硬质聚氨酯泡沫塑料；老化性能中图分类号：TQ 328.3文献标识码：A文章编号：1005-1902(2020)05-0001-04硬质聚氨酯泡沫塑料具有低密度、高比强度、绝 热性能好及隔音效果好的特点，在建筑外墙保温、冷藏车、管道保温、冰箱、仿木材料等行业有着大量的 应用［l ］o 但是产品在使用过程中不可避免地会遇到老化问题，严重影响到产品的性能,因此对硬质聚 氨酯泡沫材料老化问题的研究十分重要。
本文综述 了硬质聚氨酯泡沫的老化机理和寿命预测方法，并对材料的性能与老化的关系以及改善老化性能的有效途径进行了介绍。
1硬质聚氨酯泡沫的老化机理对于硬质聚氨酯泡沫，除了自身的配方及生产工艺，影响其老化性能的外在因素主要集中在热、 氧、光、水及其他介质。
不同因素下的老化机理 不同。
聚氨酯的光老化是由于材料在吸收一定波长(290 - 400 nm)的光后，在微观上导致聚合物分子键断裂或链交联，宏观上造成了材料性状的改变。
通 常认为聚氨酯材料的光老化有两种机理。
一种机理认为,材料吸收波长340-400 nm 的光后，聚氨酯分子中来源于芳香族异氰酸酯苯环上的亚甲基发生氧 化,形成不稳定的氢过氧化合物，进而生成发色醌-酰亚胺结构及二醌-酰亚胺结构，导致聚氨酯的黄变现象;材料吸收330 - 340 nm 波长的光后，发生Photo-Fries 重排，生成伯芳香胺，进一步降解后产生黄变产物。
增强硬质聚氨酯泡沫塑料研究进展
增强硬质聚氨酯泡沫塑料研究进展刘新建 李青山* 刘 卓 罗进成(燕山大学亚稳态材料制备技术与科学国家重点实验室 秦皇岛066004)摘 要:论述了硬质聚氨酯泡沫塑料(RP U)的特点,综述了玻璃纤维、无机填料增强RPU的研究进展,指出了玻璃纤维、无机填料增强RP U的优缺点,玻璃纤维、无机填料混杂添加可作为增强RP U 的最佳工艺。
关键词:硬质聚氨酯泡沫塑料;玻璃纤维;无机填料;增强;混杂硬质聚氨酯泡沫塑料(RP U)是聚氨酯材料体系中最重要的品种之一,RPU的用途主要分为两大类,即绝热材料和结构材料,前者的密度一般在0.1 g/c m3以下,主要用于工业或家用的隔热和制冷,后者的密度一般大于0.1g/c m3,主要用于汽车工业和建筑结构件,因为其密度小,比强度高,也为航空和航天应用领域所关注。
聚氨酯硬泡塑料的最大优点是质轻、隔热保温性好、吸音及缓冲抗震性优良;同时合成RPU的主原料聚酯或聚醚多元醇结构多变,使其性能变化范围广泛,而且加工方式灵活,既可以自由发泡,又可以模塑成型,还可以现场喷涂,因此RPU受到了普遍重视而发展迅速。
与其它材料相比,硬质聚氨酯泡沫塑料的弯曲强度和冲击强度等技术指标不能满足使用要求,因而限制了它的广泛应用。
当前,提高聚氨酯硬泡塑料的力学性能大致有2种方法,即提高聚氨酯硬泡塑料的密度和加入增强剂。
近年来,对聚氨酯硬泡塑料增强的研究已成为一大热点[1~5],已报道的增强剂有无机填料和增强纤维等,前者主要是S i O2粒子、碳酸钙和中空玻璃微珠;后者为玻璃纤维、有机纤维及碳纤维等。
填料增强RP U的主要目的是提高材料的弹性模量、尺寸稳定性和耐热性能,降低模塑成型过程中的制品收缩率。
由于聚氨酯的主要原料价格较高,加入填料后可降低其成本。
使用填料虽然有很多优点,但对RPU最大的不利影响就是降低了其冲击性能。
从填料发展历史来看,玻璃纤维和中空玻璃微珠一直是增强聚氨酯体系的主要研究对象,其原因在于玻璃纤维和中空玻璃微珠对模量的提高非常明显。
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服平台 (静态下几乎没有屈服平台) ,动静态压缩应力应变曲线具有明显的不同形状. 这可能是在 冲击过程中 ,由于密度较大 、硬度较高 ,泡孔的破坏不是塑性屈曲而是伴随着动态下裂纹的迅速 扩展造成的动态失效模式 ,而静态下因裂纹扩展缓慢而主要表现为塑性屈曲破坏模式.
结果还表明 ,尽管动态曲线和静态曲线在幅值上有差异 (即存在着应变率效应) ,但它们的变 形趋势是一致的 ,它们都经历了多孔介质固有的变形 3 阶段. 其中 ,弹性区主要反映了 RPU F 泡 孔结构的强度特性 ,屈服区主要反映了 RPU F 泡孔结构被压垮 、屈曲的过程 ,而致密区则反映了 RPU F 基体粉末的压实过程. 这 3 个阶段的转折应变也是一致的 ,即材料的屈服点以及粉末压实 起始点仅仅与 RPU F 的密度有关 ,而与应变率无关.
σ = H ( T) G (ρ) M (ε.ε) f (ε)
(1)
式中 ,环境温度 T 与密度ρ对应力的影响是单一的 ,是与应变ε、应变率ε等无关的 , M (ε,ε) 主要
反映了应变率对应力的影响 ,形状函数 f (ε) 能很好地模拟 RPU F 材料变形三阶段的全过程. 然而
Sherwood 等人在具体拟合方程形式时由于所选材料的密度范围很小 (0. 080 g/ cm3～0. 096 g/ cm3) ,
应变率变化不大 (0. 42 ×10 - 2/ s～8. 4 ×10 - 2/ s) ,另外 , 认为密度 ρ对应力的影响是单一的假定
也与实验结果不符 ,应加以修正. 我们的结果 (参见图 2) 表明 , 密度对应力的影响程度还与所处
的应变量有关 , 也就是说应变和密度两者是耦合在一起影响着应力. 据此我们将 G (ρ) 改为
摘要 介绍用大尺寸分离式 Hopkinson 压杆对四种密度的硬质聚氨酯泡沫塑料进行高应变率 实验 , 完整地给出了这种材料在 103/ s 高应变率下的包括弹性区 、屈服区和致密区变形全过 程的动态应力应变曲线 , 并提出了包括应力 、应变 、应变率和密度等参量的本构关系.
关键词 泡沫塑料 , 动态力学性能 , 分离式 Hopkinson 压杆 , 本构关系
其参数分别为 2. 052 和 0. 070 53.
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力 学 学 报
1998 年 第 30 卷
(a) 静态应力应变曲线 (b) 动态应力应变曲线 (a) Static stress2strain curves (b) Dynamic stress2strain curves
我们在前人工作的基础上 , 妥善地解决了 RPU F 试件变形初期的应力不均匀性及透射波 信号太小等问题 , 获得了满意的结果. 冲击实验是在自制的大尺寸 (<37 mm) SHPB 上进行. 鉴于泡沫体的泡孔尺寸较大 (几百微米) , 因此采用为泡孔尺寸两个量级的大尺寸试件是十分 必要的 , 据此所得结果可代表真实材料的宏观特性. 试件材料为中国工程物理研究院所提供的 RPU F , 密度为 0. 092 g/ cm3 , 0. 202 g/ cm3 , 0. 358 g/ cm3 和 0. 472 g/ cm3 等 4 种.
RPU F 材料的应力应变曲线如图 1 所示 , 其中四幅图对应于不同的 4 种密度. 每幅图中两 条较低的曲线是静态曲线 , 是在日本制岛津试验机上完成的 , 相应的应变率为 117 × 10 - 3/ s 和 813 ×10 - 2/ s ; SHPB 实验的应变率大致控制为 1 000/ s～2 500/ s 之间 4 种 , 试件的应变量 随着应变率 (相应于弹速) 的提高而增加 , 对于实验所采用的 800 mm 弹长及 10 mm 厚的试 件 , 只有在应变率为 2 000/ s 以上时 RPU F 才能达到完整的变形 3 阶段. 另外 , 随着密度的提 高 , 动静态应力应变曲线的屈服平台越来越窄 , 屈服应力越来越高 , 应力应变曲线的形状也有 显著变化 , 同种密度的应力应变曲线均随应变率的提高而提高 , 材料在动态下的屈服应力明显 高于静态下的屈服应力 , 呈现明显的应变率效应. 比较每种密度的动静态压缩曲线的形状不难 发现 , 密度为 01092 g/ cm3 , 01202 g/ cm3 和 01358 g/ cm3 的 3 种 RPU F 的动静态压缩曲线的形 状基本类似. 而对于密度为 01472 g/ cm3 的 RPU F , 其动态压缩曲线具有比静态下的更平的屈
第 30 卷 第 2 期 1998 年 3 月
力 学 学 报
ACTA MECHAN ICA SIN ICA
Vol. 30 ,No. 2 Mar. , 1998
硬质聚氨酯泡沫塑料本构关系的研究 1)
胡时胜 刘剑飞
(中国科学技术大学力学与机械工程系 , 合肥 230026)
王 梧
(中国工程物理研究院流体研究所 , 冲击波物理和爆轰物理实验室 , 成都 610003)
众所周知 , RPU F 材料远不同于金属材料 , 由于它的波阻抗特别低 , 在进行 SHPB 实验 时 , 一是透射波信号很小 , 其幅值只有入射波信号的几十分之一或更小 , 这时外界干扰信号足 以与透射波信号相比 , 信噪比太小 , 将导致计算结果误差很大 ; 二是波在试件中的传播速度很 低 , 因此在相当长的时间内试件处于应力不均匀状态 , 在数据处理时经常采用的应力均匀假定
硬质聚氨酯泡沫塑料 ( RPU F) 是一种比重小 、价格低 、成型容易的多孔介质. 它具有很 好的吸收动能的特性 , 能够缓和冲击 , 减弱振荡 , 降低应力幅值 , 因此已广泛用于易损物品的 包装 , 重要设备的防护及结构物内部的填充等. 由于以上这些使用条件均有可能经受冲击载 荷 , 因此研究不同密度的 RPU F 在各种载荷 (包括冲击) 条件下的应力应变关系 , 提出包括 应变率和密度在内的本构关系是有关设计部门十分关注的问题.
G
ρ ρ0
,ε
, 并用一种幂指数关g系表示
o Me
G
ρ ρ0 ,
ε
=
ρ ρ0
A
ρ
S·εB
(ρ
0
-
1)
(2)
式中ρ0 为选定的一种参考密度 ,通常选用最小的密度 , 因为低密度的应力应变曲线能较好地反
映变形三阶段. 我们在这里选ρ0 为 0. 092 g/ cm3 , A 和 B 分别为根据实验结果拟合得到的参数 ,
图 2 不同密度的应力应变曲线比较 Fig. 2 The comparison between stress2strain curves of different densit y
应变率对应力的影响可考虑采用基于热激活机制的 Seeger 模型 ,即将 M (ε, ε) 选取为
M (ε,ε)
=
1
RPU F 本构关系有两种类型 :半经验型的和经验型的. 前者是从一些基本理论出发 ,进而得 到本构关系的具体形式 ,方程中的参数仍需根据实验数据拟合而定. 基于 RPU F 的基体为粘弹 性材料 ,Bigg 等人[4 ]用粘壶和弹簧组成的 Voigt 体作为基础 ,再考虑多孔介质的特性及泡孔内空 气流动的影响 ,提出了半经验型的本构关系 ,然而这种本构关系普遍存在着公式复杂 ,参数繁多 且部分参数难以确定的缺点 ,其实用价值大受影响 ; Miltz[5 ] 提出一由应力松弛实验及修正的 Boltzman 积分式得到的适用于闭孔泡沫的本构关系 ,Ramon[6 ]也提出了一由参考应力应变曲线 及应力松弛实验确定的本构关系 ,但由于实验过程较复杂 ,也限制了模型的应用. 所以目前人们 对泡沫塑料大多采用经验型模型 ,然而由于 RPU F 的性质随基体配方及发泡工艺不同而有很大 的改变 ,故出现了经验本构关系形式的多样性及适用范围的局限性 ,例如 Shuttlewort h[7 ]提出的 关系式只能适用于密度在 0. 023 g/ cm3～0. 028 g/ cm3 之间的开孔软质聚氨酯泡沫塑料. 多数学 者在研究多孔材料的压缩性能时 ,则将压缩应力分解为弹性模量和一个与应变有关的形状函数 f (ε) 的乘积 ,其中弹性模量反映了泡沫结构对压缩变形的抵抗能力 , 形状函数 f (ε) 反映了多孔 介质特有的变形三阶段. 如 Rush[8 ,9 ] 提出了静态下的这种本构关系 ,并给出了一形状函数关系 式 ; Schwaber[10 ]引入了应变率的影响 ,并将形状函数改为级数形式 ; Nagy[11 ]对上式进行了补充 , 认为应变率对应力的影响是和应变相关联的 ; Sherwood 和 Frost[12 ]则将环境温度和密度也考虑 进去 ,提出了更为全面的本构关系的框架
图 1 4 种密度硬质聚氨酯泡沫塑料动态及静态实验应力应变曲线 每幅图中曲线自下而上应变率分别为 1. 7 ×10 - 3/ s , 8. 3 ×10 - 2/ s ,
1 000/ s , 1 500/ s , 2 000/ s , 2 500/ s Fig. 1 Dynamic and static strees2strain curves of Rigid Polyurethane Foams of four Kinds of density