● 摘要
轻量化是复合材料发展的重要趋势，夹层结构以其质量轻、刚度高的特性得到了结构设计者与材料工作者的高度重视，在国防和国民经济各领域得到了广泛应用。针对传统夹层结构的不足，开发了许多新型轻质夹层结构，间隔连体织物复合材料即为其中之一。本文研究在该织物复合材料中填充泡沫塑料形成间隔连体织物泡沫夹层结构，该结构与未填充间隔连体织物复合材料相比具有更加优异的力学性能及功能特性。该材料具有广阔的应用前景。本文首先考察了聚氨酯泡沫填充工艺的影响因素，包括气压辅助、原料液温度和泡沫注射方向等，确定了间隔连体织物聚氨酯泡沫夹层结构复合材料制备工艺方法。在此基础上，考察了间隔连体织物泡沫夹层结构复合材料的力学特性和不同载荷下的破坏模式，分析了纤维芯柱和泡沫材料的协同作用；研究了芯柱高度、泡沫密度等因素对填充效果的影响，考察了填充泡沫前后冲击特性的变化规律。同时，根据实际应用需求对间隔连体织物泡沫夹层结构复合材料的隔热与阻燃功能进行了研究。研究结果表明：间隔连体织物泡沫夹层结构复合材料在平压载荷作用下发生芯柱断裂破坏；剪切载荷作用下发生面板/芯子结合处破坏；侧压和弯曲载荷作用下发生芯子剪切破坏导致材料最终失效。承受平压载荷时，间隔连体织物泡沫夹层结构的芯柱与泡沫具有协同效应。间隔连体织物复合材料及其泡沫夹层结构在泡沫密度一定时，平压强度和剪切强度随芯柱高度的增加均有不同程度的降低，且与未填充间隔连体织物复合材料相比，填充后随芯柱高度的增加平压强度和剪切强度降低幅度明显减小；当芯柱高度一定时夹层结构的平压强度随泡沫密度的增加规律呈近似指数形式。相同能量下，填充泡沫后冲击破坏面积小于未填充间隔连体织物复合材料，表现出很好吸能效果。泡沫填充使间隔连体织物复合材料的热导率降低。研究结果对该类夹层结构材料的进一步研究及开发应用具有重要实际价值。