·1154. 工程科学学报，第38卷，第8期 非吸能式保险杠Ⅲ，因此如何提高保险杠装置在碰 撞过程中的吸能特性，已经成为保险杠装置研制的 1试验 重要方向. 1.1试验原料与制样 聚氨酯弹性体具有相对较高的损耗因子，在受到 1.1.1试验原材料 外力冲击或振动作用时，能有效地吸收高达60%以上 空芯蜂窝铝：六边形孔，孔边长分别为1mm和 的能量，使外力有效地衰减，因此聚氨酯被广泛应用于 2mm,孔壁厚0.04mm,生产厂家为百世德利. 各种缓冲装置中2.如果将聚氨酯弹性体作为吸能 聚氨酯(PU):品牌为德克，牌号PUH166,100%聚 缓冲元件用在汽车保险杠中，能有效地吸收汽车碰撞 氨酯，高弹强，黏结力强 过程的能量网.但是，聚氨酯仍具有以下问题：(1)体 1.1.2聚氨酯/蜂窝铝复合材料的制备 积不可压缩性，横向变形较大，且汽车碰撞时方向也具 将单组份聚氨酯注入到空芯蜂窝铝中，直至蜂窝 有不确定性，容易使汽车碰撞后回弹方向不确定，大大 铝孔隙被注满，常温固化24小时 增加发生交通事故的风险；(2)变形回复率较高使得 1.2试验方法 汽车在接触完缓冲装置后又以一定的速度被回弹出 采用电子万能试验机（美特斯工业系统中国公 去，容易造成汽车的二次损伤.因此，如果单纯用聚氨 司，型号CMT4000)对试样进行单轴压缩试验，按照国 酯作汽车保险杠的缓冲吸能构件就有很多局限性.为 家标准GBT1041一2008进行，试验速度设置为2、20 了改进上述不足并进一步提高聚氨酯的缓冲吸能特 和50 mm'min,最大施加载荷为l0kN. 性，我们以聚氨酯为基体材料，采用具有格栅结构 和优良吸能特性的薄壁空芯蜂窝铝-☒作为改性材 2试验结果及分析 料，形成聚氨酯/蜂窝铝复合材料四，用空芯蜂窝铝来 2.1聚氨酯/蜂窝铝复合材料的压缩力学行为 改善聚氨酯的体积不可压缩性，降低变性回复率并提 本文对聚氨酯、蜂窝铝和聚氨酯/蜂窝铝复合材料 高其缓冲吸能性能，为研制具有更好缓冲吸能性能 进行静态压缩试验.图1为压前的试样和压缩受力示 的汽车保险杠提供参考 意图. (a b) 0 10 mm 图1压缩试件.(a)空芯蜂窝铝：(b)聚氨酯填充蜂窝铝：(c)试件尺寸及受力示意图（长10mm,宽10mm,高5mm) Fig.1 Compression specimens:(a)hollow aluminum honeycomb:(b)aluminum honeycomb filled with polyurethane:(c)specimen size and force (length 10 mm,width 10 mm,and height 5 mm) 图1为压缩前空芯蜂窝铝和聚氨酯/蜂窝铝复合 力一应变曲线.由图2可见，(1)空芯蜂窝铝的屈服平 材料的试件.由图1(b)可见，聚氨酯均匀的填充在蜂 台非常低，即在非常小的应力下空芯蜂窝铝就发生结 窝铝的孔隙中，蜂窝铝孔隙被聚氨酯填充满后蜂窝铝 构屈服，当应变达到0.62左右时开始发生结构强化， 胞壁仍保持纵向竖直状态. 既达到压实阶段一，因此整个压缩过程蜂窝铝的吸 图2为空芯蜂窝铝、聚氨酯、聚氨酯/蜂窝铝的应 收能7-很少：(2)纯聚氨酯的应力一应变呈现明显的工程科学学报，第 38 卷，第 8 期 非吸能式保险杠［1］，因此如何提高保险杠装置在碰 撞过程中的吸能特性，已经成为保险杠装置研制的 重要方向． 聚氨酯弹性体具有相对较高的损耗因子，在受到 外力冲击或振动作用时，能有效地吸收高达 60% 以上 的能量，使外力有效地衰减，因此聚氨酯被广泛应用于 各种缓冲装置中［2--5］． 如果将聚氨酯弹性体作为吸能 缓冲元件用在汽车保险杠中，能有效地吸收汽车碰撞 过程的能量［6］． 但是，聚氨酯仍具有以下问题: ( 1) 体 积不可压缩性，横向变形较大，且汽车碰撞时方向也具 有不确定性，容易使汽车碰撞后回弹方向不确定，大大 增加发生交通事故的风险; ( 2) 变形回复率较高使得 汽车在接触完缓冲装置后又以一定的速度被回弹出 去，容易造成汽车的二次损伤． 因此，如果单纯用聚氨 酯作汽车保险杠的缓冲吸能构件就有很多局限性． 为 了改进上述不足并进一步提高聚氨酯的缓冲吸能特 性，我们以聚氨酯为基体材料，采用具有格栅结构［7--8］ 和优良吸能特性的薄壁空芯蜂窝铝［9--12］作为改性材 料，形成聚氨酯/蜂窝铝复合材料［13］，用空芯蜂窝铝来 改善聚氨酯的体积不可压缩性，降低变性回复率并提 高其缓冲吸能性能［14］，为研制具有更好缓冲吸能性能 的汽车保险杠提供参考． 1 试验 1. 1 试验原料与制样 1. 1. 1 试验原材料 空芯蜂窝 铝: 六 边 形 孔，孔 边 长 分 别 为 1 mm 和 2 mm，孔壁厚 0. 04 mm，生产厂家为百世德利． 聚氨酯( PU) : 品牌为德克，牌号 PU-1166，100% 聚 氨酯，高弹强，黏结力强． 1. 1. 2 聚氨酯/蜂窝铝复合材料的制备 将单组份聚氨酯注入到空芯蜂窝铝中，直至蜂窝 铝孔隙被注满，常温固化 24 小时． 1. 2 试验方法 采用电子万能试验机( 美特斯工业系统中国公 司，型号 CMT4000) 对试样进行单轴压缩试验，按照国 家标准 GBT 1041—2008 进行，试验速度设置为 2、20 和 50 mm·min － 1，最大施加载荷为 10 kN． 2 试验结果及分析 2. 1 聚氨酯/蜂窝铝复合材料的压缩力学行为 本文对聚氨酯、蜂窝铝和聚氨酯/蜂窝铝复合材料 进行静态压缩试验． 图 1 为压前的试样和压缩受力示 意图． 图 1 压缩试件． ( a) 空芯蜂窝铝; ( b) 聚氨酯填充蜂窝铝; ( c) 试件尺寸及受力示意图( 长 10 mm，宽 10 mm，高 5 mm) Fig． 1 Compression specimens: ( a) hollow aluminum honeycomb; ( b) aluminum honeycomb filled with polyurethane; ( c) specimen size and force ( length 10 mm，width 10 mm，and height 5 mm) 图 1 为压缩前空芯蜂窝铝和聚氨酯/蜂窝铝复合 材料的试件． 由图 1( b) 可见，聚氨酯均匀的填充在蜂 窝铝的孔隙中，蜂窝铝孔隙被聚氨酯填充满后蜂窝铝 胞壁仍保持纵向竖直状态． 图 2 为空芯蜂窝铝、聚氨酯、聚氨酯/蜂窝铝的应 力--应变曲线． 由图 2 可见，( 1) 空芯蜂窝铝的屈服平 台非常低，即在非常小的应力下空芯蜂窝铝就发生结 构屈服，当应变达到 0. 62 左右时开始发生结构强化， 既达到压实阶段［15--16］，因此整个压缩过程蜂窝铝的吸 收能［17--18］很少; ( 2) 纯聚氨酯的应力--应变呈现明显的 · 4511 ·