PET泡沫三明治结构准静态弯曲和疲劳性能试验研究

在材料尺度下,借助试验手段获得了聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)泡沫三明治结构各组分材料(PET泡沫芯层、铝合金面板以及胶粘剂)的力学性能,以及PET泡沫的玻璃化转变温度和微观拓扑形态。在结构尺度下,在不同温度下进行了三点弯曲准静态试验,探究了温度对弯曲性能的影响,揭示了温度对变形响应过程的影响机理;同时,开展了常温下的三点弯曲疲劳试验,分析了载荷水平和加载频率对失效模式、疲劳寿命和刚度退化等指标的影响;在此基础上,开展了计及温度效应的三点弯曲疲劳试验,探究了环境温度对PET泡沫三明治结构疲劳性能的影响。结果表明,温度效应会显著影响PET泡沫三明治结构在准静态和疲劳弯曲载荷作用下的变形和破坏机理。

芯材双向开槽工艺对PET泡沫三明治结构弯曲性能的影响

借助实验结合仿真分析的研究方法,深入探究了芯材表面双向开槽对PET泡沫三明治结构弯曲性能的影响,采用熵权法-优劣解距离法对16种开槽工况进行了详细分析。结果表明,在三点弯曲实验中,PET泡沫芯材的压缩应变主要集中在中间压头附近,永久塑性变形出现在铝合金面板和胶层处,未在各组分材料中发现明显的失效行为。随着芯材开槽体积的增大,结构的刚度、峰值载荷和总能量吸收均增大,结构的比吸能减小;开槽深度、宽度、间距会对这些性能指标产生显著影响;胶粘剂在连接芯材和面板的同时,增强了结构的抗弯曲性能。最后,基于熵权法-优劣解距离法,确定了芯材表面最优的开槽方案。

三明治复合结构泡沫铝的制备及界面组织分析

采用冷压预制块(芯)与钢面板热压,然后发泡的工艺制备出了泡沫铝三明治复合结构(AFS)。通过扫描电子显微镜(SEM)和元素线扫描对界面的微观组织及生成相成分进行了分析。试验结果和分析表明,热压过程中钢面板与芯部通过机械变形和元素扩散形成了牢固结合;发泡过程中,通过Fe、Al元素在界面的相向扩散,生成了FeAl3金属间化合物及(FeAl3+Al)共晶凝固组织,板芯间形成了良好的冶金结合界面。

泡沫铝三明治结构材料的制备及其组织性能分析

以Al-Si基合金为钎料,泡沫铝为基体,纯铝板为面板,采用钎焊的方法制备泡沫铝三明治结构材料。应用SEM观察焊接层的组织和界面结构,EDS测定元素的扩散及分布情况,并结合扩散原理分析Si和Al的扩散情况。对钎焊接头试样进行剪切实验,通过正交实验的方法分析焊接温度、焊接时间、去应力退火温度和去应力退火时间对材料性能的影响。同时,与胶粘粘结法制备的泡沫铝三明治结构材料进行对比实验。结果表明:采用钎焊法制得的样品中面板与夹心层之间连接过度良好;Si浓度在焊接层附近呈现出阶梯状分布;焊接温度是影响实验结果的最关键因素;最佳工艺为:焊接温度640℃,焊接时间15 min,去应力退火温度400℃,去应力退火时间30 min。在400℃下,胶粘粘结法制备的样品完全失效。

气体捕捉法制备泡沫Ti-6Al-4V三明治结构与性能评价

基于气体捕捉法制备泡沫钛三明治结构工艺,对以钢包套+Ti-6Al-4V板+Ti-6Al-4V粉的封装工艺制备的泡沫Ti-6Al-4V三明治结构预制坯进行了900℃下不同变形量的轧制,并进行了950℃/10h的等温发泡。通过SEM对不同状态的三明治结构芯部孔洞状态进行观察和测量,探究了轧制变形量对泡沫Ti-6Al-4V三明治结构预制坯等温发泡行为的影响。结果表明:轧制主要是以沿轧制方向拉长孔洞和增加孔洞连通的方式影响泡沫Ti-6Al-4V三明治结构芯部,且轧制变形量越大越严重,但对孔洞内壁形态及孔洞在垂直于轧向平面内的形态未产生影响。当预制坯轧制变形量为80%时,经等温发泡成功制备了面板厚度为362μm,芯部孔隙率达到40%的泡沫Ti-6Al-4V三明治结构,其在高应变速率下抗压强度达到824.8 MPa,400℃下热导率仅为致密金属的52.8%。

泡沫镍三明治结构压印接头力学性能及其断口分析

为研究泡沫镍作为压印接头夹层的力学性能,选取AA5052铝合金板材以及1、1. 5、2 mm泡沫镍进行压印连接,利用电液伺服材料试验机对接头进行拉伸-剪切试验,采用扫描电子显微镜(SEM)对失效断口进行观察,对接头的失效模式、最大载荷以及能量吸收能力进行分析。结果表明,泡沫镍夹层三明治结构压印接头成形效果良好;夹层厚度对三明治结构压印接头宏观失效形式并无影响,均为颈部断裂;接头微观断口主要为韧性断裂;当夹层厚度为1. 5 mm时,接头的力学性能更加优异。

泡沫金属三明治结构压印-粘接复合接头剥离性能分析

为研究三明治结构压印-粘接复合接头的抗剥离性能,选取AA5052铝合金板以及泡沫镍、泡沫铜以及泡沫铁镍进行压印-粘接复合连接,对接头进行拉伸剪切试验,采用扫描电镜对失效断口进行了观察,分析了接头的失效形式、失效载荷、能量吸收值以及失效机理。结果表明:夹层的存在会使接头中胶层的失效过程更加稳定,夹层对于压印-粘接复合接头的承载能力并无显著影响,但是会降低其失效过程中的能量吸收值。

泡沫铝三明治结构的制备

采用粉末冶金发泡法制备了Ti/Al/Ti、Al/Alsi/Al泡沫铝芯三明治结构,研究了泡沫铝制备工艺参数的影响。讨论了混粉、压力、温度等对发泡性能的影响,并对泡沫铝制备中的排液现象进行了探讨。

铝合金-泡沫铜“三明治”结构自冲铆接可连接性研究

为了探究自冲铆技术应用于铝合金-泡沫铜"三明治"夹层结构的可连接性,以1.0mm和1.5mm两种厚度的泡沫铜作为夹层板,通过试铆实验分析接头的可连接性,基于剖面直观检测法观察接头的成形质量,通过静力学实验分析接头的静力学性能及失效机理.研究表明:自冲铆接可以实现铝合金泡沫铜夹层板的有效连接,泡沫铜夹层使接头残余底厚增大,提高了接头的静失效载荷,1.5mm厚的泡沫铜使自冲铆接头静失效载荷增加7.7%,泡沫铜越厚对接头性能影响越明显.

基于瞬间液相连接成形泡沫铝三明治的弯曲失效行为

泡沫铝三明治结构(aluminum foam sandwich,AFS)既具有泡沫铝轻质、阻尼减震、吸能防护等优异特性,又能解决单一泡沫铝强度较低、易损坏等问题,在航空航天、汽车制造、轨道交通、精密机床等工业领域具有广阔的应用前景。本工作基于熔体发泡法,采用瞬间液相结合技术,以纯TA2为面板、Al-2Ca合金为发泡基材,制备尺寸为80 mm×80 mm×18 mm的泡沫铝三明治结构,泡沫芯中含有大量均匀的孔隙,其中多面体状的孔隙占据了较大面积;面板与芯层之间观察到平均厚度为7.5μm的结合界面,各元素在结合层处形成扩散并以金属间化合物的形式存在。测试结果表明:不同密度的三明治结构在弯曲实验下的载荷曲线呈现出线弹性区、快速降载区和平台区三个明显的区域;试样所能承受的最大峰值载荷为1120.5 N、屈服强度为15.64 MPa,随着密度的提高,芯部孔隙率的减小,AFS材料的抗弯强度随之提高;弯曲程度在15 mm时,AFS密度增加15.9%的情况下,弯曲吸能W_(EA)和比吸能W_(SEA)分别提高3.59倍和3.22倍;失效模式为泡沫铝芯层的压缩密实变形和芯材剪切、开裂以及TA2面板的弯曲变形和剥离失效,试样不同位置不同应力的共同作用造成了AFS材料的多种效模式。

泡沫镍三明治结构自冲铆接头力学性能

为探究三明治结构自冲铆接头的力学性能,以自冲铆连接设备对AA5052铝合金板料和泡沫镍夹层进行连接;通过拉伸-剪切试验研究接头的峰值载荷、最大位移及能量吸收能力,并分析接头的失效形式及宏观失效机理;此外,运用MATLAB对接头的峰值载荷和最大位移进行分析。结果表明,泡沫镍夹层有利于增大接头的钉脚张开度,并改善应力分布。泡沫镍夹层使接头静失效载荷增加了8.9%;随着泡沫镍夹层厚度的增加,三明治结构自冲铆接头的抗拉强度呈降低趋势,但接头的能量吸收值相对提高;AA5052铝合金三明治结构自冲铆接头的失效模式为铆钉脱离下板。

数控机床三明治复合结构进给系统设计

在数控机床的直线电机进给系统运行中，绕组线圈发热、铁心磁滞发热及其他机械摩擦发热，会导致温升过高，产生热变形，从而影响工件加工精度。添加相变材料的高孔隙率泡沫金属三明治复合结构不仅能有效地减轻结构的质量，而且具有良好的热特性。将三明治复合结构形式应用于对数控机床的直线电机进给系统的改进设计中，通过对多孔金属和相变材料的分析，动子底板采用铝金属泡沫为基体、并填充石蜡（熔点为27～28℃）的三明治复合结构，在金属泡沫芯的外围通过钢板进行覆盖及密封。该结构在受热情况下在一定的时间范围内可保持在恒温状态不发生变化，有利于减小机床的热变形，提高加工精度。

三明治结构压印-黏接复合接头的力学性能及失效分析

为研究泡沫金属作为压印-黏接复合接头夹层的可行性以及接头的力学性能,选取AA5052铝合金板和泡沫镍、泡沫铜以及泡沫铁镍进行压印-黏接复合连接,利用电液伺服材料试验机对接头进行拉伸剪切试验,利用扫描电镜对失效断口进行观察,分析接头的失效形式、失效载荷、能量吸收值及其失效机理。结果表明:泡沫金属夹层可以使压印-黏接接头静力学性能更加稳定,并且三明治结构压印-黏接复合接头的承载能力与泡沫金属的面密度呈负相关关系,失效位移与泡沫金属的面密度呈正相关关系,泡沫镍夹层三明治结构压印-黏接复合接头的能量吸收能力更加优异。

高比强高孔隙率泡沫铝合金三明治梁

研究了高比强泡沫铝合金和泡沫纯铝的单向压缩和剪切性能,对以高比强泡沫铝合金为夹芯的三明治梁失效模式的尺寸范围和承载能力进行了理论计算,结果与实验结果符合得很好。给出了泡沫铝合金三明治梁的设计方法,表明在较小的设计载荷下,三明治梁是以刚度作为设计的控制条件;在较大的设计载荷下,以相对强度为设计的控制条件。泡沫铝合金三明治梁与泡沫纯铝三明治梁的对比表明,在刚度设计控制条件下,前者的刚度是后者的1.00～1.185倍。在强度设计控制条件下,剪切破坏和压凹破坏失效模式下的泡沫铝合金三明治梁比泡沫纯铝三明治梁的极限强度分别提高57％～180％和90％～220％。

粘接剂对三明治结构自冲铆接头力学性能的影响

为探究粘接剂对三明治结构自冲铆接头力学性能的影响,制备了三明治结构的自冲铆接头和粘-铆复合接头,通过拉伸-剪切试验研究接头的静失效载荷、失效位移、抗剪刚度及能量吸收能力,分析接头的失效形式及其宏观失效机理,运用MATLAB对接头的静失效载荷和失效位移进行分析。结果表明：泡沫镍夹层可增大三明治结构自冲铆接头的钉脚张开度;粘接剂减小了粘-铆复合三明治结构接头的残余底厚量和钉角张开度,但使接头的抗剪刚度和静失效载荷分别提升了35.5%和30.8%;粘-铆复合三明治接头的失效形式为下板铆接区域板料粘附于铆钉腔内,并随铆钉脱离下板;同时,粘接界面上的次位键断裂。

非金属夹层三明治结构自冲铆接头力学性能

为探究非金属材料作为自冲铆接头夹层的力学性能,选取1.5 mm的5052铝镁合金为上下基板,分别以厚度为1mm的CFRP、1 mm的PC及0.1 mm的PET为夹层材料制备单搭式自冲铆接头,对各组接头沿子午线剖面进行成形质量评价,用MTS电液伺服材料试验平台对接头进行拉伸-剪切试验,分析最大破坏载荷与能量吸收值,对接头破坏位置进行SEM电镜扫描,分析其破坏形式。结果表明:自冲铆接技术可对非金属夹层三明治结构进行有效连接,接头破坏形式均为铆钉拉脱、铆扣结构破坏、内壁刮痕;夹层材料为PC板时,接头内锁结构更好,其破坏载荷及能量吸收值均优于以CFRP、PET为夹层材料的三明治结构自冲铆接头。

碳纳米管/聚酰亚胺三明治夹层泡沫的制备及其电磁屏蔽性能

以高弹性碳纳米管泡沫为基础材料,首先制备出高耐热性的碳纳米管/聚酰亚胺薄膜,设计并制备得到以碳纳米管泡沫为芯材、碳纳米管/聚酰亚胺薄膜为板材结构的三明治夹层泡沫。对其结构形貌、压缩性能、导电性、电磁屏蔽性能及热稳定性进行了测试和表征,结果表明:通过改变碳纳米管/聚酰亚胺薄膜的厚度,最终复合泡沫压缩强度可达88.2 kPa,电导率为675 S/m,在X波段的电磁屏蔽效能达到88.3 dB。三明治夹层结构的设计在提升电磁屏蔽性能的同时,也增强了材料的机械性能和耐热性,为设计和制造高电磁屏蔽和优异耐热性的材料提供了一种可行的方法。

拜耳推出三明治结构汽车部件

日前，拜耳材料科技推出应用三明治结构板设计制造的汽车后备箱盖等部件。该部件采用以玻璃纤维增强型聚碳酸酯基体材料、聚氨酯泡沫内芯以及聚氨酯原料制成的双组分外饰涂层体系等材料，箱盖具有轻薄硬质外壳和轻质内芯特性。

具有三明治结构的MXene/聚酰亚胺复合泡沫用于多尺度微波吸收

三维多孔结构可促进电磁波在材料内部的多重反射,是提升微波吸收性能的有效方法.然而,传统的三维多孔结构中,多重反射仅发生在孔内.扩大多重反射的范围应能进一步提升材料的吸收性能.因此,本文开发了一种孔壁为三明治结构的三维多孔复合泡沫,在亚毫米尺度孔和亚微米尺度孔壁中同时发生多重反射,实现多尺度微波吸收.本研究采用聚多巴胺修饰的聚酰亚胺泡沫(PDA@PIF)作为三维多孔骨架,在其孔壁表面负载Ti_(3)C_(2)T_(x).所得的Ti_(3)C_(2)T_(x)@PDA@PIF能够在整个X波段吸收超过90%的入射波.这得益于多尺度多重反射、电导损耗和界面极化.同时,该复合泡沫具有优异的柔性和低密度(~30 mg cm^(-3)).该工作为实现轻质、柔性、宽频的吸波材料提供了一种可行的方法,丰富了电磁防护的有效结构.

固瑞特收购巴斯夫PET结构泡沫塑料业务

瑞士复合零部件制造商固瑞特已经收购了巴斯夫的PET结构泡沫塑料业务。该笔交易涉及到巴斯夫在意大利沃尔皮亚诺的整个PET业务，包括员工、营运资产、产品知识产权等。2016年，