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低密度泡沫塑料的结构及其力学行为研究

2020-11-30阅读(128)

低密度泡沫塑料的结构及其力学行为研究

论文摘要

泡沫塑料具有密度低,比弹性模量高,比强度高的优点,是一种理想的轻质结构材料;同时,这种材料还具有良好的振动和冲击能量吸收性能,是目前应用最普遍的缓冲包装材料之一,尤以发泡聚苯乙烯（文中简称EPS）、发泡聚乙烯（文中简称EPE）两种材料应用最广。尽管由于“绿色包装“浪潮的兴起,泡沫塑料在包装中的应用受到很大冲击,但随着新型泡沫塑料产品的应用、各种泡沫塑料回收技术的发展,这种综合性能最好、价格优势最明显的缓冲材料还是在产品保护包装中发挥着十分重要的作用。在充分利用其优良性能的前提下,尽可能地减少用量、减少成型过程中的能量消耗以及研究易于废弃处理的新型发泡塑料等,已成为当前泡沫塑料研究的热点。本课题从泡沫塑料的发泡原理和成型工艺出发,分析了几种常用泡沫塑料的发泡工艺参数及其影响因素;研究了材料的细观结构特点,并以此为基础,结合三种常用泡沫塑料的性能试验探讨了泡沫塑料的力-变形关系,基于试验数据和Avalle、Rusch和Gibson理论,完善了泡沫塑料的应力-应变关系模型。研究了泡沫塑料的单轴压缩性能、应变率、蠕变性能以及跌落冲击压缩性能等指标与其发泡倍率、成型密度、细观结构参数的关系;讨论了压缩速率对测试结果的影响;通过试验和理论分析,研究了发泡聚丙烯的振动传递性能,结果表明,运用谐波平衡法对基于三次非线性刚度理论的EPP材料振动传递特性的求解与试验数据较好吻合。本课题的研究完善了泡沫塑料的应力-应变关系模型,研究了基于能量吸收效率的缓冲材料密度选择的方法,有一定创新。研究结果对使用泡沫塑料进行科学、准确的缓冲设计具有一定的指导意义;也有助于从泡沫塑料的发泡工艺参数出发,探索提升材料缓冲性能的途径。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 课题研究的背景
  • 1.2 泡沫塑料概述
  • 1.2.1 泡沫塑料
  • 1.2.2 泡沫塑料的分类
  • 1.2.3 泡沫塑料的结构
  • 1.2.4 泡沫塑料的应用
  • 1.3 国内外的研究情况
  • 1.3.1 力-变形关系理论研究
  • 1.3.2 缓冲性能研究
  • 1.3.3 能量吸收性能研究
  • 1.4 研究目的和意义
  • 1.5 研究内容和方法
  • 1.5.1 课题的研究对象
  • 1.5.2 课题的研究内容
  • 第二章 泡沫塑料的成型工艺及结构表征
  • 2.1 泡沫塑料的发泡方法及成型原理
  • 2.1.1 泡沫塑料的发泡方法
  • 2.1.2 气发泡沫塑料形成原理
  • 2.1.3 泡沫塑料生产工艺
  • 2.2 泡沫塑料的结构SEM 观察
  • 2.2.1 电镜扫描简介
  • 2.2.2 几种泡沫塑料的SEM 结果
  • 2.3 泡沫塑料的结构表征
  • 2.3.1 泡孔形状
  • 2.3.2 泡孔形状的理想化处理
  • 2.3.3 泡孔结构的表征
  • 2.4 泡沫塑料的结构性能研究
  • 2.4.1 泡孔尺寸
  • 2.4.2 尺寸各向异性
  • 2.4.3 开孔率
  • 2.5 本章 小结
  • 第三章 泡沫塑料基本性能的试验研究
  • 3.1 泡沫塑料的变形机制
  • 3.1.1 泡沫塑料的典型力-变形关系
  • 3.1.2 泡沫塑料的基本性能参数
  • 3.2 泡沫塑料的单轴静态压缩试验
  • 3.2.1 试验内容及目的
  • 3.2.2 试验仪器的介绍
  • 3.2.3 试验方法
  • 3.2.4 试验结果及其分析
  • 3.2.5 泡沫塑料的单轴压缩力学模型
  • 3.2.6 两种模型的拟合结果及讨论
  • 3.2.7 基于密度的材料应力-应变模型识别
  • 3.3 泡沫塑料的蠕变性试验
  • 3.3.1 试验内容及目的
  • 3.3.2 试验原理及方法
  • 3.3.3 试验结果及其分析
  • 3.4 泡沫塑料的跌落冲击实验
  • 3.4.1 试验内容及目的
  • 3.4.2 试验仪器的介绍
  • 3.4.3 试验原理及方法
  • 3.4.4 试验结果及其分析
  • 3.5 泡沫塑料的应变率相关试验
  • 3.5.1 试验原理及方法
  • 3.5.2 实验结果分析
  • 3.5.3 引起应变率相关性的原因
  • 3.6 本章 小结
  • 第四章 泡沫塑料的能量吸收性能
  • 4.1 泡沫塑料的能量吸收理论
  • 4.1.1 泡沫塑料的能量吸收机制
  • 4.2 泡沫材料的能量吸收性能表征
  • 4.2.1 基于能量吸收效率的密度选择图
  • 4.2.2 缓冲系数
  • 4.2.3 泡沫材料的能量吸收图
  • 4.3 本章 小结
  • 第五章 EPP 缓冲材料的振动传递特性研究
  • 5.1 EPP 的振动传递性能试验
  • 5.1.1 试验内容
  • 5.1.2 试验原理与方法
  • 5.1.3 试验结果及分析
  • 5.2 非线性振动简介
  • 5.3 EPP 的非线性动力学模型
  • 5.3.1 EPP 的非线性特性
  • 5.3.2 EPP 的三次非线性动力学模型
  • 5.3.3 EPP 的非线性振动传递特性
  • 5.4 材料参数的动态识别
  • 5.5 本章 小结
  • 第六章 结论与展望
  • 6.1 结论
  • 6.2 展望
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间发表的论文与从事的专业技术工作
  • 发表论文
  • 从事的主要专业技术工作
  • 致谢
  • 附录一、材料的SEM 照片
  • 附录二、材料的缓冲性能测试结果

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