閉孔泡沫鋁的導(dǎo)熱性能

為更全面地反映閉孔泡沫鋁材料的吸聲降噪能力,從密度、厚度、背后空腔深度、打孔率幾個(gè)方面,對(duì)閉孔泡沫鋁材料的吸聲性能進(jìn)行研究.改變以往單純用吸聲系數(shù)的峰值表征的方法,而是用吸聲系數(shù)的峰值、降噪系數(shù)、半峰寬3個(gè)指標(biāo)來評(píng)價(jià)閉孔泡沫鋁材料的吸聲性能.通過駐波管法測(cè)試吸聲系數(shù),用origin軟件進(jìn)行吸聲曲線的分析,建立一次函數(shù).結(jié)果表明:在以往研究中個(gè)別吸聲系數(shù)的峰值較高的樣品,整體吸聲效果不佳;而一些吸聲系數(shù)的峰值處于中等水平的卻具有較好的整體吸聲效果,因此更適合于在實(shí)際應(yīng)用中用于吸聲結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì).

利用高速氣槍研究了面板為銅板的泡沫塑料芯體夾層板在不同沖擊速度下的抗侵徹性能.研究表明:隨著面板厚度和泡沫塑料芯體密度的增加,試樣的抗侵徹性能逐步增強(qiáng),在泡沫塑料芯體夾層板中應(yīng)力波傳導(dǎo)的時(shí)間也逐步增長(zhǎng).

閉孔泡沫鋁板具有一定的吸聲性能,對(duì)閉孔泡沫鋁板進(jìn)行打孔處理后,其吸聲效果顯著提高。使用駐波管法測(cè)試不同打孔率以及在泡沫鋁板背后設(shè)置不同厚度空腔時(shí)吸聲系數(shù)和吸聲頻率的變化。測(cè)量結(jié)果表明:以適當(dāng)?shù)拇蚩茁蚀蚩缀?吸聲系數(shù)提高30%左右,打孔率過高,吸聲系數(shù)反而降低;隨著在泡沫鋁吸聲板后設(shè)置的空腔厚度的增加,吸聲峰值向低頻偏移?？赏ㄟ^改變打孔率和背后空腔深度來設(shè)計(jì)用于降噪的閉孔泡沫鋁吸聲結(jié)構(gòu)。

綜述了近年來對(duì)閉孔泡沫塑料,主要是發(fā)泡聚烯烴的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系研究的進(jìn)展。總結(jié)了有關(guān)泡沫塑料的常見結(jié)構(gòu)模型以及性能結(jié)構(gòu)關(guān)系的解析式表達(dá),并介紹了常見表征泡沫塑料結(jié)構(gòu)、性能的方法以及近年來出現(xiàn)的新的表征手段。文章討論了近年來研究塑料泡沫結(jié)構(gòu)與性能尤其是力學(xué)性能之間關(guān)系的新結(jié)果、新進(jìn)展,并對(duì)研究進(jìn)行了展望。

為改變高速路兩側(cè)噪聲污染嚴(yán)重,為設(shè)計(jì)性能更加優(yōu)越的公路聲屏障,結(jié)合沈陽市東西快速干道高架橋聲屏障建設(shè)的工程要求,設(shè)計(jì)閉孔泡沫鋁材的吸聲共振型聲屏障。使用噪聲頻譜分析儀實(shí)地測(cè)量噪聲污染情況,利用駐波管法測(cè)試打孔閉孔泡沫鋁板的吸聲系數(shù)值。設(shè)計(jì)的聲屏障主要吸聲結(jié)構(gòu)為密度0.3g/cm3,厚度10mm,打孔率3%的閉孔泡沫鋁吸聲板,背后設(shè)置30mm厚空腔,其吸聲特性為:吸聲主頻率為300~400hz,對(duì)500hz以下的低頻噪聲吸聲率可達(dá)到60%~90%。

為考查閉孔泡沫鋁材料的靜、動(dòng)態(tài)力學(xué)性能,運(yùn)用萬能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)及分離式霍布金森壓桿(shpb)系統(tǒng),對(duì)閉孔泡沫鋁準(zhǔn)靜態(tài)及動(dòng)態(tài)力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)研究。分析密度對(duì)泡沫鋁準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能的影響情況,對(duì)比準(zhǔn)靜態(tài)與動(dòng)態(tài)條件下閉孔泡沫鋁材料力學(xué)性能的差異,并討論泡沫鋁動(dòng)態(tài)測(cè)試過程中的一些注意事項(xiàng)。結(jié)果表明:此種閉孔泡沫鋁材料的靜、動(dòng)態(tài)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線均具有明顯的彈性段、應(yīng)力平臺(tái)段及壓實(shí)段的3階段特征。準(zhǔn)靜態(tài)條件下,應(yīng)力平臺(tái)隨著密度的增大而相應(yīng)增大;閉孔泡沫鋁的動(dòng)態(tài)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系具有較為明顯的應(yīng)變率效應(yīng)。動(dòng)態(tài)試驗(yàn)中應(yīng)變片、數(shù)據(jù)處理方法及入射波形均會(huì)影響泡沫鋁動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的試驗(yàn)結(jié)果。泡沫鋁孔洞的分批塌陷導(dǎo)致應(yīng)力應(yīng)變曲線出現(xiàn)明顯波動(dòng)現(xiàn)象。

應(yīng)用分離式霍普金壓桿(shpb)技術(shù),對(duì)閉孔泡沫鋁、單面粘貼鋼板的泡沫鋁和泡沫鋁芯體的鋼夾芯板動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行了研究,并對(duì)不同應(yīng)變率下泡沫鋁芯體的鋼夾芯板動(dòng)態(tài)力學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試分析。在實(shí)驗(yàn)中,分別采用入射波形整形技術(shù)和半導(dǎo)體應(yīng)變片測(cè)試技術(shù),得到了較好的入射波和透射波,并給出了泡沫鋁夾芯板的動(dòng)態(tài)應(yīng)力應(yīng)變曲線。從測(cè)試結(jié)果中可以看出泡沫鋁夾芯板性能優(yōu)越,具有"三階段"特征和應(yīng)變率效應(yīng)。

利用熔體發(fā)泡技術(shù)制備不同孔徑和氣孔率的泡沫鋁,對(duì)不同氣孔率的原始狀態(tài)泡沫鋁以及孔徑為1.1mm的穿孔泡沫鋁的吸聲性能進(jìn)行研究。結(jié)果表明:未設(shè)置背腔時(shí),原始狀態(tài)泡沫鋁的吸聲性能不高,設(shè)置背腔后,由于泡沫鋁中所含通透結(jié)構(gòu)的作用,泡沫鋁的吸聲性能明顯提高;穿孔泡沫鋁的穿孔率在0.5%～1.0%范圍,設(shè)置60～80mm背腔時(shí)可使降噪系數(shù)超過0.42,比原始狀態(tài)泡沫鋁不設(shè)置背腔時(shí)的降噪系數(shù)高2倍左右;穿孔泡沫鋁設(shè)置背腔后的吸聲特性符合helmholtz共振吸聲的規(guī)律,但受到穿孔結(jié)構(gòu)、泡沫鋁原本存在的缺陷組成的通透結(jié)構(gòu)和氣泡孔在穿孔過程中被打開的小開口等因素的影響。

基于對(duì)閉孔泡沫鋁發(fā)泡過程更為合理的假設(shè),提出了描述胞體結(jié)構(gòu)的改進(jìn)的十四面體模型,使之可以反映密度增大時(shí)質(zhì)量集中于支柱和頂點(diǎn)的情況。采用有限元方法及耦合邊界條件,研究了閉孔泡沫鋁的相對(duì)彈性模量、泊松比等彈性特征與胞體參數(shù)的關(guān)系,給出了擬合的彈性模量的計(jì)算公式,并對(duì)模型在彈性壓縮變形下應(yīng)力分布進(jìn)行了分析。通過與已有模型的比較表明,改進(jìn)模型可以較好地模擬閉孔泡沫鋁材料的彈性性能。

對(duì)采用熔體發(fā)泡法制造的不同密度泡沫鋁進(jìn)行了準(zhǔn)靜態(tài)壓縮試驗(yàn)、拉伸試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)。結(jié)果表明,泡沫鋁的壓縮特性曲線包括線彈性變形區(qū)、平臺(tái)區(qū)和密實(shí)化區(qū)。試樣的高寬比h/d明顯影響壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線。當(dāng)h/d較小時(shí),平臺(tái)應(yīng)力曲線較平滑;當(dāng)h/d較大時(shí),平臺(tái)應(yīng)力曲線劇烈波動(dòng),呈顯著的鋸齒狀。且在試樣中間部位出現(xiàn)與加載軸線呈25°—45°的剪切帶。拉伸和彎曲過程中,泡沫鋁應(yīng)力快速增加,當(dāng)達(dá)到應(yīng)力峰值即屈服點(diǎn)后急劇減小,在最終破斷失效前,沒有明顯的屈服變形帶。壓縮坪應(yīng)力rpl、拉伸屈服應(yīng)力ruts和冷彎屈服應(yīng)力rf隨密度的增加而增加。

具有微細(xì)孔(孔徑小于0.1mm)的泡沫鋁合金在高速高壓沖擊下會(huì)發(fā)生霧化爆炸現(xiàn)象,可以對(duì)破甲彈產(chǎn)生攔截作用,從而具有抗彈性能。利用滲流法成功制備了孔徑小于0.1mm的泡沫鋁合金。在制備過程中,利用飽和鹽水混勻鹽粒,預(yù)熱時(shí)采用逐步升溫的方式和改善澆注參數(shù),得到了孔徑小于0.1mm的結(jié)構(gòu)完整的泡沫鋁試樣。清理工藝對(duì)于微孔結(jié)構(gòu)泡沫鋁非常重要,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明采用流水沖刷和熱水浸泡的方式可以使得鹽粒盡快溶出,防止泡沫鋁的腐蝕。

對(duì)泡沫鋁合金部分填充方形鋁管三點(diǎn)彎曲性能進(jìn)行研究。研究發(fā)現(xiàn):泡沫鋁部分填充管承受的彎曲載荷和吸收的能量與空鋁管相比有顯著的提高,變形模式從單褶皺模式變?yōu)槎囫薨櫮Ｊ?泡沫鋁部分填充管承載能力和能量吸收能力隨著泡沫鋁孔隙率的減少而提高,但是達(dá)到極限載荷的位移變短;與全填充管相比,泡沫鋁部分填充管仍然可以承受較高的載荷,同時(shí)有效降低結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量,只有當(dāng)填充長(zhǎng)度大于有效填充長(zhǎng)度時(shí),泡沫鋁提高鋁管承載能力的作用才能充分發(fā)揮;部分填充管對(duì)空鋁管的彎曲載荷相對(duì)提高量隨鋁管壁厚減小而增大。

利用直接冶金結(jié)合方法,研究了鋁及鋁合金覆板的厚度及復(fù)合溫度與時(shí)間對(duì)閉孔泡沫鋁夾心三明治與覆板結(jié)合層厚度的影響.利用金相顯微鏡觀察了泡沫鋁夾心與覆板結(jié)合界面的微觀組織,并測(cè)量了結(jié)合界面的擴(kuò)散層厚度和顯微硬度.研究結(jié)果表明,鋁熔體與純鋁和鋁合金覆板復(fù)合溫度越高,復(fù)合時(shí)間越長(zhǎng),他們之間的擴(kuò)散層厚度越大;當(dāng)純鋁板的預(yù)熱溫度為400~450℃,復(fù)合速度為53.9~74.4mm/min時(shí),泡沫鋁夾芯與純鋁板形成良好冶金結(jié)合,復(fù)合界面的互擴(kuò)散層厚度為39~44μm;當(dāng)鋁合金覆板的預(yù)熱溫度為240℃,復(fù)合速度為58.3mm/min時(shí),制備鋁合金覆板泡沫鋁三明治所需的鋁合金板最小厚度應(yīng)為7.9mm.

以靜態(tài)條件下閉孔泡沫鋁的空氣發(fā)泡過程為研究對(duì)象,在聚乙烯醇水溶液中進(jìn)行模擬研究.通過改變?nèi)肷鋲嚎s空氣的流量、壓力,液體的粘度,出氣孔的直徑、數(shù)量、出氣孔表面距液體表面的距離等實(shí)驗(yàn)條件,建立靜態(tài)條件下液體表面氣泡直徑的預(yù)測(cè)模型,以便對(duì)鋁熔體的泡沫特性和閉孔泡沫鋁的胞直徑進(jìn)行科學(xué)有效的控制.在靜態(tài)水模擬實(shí)驗(yàn)條件下獲得了液體表面氣泡直徑預(yù)測(cè)模型.當(dāng)入射空氣的壓強(qiáng)、氣流量,液面高度,出氣孔直徑增大時(shí),氣泡直徑隨之增大;當(dāng)出氣孔數(shù)量,液體粘度增大時(shí),氣泡直徑減小,表面張力對(duì)氣泡直徑的影響可以忽略不計(jì);靜態(tài)條件下液體表面氣泡直徑的預(yù)測(cè)值和實(shí)驗(yàn)測(cè)量值符合得較好,相對(duì)誤差分布在-5.04%~6.32%之間.

制備了3種特殊孔結(jié)構(gòu)的al-si12泡沫鋁,并研究了特殊孔結(jié)構(gòu)對(duì)泡沫鋁吸聲吸能的影響。結(jié)果表明,與常規(guī)單一孔結(jié)構(gòu)泡沫鋁相比,特殊孔結(jié)構(gòu)泡沫鋁在高頻區(qū)和低頻區(qū)的吸聲效果較強(qiáng),而在中頻區(qū)吸聲效果相對(duì)較差。對(duì)于層狀周期孔結(jié)構(gòu)、層狀梯度孔結(jié)構(gòu)和寬孔徑范圍孔結(jié)構(gòu)的泡沫鋁,層狀周期和層狀梯度的層數(shù)越多或孔隙率越大,其吸聲吸能越好。

在閉孔泡沫鋁合金壓縮試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,研究了其壓縮力學(xué)性能和吸能能力,提出可供工程使用的多孔泡沫金屬吸能能力公式,為其工程應(yīng)用提供理論支持。

采用發(fā)泡法,以廢石膏為發(fā)泡劑,通過干壓成型工藝制備出了中鋁質(zhì)閉孔泡沫陶瓷磚。主要探討了助燒熔劑和燒成制度等因素對(duì)閉孔泡沫陶瓷磚性能的影響。采用真空密度儀、萬能測(cè)試機(jī)、導(dǎo)熱儀分別測(cè)試了樣品的真密度、抗壓強(qiáng)度、導(dǎo)熱系數(shù),采用排水法測(cè)量了樣品的體積密度、閉孔氣孔率,通過sem分析了樣品的閉孔分布。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:樣品的真密度為2.691g/cm3,體積密度為1.324g/cm3,抗壓強(qiáng)度為4.82mpa,熱導(dǎo)率為0.173w/(m.k),閉孔氣孔率為57.2%,,樣品內(nèi)閉孔分布均勻。

采用復(fù)合軋制的方法,即將帶有發(fā)泡劑的混合粉末置于兩鋁面板之間進(jìn)行復(fù)合軋制使之成為預(yù)制發(fā)泡體,然后再在爐中發(fā)泡的方法,制備界面為冶金結(jié)合的泡沫鋁夾芯板,通過擺錘沖擊實(shí)驗(yàn),研究界面為冶金結(jié)合的泡沫鋁夾芯板與膠接夾芯板的沖擊性能的區(qū)別。結(jié)果表明,膠接界面沖擊后發(fā)生開裂,冶金結(jié)合的界面沖擊后并沒有發(fā)生開裂現(xiàn)象,界面為冶金結(jié)合的泡沫鋁夾芯板的抗沖擊性要比膠接的好。冶金結(jié)合界面夾芯板,孔隙率較大的抗沖擊性比孔隙率較小的好。

隨著地鐵列車的發(fā)展,車輛的速度不斷提升,客室內(nèi)部空間不斷要求加大,為滿足高速轉(zhuǎn)向架1、2系懸掛裝置空間的需求,保證客室地板高度的統(tǒng)一及底架結(jié)構(gòu)的延續(xù),減薄地板結(jié)構(gòu)成為一項(xiàng)新的課題。泡沫鋁地板是一種新型薄地板,具有良好的隔聲和減震性能。文章研究該新型地板能否滿足城軌地鐵車輛運(yùn)營及反復(fù)的載荷變化要求,進(jìn)行相關(guān)測(cè)試。

采用先進(jìn)孔形態(tài)(apm)泡沫鋁單元為芯體材料,以方形鋁管為面板材料制備了復(fù)合方管,然后進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)壓縮試驗(yàn),并與傳統(tǒng)方法制備的泡沫鋁以及填充方管進(jìn)行了比較。結(jié)果表明:apm泡沫鋁單元與傳統(tǒng)泡沫鋁、apm泡沫鋁單元填充方管與傳統(tǒng)泡沫鋁填充方管的壓縮性能差別不大;apm泡沫鋁單元與鋁方管的相互作用顯著提高了填充方管的壓縮性能,并改變了其壓縮變形方式,可用于制備復(fù)雜結(jié)構(gòu)的泡沫鋁夾層結(jié)構(gòu)材料。

提出粉末致密化方法:將粉末放在待連接的兩金屬板之間進(jìn)行軋制連接,然后直接在爐中進(jìn)行發(fā)泡的方法·這種方法既克服了粘結(jié)劑連接的缺點(diǎn),達(dá)到了冶金結(jié)合的目的;又使工藝過程縮短,節(jié)約了能源·對(duì)泡沫孔的形貌特征進(jìn)行了研究,并對(duì)孔壁上鈦的富集和皺褶進(jìn)行了分析·研究表明,采用粉末與鋼板軋制工藝可以成功地制備出鋼面板泡沫鋁夾心結(jié)構(gòu);發(fā)泡過程中孔的合并以及微孔的產(chǎn)生是影響孔結(jié)構(gòu)的重要因素;鈦顆粒在孔壁上的富集對(duì)孔的穩(wěn)定性起到了一定的積極作用;凝固過程中孔壁上產(chǎn)生了彎曲和皺褶現(xiàn)象,所以對(duì)凝固過程的控制也是很重要的·