陈亚楠等：玻璃微珠、橡胶粉末填充聚丙烯复合材料吸能特性 ·1501· 50 聚丙烯 聚丙烯 玻璃微珠/聚丙烯 40 ”一一一一一粉末丁腈橡胶/聚丙烯 …空心玻璃微珠/聚丙烯 0.8 一一一一一粉木]睛橡胶/聚丙烯 日30 0.6 20F 0.4 10F 02 10 20 30 时间/ 20 40 60 80 100 应力/MP 图4材料的吸收能一时间曲线 图7材料的理想吸能效率一应力曲线 Fig.4 Absorbed energy-time curves of the studied materials Fig.7 Ideal energy-absorption efficiency-stress curves of the studied materials 一聚丙烯 …空心玻璃微珠/聚丙烯 观察图5，在恒定应变的试验条件下加载，材料的吸收 一一一一一粉末丁睛橡胶/聚丙给 能都是随应力的增加逐渐增加.在应力达到40MPa 之前（对应图3中应力一-应变曲线的弹性阶段），三种 体系几乎没有差别，说明填充粒子在弹性阶段对吸收 20 能的影响很小，吸能方式主要以基体的变形为主.当 应力在40~80MPa范围时（对应图3中应力-应变曲 线的屈服阶段)，应变能趋势发生明显的分化，粉末丁 10 腈橡胶/聚丙烯材料在同样的应力条件下可吸收更多 的能量，空心玻璃微珠/聚丙烯与聚丙烯没有较大差 异，橡胶粒子的变形在屈服阶段发挥重要作用.相应 20 40 0 80 100 应力/MPa 地，在达到同一吸收能状态时，粉末丁腈橡胶/聚丙烯 图5材料的吸收能一应力曲线 的压缩应力明显小于聚丙烯和空心玻璃微珠/聚丙烯. Fig.5 Absorbed energystress curves of the studied materials 意味着在吸收相同的能量时，加入橡胶可以减缓并减 弱应力响应，作为防撞材料减少对外来物的破坏程度 0.5 材料的吸能效率随应力的变化趋势如图6所示， 一聚丙烯 与图5的应变能一应力曲线趋势大体一致.在屈服阶 …空心玻璃微珠聚丙烯 0.4 一一一粉末丁睛橡胶/聚丙烯 段，粉末丁腈橡胶/聚丙烯的吸能效率明显高于相同应 力水平下的聚丙烯和空心玻璃微珠/聚丙烯，因为橡胶 0.3 粉末的大量变形使得材料在相对较小的应力状态下就 产生较高的吸能效率.粉末丁腈橡胶/聚丙烯在应力 02 达到100MPa时趋于平缓，此时聚丙烯和空心玻璃微 珠/聚丙烯还在处于上升阶段，之后有趋于平缓的趋 势，说明偏柔韧性的粉末丁腈橡胶/聚丙烯体系比偏刚 性的聚丙烯和空心玻璃微珠/聚丙烯体系在达到最大 吸能效率时的应力要小.这与Mlz等研究用韧性和 1 20 0 60 80 100 刚性材料分别填充泡沫铝的结果一致.在确定吸能产 减力/Pa 品的设计应力时，空心玻璃微珠/聚丙烯材料应该高于 图6材料的吸能效率一应力曲线 粉末丁腈橡胶/聚丙烯 Fig.6 Energy-absorption efficiency-stress curves of the studied ma- 图7所示的吸能效率应力曲线表明：在弹性变形 terials陈亚楠等: 玻璃微珠、橡胶粉末填充聚丙烯复合材料吸能特性 图 4 材料的吸收能--时间曲线 Fig． 4 Absorbed energy--time curves of the studied materials 图 5 材料的吸收能--应力曲线 Fig． 5 Absorbed energy--stress curves of the studied materials 图 6 材料的吸能效率--应力曲线 Fig． 6 Energy-absorption efficiency--stress curves of the studied ma￾terials 图 7 材料的理想吸能效率--应力曲线 Fig． 7 Ideal energy-absorption efficiency--stress curves of the studied materials 观察图 5，在恒定应变的试验条件下加载，材料的吸收 能都是随应力的增加逐渐增加． 在应力达到 40 MPa 之前( 对应图 3 中应力--应变曲线的弹性阶段) ，三种 体系几乎没有差别，说明填充粒子在弹性阶段对吸收 能的影响很小，吸能方式主要以基体的变形为主． 当 应力在 40 ～ 80 MPa 范围时( 对应图 3 中应力--应变曲 线的屈服阶段) ，应变能趋势发生明显的分化，粉末丁 腈橡胶/聚丙烯材料在同样的应力条件下可吸收更多 的能量，空心玻璃微珠/聚丙烯与聚丙烯没有较大差 异，橡胶粒子的变形在屈服阶段发挥重要作用． 相应 地，在达到同一吸收能状态时，粉末丁腈橡胶/聚丙烯 的压缩应力明显小于聚丙烯和空心玻璃微珠/聚丙烯． 意味着在吸收相同的能量时，加入橡胶可以减缓并减 弱应力响应，作为防撞材料减少对外来物的破坏程度． 材料的吸能效率随应力的变化趋势如图 6 所示， 与图 5 的应变能--应力曲线趋势大体一致． 在屈服阶 段，粉末丁腈橡胶/聚丙烯的吸能效率明显高于相同应 力水平下的聚丙烯和空心玻璃微珠/聚丙烯，因为橡胶 粉末的大量变形使得材料在相对较小的应力状态下就 产生较高的吸能效率． 粉末丁腈橡胶/聚丙烯在应力 达到 100 MPa 时趋于平缓，此时聚丙烯和空心玻璃微 珠/聚丙烯还在处于上升阶段，之后有趋于平缓的趋 势，说明偏柔韧性的粉末丁腈橡胶/聚丙烯体系比偏刚 性的聚丙烯和空心玻璃微珠/聚丙烯体系在达到最大 吸能效率时的应力要小． 这与 Miltz 等研究用韧性和 刚性材料分别填充泡沫铝的结果一致． 在确定吸能产 品的设计应力时，空心玻璃微珠/聚丙烯材料应该高于 粉末丁腈橡胶/聚丙烯． 图 7 所示的吸能效率--应力曲线表明: 在弹性变形 · 1051 ·