对于缓冲材料的研究,国内外的学者已经开展了许多年,得到了许多研究成果,例如金属材料、塑料材料、纸质材料等。
泡沫金属材料,是指内部有大量泡孔(一般孔隙率>0.4)的一类金属材料。从结构上来分,泡沫金属分闭孔和开孔两种,前者含有大量独立存在的泡孔,而后者则是连续贯通的三文多孔结构。这类材料除了拥有强度高、韧性大、导热性、可焊性和导电性等金属基体的优良特性外,还具有渗透性、电磁屏蔽和消声减震等离散相气孔的特性[4]。从1995年开始,美国国防高等研究署(DARPA)和海军研究局(ONR)共同资助剑桥大学、哈佛大学和麻省理工学院主持有关超轻金属结构的大型项目,主要研究泡沫金属的制备性能及其应用[5]。其近年来又提供大量资金支持点阵材料(lattice material)的研发。德国在1999年也启动了一个有关泡沫金属材料的大型研究项目,其侧重于在汽车行业中的应用。在我国,也逐步重视和发展超轻泡沫金属材料的基础研究,目前中科院固体物理研究所、东南大学等己经掌握了多种泡沫金属的制造工艺,并成功制造了不同泡孔尺寸和孔隙率的泡沫金属。宁波、上海、淮北等都有生产泡沫金属的公司在生产不同规格的泡沫金属产品。28473
泡沫塑料材料一般为合成树脂,是一种人造多胞材料,也是一种应用广泛的高分子材料。具有相对密度低、比模量高、比强度大等重要特性,因而是一种理想的轻质结构材料。另外,这种材料具有良好的减振和吸能能力,因而使它成为优良的防护材料。经过发泡处理,可以形成不同性能的泡沫塑料,主要有发泡聚苯乙烯(EPS)、发泡聚乙烯(EPE)、乙烯一醋酸乙烯共聚物橡塑(EVA)、聚氨酯(PU)、发泡聚丙烯(EPP)等发泡塑料和气垫塑料薄膜。国内外对于泡沫塑料已经进行了许多研究,主要有胞体结构参数对泡沫塑料模量和强度性质的影响(如Matonis根据立方板结构模型,并考虑不同的变形机制得到的闭孔泡沫塑料杨氏模量和屈服强度的预测公式,卢子兴基于自洽模型研究了高密度泡沫塑料单轴加载下的力学性能)、应变率和温度对泡沫塑料力学性能的影响(如Burchett通过实验研究了硬质聚氨酯泡沫塑料的应变率和温度效应,吴用舒等人利用普通的动态材料试验机研究了硬质聚氨酯泡沫塑料的动态压缩性能)、泡沫塑料缓冲性能及能量吸收问题的研究(如Rusch提出用3个无量纲量来描述材料的吸能特性,赵隆威等人研究了聚苯乙烯泡沫塑料的静、动态缓冲特性,绘制了一系列缓冲曲线图)、泡沫塑料应力-应变关系的研究(如Gent和Thomas根据“纯梁模型”最先提出了材料压缩的应力-应变关系,卢子兴研究了基体为非线性材料时的高密度泡沫塑料的本构关系)、泡沫塑料疲劳和断裂力学行为的研究(如Whittaker将描述硫化橡胶失效性质的撕裂能理论用于多孔聚氨酯的切口增长和疲劳性质的讨论)。论文网
纸质材料因成型性好、缓冲性能优良、质轻价廉、绿色环保等特点而广泛应用于包装产品中,而蜂窝纸板和瓦楞纸板是目前使用最多的两种材料。对于蜂窝纸板,国内学者多从结构形式、几何参数和实验条件等方面入手,实验研究蜂窝胞元变长、胞壁厚度、孔径比、蜂窝纸板厚度、温湿度和预压缩等因素对蜂窝纸板承载能力和缓冲特性的影响。王冬梅认为蜂窝胞元的胞壁厚跨比是影响蜂窝纸板能量吸收能力的关键因素。国外对蜂窝纸板研究较少,对其他材质和构型的蜂窝夹层板研究较多,且以理论为主,其中,Gibson对等壁厚正751边形蜂窝结构的系统研究堪称该领域的经典。对于瓦楞纸板,目前研究较多的结构形式有多层瓦楞纸板、双拱瓦楞纸板、X-PLY型组合瓦楞纸板和瓦楞复合板。研究成果有许文才对多层瓦楞纸板的静动态缓冲特性研究、Aboura研究瓦楞纸板几何参数对面内弹性常数的影响规律……
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