树脂-泡沫铝复合材料制备及性能研究（二十七）

3.5.1 Al Foam和 PU-PUR/Al Foam的落锤冲击性能分析D

(5)PU-PUR/Al Foam落锤冲击破坏形貌分析

为了提高Al Foam的抗落锤冲击强度，将PU-PUR共混树脂填充到Al Foam孔洞中形成互穿相复合材料，并按照填充树脂种类的不同将其命名为M1/Al Foam、M2/Al Foam、M3/Al Foam 、M4/Al Foam和M5/Al Foam，选择在50J 能量进行PU-PUR/Al Foam复合材料的落锤冲击测试。

1、M1/Al Foam在受到50J的落锤冲击能量后，在正面冲击中心出现了一个凹坑，中心区域的泡沫铝孔洞已经发生了变形，规则的圆形孔洞在 冲击作用下变成不规则多边形。与中心区域的受损程度相比，边缘区域的破坏也显而易见，冲击造成了边缘区域的孔洞受到撕扯，发生从圆形到椭圆形的变化，形成的椭圆形的尖端朝向了冲击中心区域。从正面看到，在冲击作用后，M1/Al Foam复合材料表面大致完整，没有受到严重的破坏，聚氨酯很好地附着在泡沫铝孔洞上，并没有因为冲击而发生分离。

2、M1/Al Foam在受到50J的落锤冲击能量后，在背面落锤冲头冲击后的中心形成了一个直径约为3cm的破损区域。在中心区域，泡沫铝孔洞和聚氨酯已经分离，泡沫铝孔洞因冲击破坏撕裂。周围区域的孔洞发生了变形，填充着聚氨酯的泡沫铝孔洞在冲击的作用下，发生了从圆形到椭圆形的变形，孔洞的椭圆形较短的直径朝向着冲击的破损区域中心，这是由于在冲头作用到M1/Al Foam上后，正面中心受压变形， 背面中心发生撕裂变形形成的。

3、M1/Al Foam在受到50J的落锤冲击能量后，在侧面，M1/Al Foam复合材料发生了较为明显的背凸现象。

4、M2/Al Foam在受到50J的落锤冲击能量后，在正面冲击中心出现了一个凹坑，此处孔洞因冲击作用变成不规则形状，相比于M1/Al Foam 复合材料的变形要更小一些。在冲击中心区域看到树脂出现褶皱，说明聚脲的加入提高了PU-PUR共混树脂的塑性能力，增强了其力学强度。冲击造成了边缘区域的泡 沫铝孔洞的从圆形到椭圆形的变化，变化为椭圆形孔洞的尖端朝向了冲击中心区域。

5、M2/Al Foam在受到50J的落锤冲击能量后，在背面冲击中心形成了一个直径约5cm的破损区域，形成了多条裂缝，泡沫铝孔洞之间的孔壁遭到撕裂破坏，裂缝所经之处的泡沫铝孔洞和树脂都被撕裂开。由于正面因冲击受到压力而背面受到拉伸力的作用，裂缝的形成造成了周围泡沫铝孔洞发生挤压变形，泡沫铝孔洞发生了从圆形到椭圆形的变形，而椭圆形的较短直径指向了冲击的中心区域。

6、M2/Al Foam在受到50J的落锤冲击能量后，在侧面M2/Al Foam 复合材料发生了较为明显的背凸现象，但是形变程度相较于M1/Al Foam有所下降。

7、M3/Al Foam在受到50J的落锤冲击能量后，在正面冲击中心出现了一个凹坑，相比于M1/Al Foam和 M2/Al Foam复合材料，冲击的中心区域泡沫铝孔洞的变形要更小，并稍显不规则的形状，说明聚脲所占共混树脂的成分越高，其树脂的力学强度更高，可以更好地抵抗冲击荷载，同时树脂和泡沫铝结合的很好，没有出现分离的现象。而在冲击的边缘区域，同样观察到了泡沫铝孔洞从圆形变为椭圆形的现象。

8、M3/Al Foam在受到50J的落锤冲击能量后，在背面冲击后的中心形 成了一个较大的直径约4cm的破损区域，可以看到破损区域内多条裂缝撕裂了泡沫铝孔洞，填充在孔洞里的树脂也和泡沫铝孔洞发生分离，泡沫铝孔洞和树脂的脱离变得非常明显。除此之外受到冲击荷载后，冲击背面在受到拉伸力的作用下形成的裂缝挤压着周围的泡沫铝孔洞使其发生了从圆形到椭圆形的变形。

9、M3/Al Foam在受到50J的落锤冲击能量后，在侧面M3/Al Foam复合材料发生了较为明显的背凸现象，但是相较于M1/AlFoam和 M2/Al Foam形变程度有所下降。

10、M4/Al Foam在受到50J的落锤冲击能量后，在正面冲击中心出现了一个很小的凹坑，此处的泡沫铝孔洞和树脂在受到落锤冲击后仍然保持较为完好，泡沫铝孔洞的变形很小。说明聚脲所占共混树脂的成分越高，其树脂的强度更高，可以更好地抵抗冲击荷载。由于冲击荷载的影响，环绕着中心区域的边缘区域也出现了一些很小的变形，泡沫铝孔洞从圆形变成了近似为圆形的椭圆形，总体来说M4/Al Foam的冲击后变形很小。

11、M4/Al Foam在受到50J的落锤冲击能量后，在背面冲头冲击后的中 心形成了一个直径约3cm的破损区域并形成多条裂缝，裂缝撕裂了泡沫铝孔洞并将树脂和泡沫铝分离。裂缝周围的泡沫铝孔洞发生从圆形到椭圆形的变形，这些孔洞的变形程度较小，而在远离裂缝的泡沫铝孔洞上，很难观察到其发生了变形，说明M4共混树脂的抗冲击强度更高。

12、M4/Al Foam在受到50J 的落锤冲击能量后，在侧面M4/Al Foam复合 材料的背凸现象已经不太明显。

13、M5/Al Foam在受到50J的落锤冲击能量后，在正面看到冲头冲击作用下，冲击中心出现了一个很小的凹坑。从冲击中心区域的受损情况来看，泡沫铝孔洞的变形很小，说明聚脲树脂的强度很高，能够很好地抵抗冲击荷载。冲击边缘区域的泡沫铝孔洞也发生了一些很小的变形，泡沫铝孔洞从圆形变成了近似为圆形的椭圆形，但是总体来说，从M5/Al Foam的正面图上看到这些变形都很小。

14、M5/Al Foam在受到50J的落锤冲击能量后，在背面冲头冲击后的中心延伸出很多条裂缝，从裂缝的延伸范围来看，这些裂缝都能延伸到接近M5/Al Foam复合材料边缘的地方，造成了更大的破损区域。与前面的较低聚脲含量树脂填充的复合材料相比，裂缝的延伸改变了沿着泡沫铝孔洞边缘的延伸方向，裂缝可以从泡沫铝孔洞中间产生并继续延伸。由于聚脲高硬度和高力学强度的影响，泡沫铝孔洞的变形变得很小。

15、M5/Al Foam在受到50J 的落锤冲击能量后，在侧面M5/Al Foam复合材料的背凸现象已经不太明显。

综合来看，M4/Al Foam和M5/Al Foam两种复合材料在受到50J的落锤冲击能量后的变形程度最小且背凸现象更小，但从M5/Al Foam复合材料的背面图中得到冲击荷载 造成的裂缝数目更多而延伸范围广，并可以从泡沫铝孔洞中间延伸，说明聚脲树脂的脆性断裂现象导致其在受到冲击荷载作用时更容易脆断失效。而M4/Al Foam复合材料的 背面图中裂缝数量相对较少且延伸范围小，这是由于M4共混树脂中存在的30%聚氨酯增强了共混树脂的韧性，使得M4/Al Foam在受到落锤冲击后裂缝延伸受阻，增强了M4/Al Foam的抗冲击能力，综合从破坏形貌分析得到M4/Al Foam的抗冲击强度最高。