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樹脂-泡沫鋁復合材料制備及性能研究（三十）

(8)PU-PUR/Al Foam落錘沖擊能量-時間曲線分析

如圖3-14所示為PU-PUR/Al Foam復合材料在50J落錘沖擊能量下的能量-時間曲線，從圖中可以看出，PU-PUR/Al Foam復合材料在落錘沖擊荷載下的能量-時間曲線分為三個階段。

在第一個階段，復合材料受到落錘沖擊發(fā)生變形，在能量-時間曲線上可以看到?jīng)_擊能量隨時間不斷上升，從斜率上來看，聚脲含量較高的M4/Al Foam和M5/Al Foam 復合材料的斜率要更高，說明其在較短的時間內(nèi)就達到了最高能量，而聚脲含量 較低的復合材料的斜率要更低一些，其達到最高能量的時間更長。

在第二個階段，能量上升到最大并保持一小段時間，從峰值能量上來看，不同復合材料的沖擊峰值能量都很接近，M5/Al Foam的沖擊峰值能量最小為48.476J,M1/Al Foam的沖擊峰值能量最大為49.079J。

在第三個階段，沖擊能量有少量減少，這是由于沖頭沖擊復合材料后發(fā)生了回彈， 大部分的沖擊能量被復合材料所吸收，而有少量能量沒有被復合材料吸收，這部分能量 就是回彈能量，回彈能量在能量-時間上表現(xiàn)為峰值能量和穩(wěn)定能量的差值。從吸收能量來看 ，M1/Al Foam和M2/Al Foam吸收能量分別為48.413J和48.076J，其回彈能量分別為0.666J和0.938J，其吸能比達到了98.64%和98.09%。樹脂中聚脲含量較高的M4/Al Foam和M5/Al Foam的復合材料吸收能量分別為45.466J和45.427J，其回彈能量分別為3.052J和3.049，其吸能比達到了93.71%和93.71%。而對于M3/Al Foam復合材料，即樹脂中聚氨酯和聚脲含量都為50%時，其吸收能量為46.666J，其回彈能量為2.096J，其吸能比為95.70%。

M1/Al Foam和M2/Al Foam的吸收能量更高而回彈能量更低，在吸收能量上表現(xiàn)出來較強的性能，這是由于聚氨酯含量較高，共混樹脂固化后的彈性較強造成的，導致不其甘回彈能量更低。而M4/Al Foam和 M5/Al Foam的吸收能量要更低而回彈能量要更高，這是由于聚脲含量較高的時候，共混樹脂固化后的韌性更高，在沖擊荷載下應力傳遞更快，變形更為快速，彈性應變更強，所以其回彈能量更高。分析吸能比得到，5種類型的PU-PUR/Al Foam復合材料都有極高的吸能比，可以將大部分落錘能量吸收。

綜合從載荷-時間曲線，載荷-位移曲線，能量-時間曲線分析得到M4/Al Foam和M5/Al Foam沖擊響應速度很快，分別在1.92ms、1.86ms內(nèi)就能達到峰值載荷8196N、8668N與峰值能量48.518J、48.476J, 且其沖擊持續(xù)時間為7.53ms、7.37ms，總位移較低為6.93mm 、6.25 mm，吸能比高均為93.71%,可知兩種復合材料上述性能的數(shù)值都很接近，在受到?jīng)_擊時均可以快速響應而傳遞分散落錘沖擊荷載，均具有很高的落錘沖擊強度。然而從破壞形貌分析可知聚脲樹脂的脆性斷裂現(xiàn)象造成M5/Al Foam背面的裂縫數(shù)目更多而延伸范圍廣，破壞程度更高，導致其在受到?jīng)_擊荷載時更容易脆斷失效。M4/Al Foam樹脂中的30%PU增強了樹脂韌性，受到?jīng)_擊后裂縫延伸受阻，增強了抗沖擊能力。綜合分析得到M4/Al Foam是抵抗落錘沖擊載荷性能最佳的復合材料。