蜂窩材料制備

編輯

一種含高溫塑料聚苯乙烯的封閉蜂窩材料的新制造方法如下：

通過化學(xué)鍍的方法在高分子粉末上鍍覆一層鎳磷合金，并進行高溫?zé)Y(jié)，得到了含高分子聚合物的金屬封閉蜂窩材料。SEM和EDS （能量色散譜）分析表明經(jīng)熱處理后聚合物仍處于封閉空間里。這種材料具有低的彈性模量和高的能量吸收性能、高的衰減系數(shù)。

封閉蜂窩材料制造過程如下：

1、在10μm聚苯乙烯上化學(xué)鍍0.46μm厚的鎳。

2、將聚苯乙烯粉末放置在8mm或16mm的小球內(nèi)，進行90℃衡壓200MPa壓縮。

3、進行真空8000℃高溫?zé)Y(jié)1h。

封閉蜂窩材料的抗壓應(yīng)力與壓應(yīng)變的關(guān)系如下圖所示，應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系具有良好的線性關(guān)系。這對應(yīng)了高能吸收性能，表明這種材料具有高能吸收特性可以用于沖擊能量的吸收。 [1] 

應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系圖

蜂窩材料變形機制

編輯

下圖表示出了六邊形的蜂窩體，到目前為止這是普遍的一種。共面剛度和強度是低的，因為該平面內(nèi)的應(yīng)力使孔壁產(chǎn)生彎曲。而異面剛度和強度則要大得多，因為它們需要孔壁的軸向伸長或壓縮。

六邊形的蜂窩體

共面變形

下圖示出了彈性蜂窩材料（橡膠）、彈塑性蜂窩材料（金屬）及彈脆性蜂窩材料（陶瓷）的壓縮和拉伸的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。

它們的形狀有著廣泛的相似性，但是原因各不相同。在壓縮時，開始全都表現(xiàn)出一個線彈性區(qū)，后面接著一個應(yīng)力近乎恒定的平臺，后進入一個應(yīng)力陡然升高區(qū)。每個區(qū)域都聯(lián)系著一個變形機制，這些機制可由對模型蜂窩體的加載和照相而得以確認(rèn)。在開始加載時，孔壁就彎曲，產(chǎn)生線彈性（當(dāng)然，只要孔壁材料本身是線彈性的）。但當(dāng)達(dá)到臨界應(yīng)力時，孔穴開始坍塌：對于彈性體材料，坍塌由孔壁的彈性屈曲所造成，故它可以恢復(fù)；對于具有塑性屈服點的材料，坍塌由彎曲邊的大力矩截面處形成塑性鉸所造成；而對于脆性材料，則是由孔壁的脆性斷裂所造成；當(dāng)然，后兩者是不可恢復(fù)的。終，當(dāng)處于高應(yīng)變時，孔穴充分坍塌以至相對孔壁發(fā)生接觸（或它們斷裂的片段堆積在一起），且進一步的變形即壓縮到孔壁材料本身。這導(dǎo)致了應(yīng)力-應(yīng)變曲線的后陡然上升部分，標(biāo)志著致密化的出現(xiàn)。

壓縮和拉伸的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

蜂窩材料相對密度的加大，增加了孔壁的相對厚度。故而，孔壁的彎曲抗力和孔穴的坍塌抗力均提高，造成較高的模量和坪應(yīng)力；且孔壁觸及較快，這就減小了致密化開始的應(yīng)變。

拉伸變形可以是不同的。孔壁一開始就出現(xiàn)彎曲，以與壓縮時同樣的斜率（故亦為同樣的模量）發(fā)生線彈性變形。但在拉伸時彈性蜂窩材料不會產(chǎn)生屈曲；而是孔壁轉(zhuǎn)向拉伸軸，剛性提高。塑性蜂窩體的表現(xiàn)方式則幾乎與其在壓縮時的一樣：形成塑性鉸，在一個近乎常數(shù)的“坪”應(yīng)力作用下，允許大的變形；僅僅是幾何上的改變引起差異，這通常是將拉伸曲線推至壓縮曲線的位置之上。脆性蜂窩體在拉伸時是猝然破壞的，這時的應(yīng)力值通常低于真正的抗壓強度。對于任何脆性固體，在拉伸時的斷裂場都是由主要的缺陷（裂紋、刻痕或損壞的孔壁群等）所控制，這種缺陷的擴展方式可由斷裂機制的方法進行計算。增加相對密度具有與壓縮時相似的效果：彈性模量、多孔固體結(jié)構(gòu)與性能塑性屈服應(yīng)力和脆性斷裂應(yīng)力都會相應(yīng)增大。

異面變形

當(dāng)沿著孔穴軸向加載時，蜂窩材料的剛性更大得多，強度也更高得多。對于異面剪切加載的蜂窩材料（像夾層鑲板中蜂窩體的彎曲加載）同樣如此。在這些情況下，初始的線彈性變形包含了孔壁本身巨大的軸向或剪切變形。在壓縮過程中，線彈性區(qū)域被屈曲（對合成橡膠是彈性的，而對金屬或剛性聚合物是塑性的）所截短，終破壞由撕裂或擠壓造成。在拉伸過程中，直到撕裂、塑性屈服或斷裂為止，蜂窩材料都是彈性的。具有一個相對密度范圍的蜂窩材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，形成了如下圖所示的一個族譜。 [2]