泡沫塑料的最大優(yōu)點是質(zhì)輕、隔熱保溫、吸音及緩沖抗震性優(yōu)良，故得到廣泛的應(yīng)用，但作為結(jié)構(gòu)材料的配套材料，還缺乏一定的強(qiáng)度和剛度。

　　纖維增強(qiáng)泡沫塑料為樹脂基體、纖維及氣體所組成的一種三相復(fù)合材料。利用玻璃纖維增強(qiáng)泡沫塑料進(jìn)入結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用，是技術(shù)領(lǐng)域的一個新趨勢，也是泡沫塑料的一個重要研究課題。以纖維增強(qiáng)泡沫塑料，使原泡沫基體的強(qiáng)度、蠕變阻尼、變形、熱扭曲溫度及其它物理性能有明顯的改善<1>。因此，很有必要對其物理機(jī)械性能拉伸破壞機(jī)理進(jìn)行探索和研究。

　　本文作者根據(jù)國內(nèi)的灌注成型的聚氨酯泡沫，利用短切玻璃纖維增強(qiáng)，考察了其物理機(jī)械性能拉伸破壞機(jī)理。

1．實     驗

      1.1．    原料

      樹脂：組合聚醚（ρ0.04/50，含發(fā)泡劑）、PAPI（均由常州向陽化工廠提供）
      玻璃纖維：中堿45 s

      1.2．    玻璃纖維的預(yù)處理

       將纖維切短為12 mm，干燥待用。

       1.3．    發(fā)泡工藝

      將預(yù)熱的PAPI和配比量的組合聚醚高速攪拌混合，然后馬上加入玻璃纖維混合，觀察有氣泡發(fā)出，發(fā)白，注入模具發(fā)泡，經(jīng)脹定、脫模和后固化，最后得到成品，即玻璃纖維增強(qiáng)聚氨酯泡沫塑料。

      1.4．    實驗樣品、儀器和測試方法

       結(jié)構(gòu)樣品乃以鋒利刀片一次切取試樣而得。
       結(jié)構(gòu)形態(tài)研究采用顯微鏡、攝影顯微鏡和折反鏡顯微鏡。材料拉伸、壓縮破壞行為的研究在自制夾具上進(jìn)行。

2．    結(jié)果和討論

      2.1．增強(qiáng)泡沫材料的拉伸特性及破壞

      隨著纖維含量增加，拉伸強(qiáng)度逐漸上升，當(dāng)纖維含量為6 wt%時，達(dá)到最大值；隨后，逐漸下降。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因與纖維在體系內(nèi)的分散狀態(tài)有關(guān)。在纖維含量低于6 wt%時，纖維可以在體系內(nèi)很好地分散，故泡沫體系的強(qiáng)度明顯提高。當(dāng)纖維含量大于6 wt%時，隨含量的增加，纖維在體系內(nèi)的分散變差，分布不均，影響增強(qiáng)強(qiáng)度，故體系強(qiáng)度反而下降。

       未增強(qiáng)泡沫體，在應(yīng)力作用下，一旦樹脂支柱斷裂，與其相連的泡壁薄膜也即刻開裂，裂紋迅速延伸到下一個樹脂柱或樹脂交點上。如同魚網(wǎng)的拉伸破壞。乃跳躍式的選擇薄弱支柱逐個破壞。

     （a）    裂紋遇小纖維發(fā)生偏向，沿應(yīng)力剪切帶擴(kuò)展；
     （b）    單纖維的脫膠拉出及帶膠拉出；
     （c）    小束纖維的帶膠拉出；
     （d）    增強(qiáng)泡沫拉伸進(jìn)的纖維斷裂。

　　增強(qiáng)泡沫體在應(yīng)力下的破壞與未增強(qiáng)的泡沫體是不同的。實驗表明：材料在應(yīng)力作用下，裂紋產(chǎn)生的難易、裂紋擴(kuò)展的速度與纖維在體系內(nèi)的存在有關(guān)。首先纖維的存在，強(qiáng)化了支柱，提高了產(chǎn)生裂紋的應(yīng)力值；其次，在裂紋產(chǎn)生后，其擴(kuò)展有兩種可能性：（1）裂紋擴(kuò)展遇到纖維或纖維束時，裂紋終止，而材料的破壞需在它薄弱環(huán)節(jié)出現(xiàn)新的裂紋；（2）裂紋遇到纖維或纖維束時，發(fā)生偏轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向平行于纖維的軸向，并順著纖維和纖維束的應(yīng)力剪切帶向前延伸或直至其端部發(fā)生如同未增強(qiáng)泡沫體的局部破壞。

鑒于上述兩種原因，材料的拉伸破壞可能有下述的四種情況：

     （1）    裂紋擴(kuò)展繞過纖維，使局部未增強(qiáng)區(qū)域破壞，從而組合為材料破壞，此時強(qiáng)度接近未增強(qiáng)的。

     （2）    裂紋與纖維方向垂直，但纖維的一端距裂紋不遠(yuǎn)，導(dǎo)致纖維的脫膠拉出。

     （3）    裂紋與纖維垂直，但距纖維兩端部均有一定距離。在此長度范圍內(nèi)，纖維與基體有一定的粘結(jié)界面，故拉伸時不致脫膠，但粘結(jié)較差或長度稍短的一端產(chǎn)生纖維或纖維束的帶膠拉出。此時，乃由于纖維周圍剪切帶上，由樹脂基體到纖維傳遞應(yīng)力的有效傳遞面積上的逐個樹脂支柱剪切破壞或數(shù)個支柱同時破壞，一直持續(xù)至纖維的帶膠拉出。

     （4）    當(dāng)裂紋垂直并相遇于纖維，且纖維兩端距裂紋均有足夠長度，且具有良好的粘結(jié)，使纖維不能發(fā)生脫膠或帶膠拉出，在應(yīng)力作用下，導(dǎo)致纖維的拉斷。

　　實際增強(qiáng)泡沫體的破壞，往往是上述幾種形式的綜合。而破壞時，以哪種形式為多，決定了增強(qiáng)效應(yīng)的優(yōu)劣。
總多，增強(qiáng)材料的拉伸破壞，伴隨有裂紋產(chǎn)生及其終止、轉(zhuǎn)移，纖維的拉出、拉斷，它是一個樹脂支柱、薄膜的變形、破壞的綜合效應(yīng)。因此，纖維對泡沫體的增強(qiáng)效果是顯而易見的。

      2.2．增強(qiáng)泡沫材料的壓縮特性及破壞

      實驗表明：增強(qiáng)泡沫塑料的壓縮破壞，主要是由支柱的彎曲、扭轉(zhuǎn)變形引起的。在應(yīng)力作用下，依次導(dǎo)致泡壁及支柱的失穩(wěn)破壞。

      纖維增強(qiáng)泡沫體的壓縮強(qiáng)度及彈性模量的提高，可以由纖維對支柱的增強(qiáng)及減弱孔變形得到滿意的解釋。實驗中的應(yīng)力應(yīng)變曲線得以清晰的表達(dá)。

3、結(jié)論

    （1)增強(qiáng)泡沫塑料的拉伸破壞，伴隨著裂紋產(chǎn)生及其終止、轉(zhuǎn)移、纖維的拉出（脫膠拉出和帶膠拉出）、拉斷。它是一個樹脂支柱、薄膜變形、破壞的綜合效應(yīng)。

    （2)增強(qiáng)泡沫塑料的壓縮破壞，主要是由支柱的彎曲、扭轉(zhuǎn)變形引起的。在應(yīng)力作用下依次導(dǎo)致泡壁及支柱的失穩(wěn)破壞。