树脂-泡沫铝复合材料制备及性能研究（三十）

(8)PU-PUR/Al Foam落锤冲击能量-时间曲线分析

如图3-14所示为PU-PUR/Al Foam复合材料在50J落锤冲击能量下的能量-时间曲线，从图中可以看出，PU-PUR/Al Foam复合材料在落锤冲击荷载下的能量-时间曲线分为三个阶段。

在第一个阶段，复合材料受到落锤冲击发生变形，在能量-时间曲线上可以看到冲击能量随时间不断上升，从斜率上来看，聚脲含量较高的M4/Al Foam和M5/Al Foam 复合材料的斜率要更高，说明其在较短的时间内就达到了最高能量，而聚脲含量 较低的复合材料的斜率要更低一些，其达到最高能量的时间更长。

在第二个阶段，能量上升到最大并保持一小段时间，从峰值能量上来看，不同复合材料的冲击峰值能量都很接近，M5/Al Foam的冲击峰值能量最小为48.476J,M1/Al Foam的冲击峰值能量最大为49.079J。

在第三个阶段，冲击能量有少量减少，这是由于冲头冲击复合材料后发生了回弹， 大部分的冲击能量被复合材料所吸收，而有少量能量没有被复合材料吸收，这部分能量 就是回弹能量，回弹能量在能量-时间上表现为峰值能量和稳定能量的差值。从吸收能量来看 ，M1/Al Foam和M2/Al Foam吸收能量分别为48.413J和48.076J，其回弹能量分别为0.666J和0.938J，其吸能比达到了98.64%和98.09%。树脂中聚脲含量较高的M4/Al Foam和M5/Al Foam的复合材料吸收能量分别为45.466J和45.427J，其回弹能量分别为3.052J和3.049，其吸能比达到了93.71%和93.71%。而对于M3/Al Foam复合材料，即树脂中聚氨酯和聚脲含量都为50%时，其吸收能量为46.666J，其回弹能量为2.096J，其吸能比为95.70%。

M1/Al Foam和M2/Al Foam的吸收能量更高而回弹能量更低，在吸收能量上表现出来较强的性能，这是由于聚氨酯含量较高，共混树脂固化后的弹性较强造成的，导致不其甘回弹能量更低。而M4/Al Foam和 M5/Al Foam的吸收能量要更低而回弹能量要更高，这是由于聚脲含量较高的时候，共混树脂固化后的韧性更高，在冲击荷载下应力传递更快，变形更为快速，弹性应变更强，所以其回弹能量更高。分析吸能比得到，5种类型的PU-PUR/Al Foam复合材料都有极高的吸能比，可以将大部分落锤能量吸收。

综合从载荷-时间曲线，载荷-位移曲线，能量-时间曲线分析得到M4/Al Foam和M5/Al Foam冲击响应速度很快，分别在1.92ms、1.86ms内就能达到峰值载荷8196N、8668N与峰值能量48.518J、48.476J, 且其冲击持续时间为7.53ms、7.37ms，总位移较低为6.93mm 、6.25 mm，吸能比高均为93.71%,可知两种复合材料上述性能的数值都很接近，在受到冲击时均可以快速响应而传递分散落锤冲击荷载，均具有很高的落锤冲击强度。然而从破坏形貌分析可知聚脲树脂的脆性断裂现象造成M5/Al Foam背面的裂缝数目更多而延伸范围广，破坏程度更高，导致其在受到冲击荷载时更容易脆断失效。M4/Al Foam树脂中的30%PU增强了树脂韧性，受到冲击后裂缝延伸受阻，增强了抗冲击能力。综合分析得到M4/Al Foam是抵抗落锤冲击载荷性能最佳的复合材料。