论文题目: 聚氨酯泡沫塑料泡孔结构与力学性能关系的研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 武器系统与运用工程
作者: 梁书恩
导师: 王建华,田春蓉
关键词: 聚氨酯泡沫塑料,泡孔结构,图像分析,力学性能
文献来源: 中国工程物理研究院
发表年度: 2005
论文摘要: 聚氨酯泡沫塑料是一种聚合物泡沫材料,其力学性能不仅与聚氨酯基体的力学性能以及泡沫塑料的密度有关,而且与其泡孔结构有密切关系。闭孔率、孔径及孔径分布和泡孔壁厚描述了泡沫塑料泡孔结构的三个主要特征。本文采用自由发泡和模塑发泡两种工艺,通过改变配方和工艺条件制备了不同泡孔结构的硬质聚氨酯泡沫塑料;利用二维图像分析或仪器测定方法对材料的孔径及孔径分布、泡孔壁厚和闭孔率进行了表征;进行了材料的准静态压缩性能测试和冲击性能测试。 研究了匀泡剂类型及用量、催化剂配比和搅拌速度等工艺条件对材料泡孔结构的影响,结果显示:匀泡剂用量增加一般导致孔径的降低和闭孔率的提高,但是当其用量过大时可能发生聚集行为而导致较大泡孔的出现或泡沫塌陷;三乙醇胺作为催化剂时因体系凝胶速度较慢而导致较低的闭孔率,使用三乙醇胺和辛酸亚锡复合催化剂通常导致材料的闭孔率接近100%,不同的催化剂配比导致不同的材料孔径;与化学发泡体系相比,物理发泡体系中搅拌速度对孔径的影响较为显著,随搅拌速度的增大,孔径减小。 建立了一种以泡孔结构的SEM图像为基础,由平均泡孔截面面积求材料孔径的二维图像分析方法,与平均弦长法相比该方法具有较高的准确性和可靠性。这种方法由泡孔结构图像的预处理、泡孔截面面积测量、及二维测量结果向实际三维泡孔结构参数的转换三个主要步骤构成。 研究了密度为180kg/m~3左右的RPUF的泡孔结构与力学性能之间的关系,结果表明:中高密度RPUF的压缩模量和压缩强度随孔径的增大而线性提高,冲击强度随孔径的增大而线性下降;中高密度RPUF的压缩模量和压缩强度随闭孔率的增大而提高,冲击强度随闭孔率的增大而下降。根据Smits提出的理论以及Gibson—Ashby公式对孔径、闭孔率和泡孔壁厚与RPUF压缩和冲击性能的关系进行了合理解释和预测。
论文目录:
第一章 绪论
1.1 聚氨酯泡沫塑料概述
1.1.1 聚氨酯泡沫塑料的定义和分类
1.1.2 聚氨酯泡沫塑料的发展历史
1.1.3 新型泡沫塑料
1.2 聚氨酯泡沫塑料的泡孔结构
1.2.1 泡孔结构的基本特征
1.2.2 泡孔的形状与堆积方式
1.2.3 泡孔结构参数
1.3 RPUF力学性能的特点
1.3.1 拉伸、压缩和剪切性能
1.3.2 冲击和缓冲吸能特性
1.4 RPUF泡孔结构与力学性能关系的研究现状
1.4.1 密度与力学性能的关系
1.4.2 泡孔结构各向异性与力学性能的关系
1.4.3 孔径与力学性能的关系
1.4.4 闭孔率与力学性能的关系
1.4.5 泡孔壁厚与力学性能的关系
1.5 本研究的目标和内容
第二章 RPUF泡孔结构的表征方法
2.1 泡孔结构的图像分析表征方法概述
2.1.1 泡孔结构的二维图像分析方法
2.1.2 泡孔结构的三维图像分析方法简介
2.2 孔径的二维图像分析表征方法
2.2.1 利用泡孔截面面积法进行孔径及孔径分布表征的原理推导
2.2.2 孔径表征的基本过程
2.2.2.1 二维泡孔结构图像的获取
2.2.2.2 泡孔结构图像的预处理
2.2.2.3 泡孔截面面积的测量
2.2.2.4 平均泡孔截面面积转换为泡孔孔径
2.3 孔径表征方法的可行性和表征结果的可重复性
2.3.1 表征方法的可行性
2.3.2 表征结果的可重复性
2.3.3 二维图像分析方法孔径表征的几个相关问题
2.3.3.1 制样方式
2.3.3.2 表征结果的近似性
2.4 泡孔壁厚的二维图像分析表征方法
2.5 开孔率的表征方法
2.6 本章小结
第三章 不同泡孔结构RPUF的制备
3.1 RPUF合成中发生的主要化学反应和泡孔结构形成过程
3.1.1 RPUF合成中发生的主要化学反应
3.1.2 RPUF泡孔结构的形成过程
3.2 不同泡孔结构RPUF的制备
3.2.1 原材料
3.2.2 仪器设备
3.2.3 RPUF成型工艺
3.2.4 配方和工艺条件设计
3.3 配方和工艺条件对RPUF泡孔结构的影响分析
3.3.1 匀泡剂对RPUF泡孔结构的影响
3.3.2 发泡剂对RPUF泡孔结构的影响
3.3.3 催化剂对RPUF泡孔结构的影响
3.3.4 成核剂对RPUF泡孔结构的影响
3.3.5 搅拌速度对RPUF泡孔结构的影响
3.4 本章小结
第四章 RPUF泡孔结构与力学性能的关系
4.1 RPUF的力学性能测试和数据处理方法
4.1.1 RPUF的压缩性能试验
4.1.2 RPUF的冲击性能试验
4.1.3 RPUF力学性能的数据处理方法
4.2 模塑发泡RPUF的密度和力学性能的位置依赖型
4.3 RPUF泡孔结构与力学性能的关系
4.3.1 RPUF孔径与力学性能的关系
4.3.1.1 不同催化剂配比制备的RPUF的孔径与力学性能的关系
4.3.1.2 不同匀泡剂用量制备的RPUF的孔径与力学性能的关系
4.3.2 RPUF的闭孔率与力学性能的关系
4.3.2.1 SA组样品的闭孔率与力学性能的关系
4.3.2.2 YWA组样品的闭孔率与力学性能的关系
4.3.3 泡孔壁厚与PRUF力学性能关系的理论预测
4.3.4 Smits理论和Gibson—Ashby公式的适用性
4.3.5 RPUF泡孔结构对力学性能影响的非协同性
4.4 本章小结
第五章 结束语
5.1 结论
5.2 论文的创新点
致谢
参考文献
附录
A.1Gibson—Ashby公式的推导过程
A.2 一些文中未列出的RPUF泡孔结构数据
A.3 攻读硕士学位期间参加的学术活动和发表的学术论文
发布时间: 2005-10-21
参考文献
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