不同夾芯結(jié)構(gòu)對(duì)鋁塑復(fù)合板性能的影響

羅靜 崔飛

摘 要： 采用兩面臨空垂直燃燒的實(shí)驗(yàn)方法以及平壓性能實(shí)驗(yàn)，對(duì)蜂窩形和梯形兩種不同芯材結(jié)構(gòu)的鋁塑復(fù)合板的隔熱保溫性能和抗平壓性能進(jìn)行研究。結(jié)果表明：兩種不同芯材結(jié)構(gòu)的鋁塑復(fù)合板的燃燒表面火焰最高溫度都在450℃以上，且梯形結(jié)構(gòu)的鋁塑復(fù)合板最高溫度比蜂窩形芯材結(jié)構(gòu)高24.7℃;而且平壓實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，蜂窩形結(jié)構(gòu)的鋁塑復(fù)合板的平均破壞載荷和平壓強(qiáng)度分別為18910 N和5.25 MPa，是梯形結(jié)構(gòu)鋁塑復(fù)合板的3.5倍。這說(shuō)明蜂窩形夾芯結(jié)構(gòu)的鋁塑復(fù)合板相比梯形結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)鋁塑復(fù)合板具有更好隔熱保溫性能和抗平壓性能。

關(guān)鍵詞： 蜂窩形結(jié)構(gòu);梯形結(jié)構(gòu);表面溫度;平壓性能

鋁塑復(fù)合板由于其質(zhì)輕、高比強(qiáng)度和隔熱阻燃等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛用于航空航天、車輛交通和民用建筑等領(lǐng)域。[1]然而隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)鋁塑復(fù)合板的應(yīng)用提出了更高的要求。因此，對(duì)鋁塑復(fù)合板的改性引起了更多研究者的重視。其中夾芯結(jié)構(gòu)改性成為提升鋁塑復(fù)合板隔熱性能以及力學(xué)性能的關(guān)鍵。[2]

本文制備了蜂窩形和梯形兩種不同夾芯結(jié)構(gòu)的鋁塑復(fù)合板，并通過(guò)兩面臨空垂直燃燒的實(shí)驗(yàn)方法以及平壓性能實(shí)驗(yàn)，探討了兩種鋁塑復(fù)合板的隔熱性能和抗平壓性能，為鋁塑復(fù)合板的應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

選用難燃級(jí)熟料芯材制備了不同芯材結(jié)構(gòu)的鋁塑復(fù)合板，首先選取尺寸為90mm×150mm×4mm規(guī)格的鋁塑復(fù)合板進(jìn)行燃燒實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)均無(wú)法完全燃燒并且點(diǎn)燃時(shí)難度較高。為了選取合適樣品，隨后選取其它規(guī)格的試樣重復(fù)實(shí)驗(yàn)，最終發(fā)現(xiàn)60mm×150mm×4mm規(guī)格的鋁塑復(fù)合板兩種芯材結(jié)構(gòu)的鋁塑復(fù)合板都可以完全燃燒，因此選作本實(shí)驗(yàn)試樣進(jìn)行燃燒實(shí)驗(yàn)。根據(jù)國(guó)際規(guī)定，對(duì)于平壓實(shí)驗(yàn)對(duì)試件尺寸要求為60mm×60mm×14mm，在進(jìn)行平壓實(shí)驗(yàn)中以此為標(biāo)準(zhǔn)。

燃燒實(shí)驗(yàn)平臺(tái)自行設(shè)計(jì)，由外框架、接物盒與15cm長(zhǎng)耙型固定釘、K型熱電偶和石膏板壁面組成。其外框架為焊接成的112cm×100cm×82cm的立方體;在平臺(tái)內(nèi)放置一塊尺寸為100cm×82cm的石膏板作為主墻，方向平行于外框架寬與高組成的切面。接物盒接住燃燒過(guò)程中的滴落物質(zhì)，耙型固定釘固定材料，石膏板固定在外圍，以此模擬材料在建筑物外兩面臨空垂直燃燒;K型熱電偶從石膏板背部穿出均勻排布在材料3cm處，以檢測(cè)鋁塑復(fù)合板燃燒過(guò)程中的溫度。先將實(shí)驗(yàn)材料引燃，當(dāng)材料引燃完成后用耙型釘固定到石膏板上，用八通道無(wú)紙記錄儀收集熱電偶數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，導(dǎo)出八通無(wú)紙記錄儀記錄的數(shù)據(jù)，繪制溫度隨時(shí)間變化圖。

平壓實(shí)驗(yàn)步驟：打開壓平試驗(yàn)機(jī)并且調(diào)零;按試驗(yàn)機(jī)的“上升”和“下降”鍵，使壓塊達(dá)到與試件上表面緊密接觸;加載速率為1mm / min，開始運(yùn)行;待刻度盤上的指針開始回落，停止加載。上升壓塊，取出試件;讀出刻度盤上沒(méi)有回落指針的數(shù)值，此數(shù)值就是鋁塑復(fù)合板試件所能承受的破壞載荷。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 隔熱性能

為探究蜂窩形和梯形兩種不同芯材結(jié)構(gòu)對(duì)鋁塑復(fù)合板燃燒表面火焰溫度的影響，進(jìn)行兩面臨空垂直燃燒實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。可以明顯看出蜂窩形和梯形兩種不同芯材結(jié)構(gòu)的鋁塑復(fù)合板溫度變化相差較大，其中在實(shí)驗(yàn)初期溫度上升階段，梯形夾芯結(jié)構(gòu)升溫速度明顯高于蜂窩形夾芯結(jié)構(gòu)鋁塑復(fù)合板，且達(dá)到最高溫度時(shí)間是蜂窩形的1 / 3，不僅如此，溫度峰值比蜂窩形結(jié)構(gòu)的鋁塑復(fù)合板高24.7℃。由此可以推斷，蜂窩形夾芯結(jié)構(gòu)相比梯形結(jié)構(gòu)具有更好的隔熱保溫性能。這可能是由于蜂窩形夾芯結(jié)構(gòu)改變了鋁塑復(fù)合板熱傳導(dǎo)機(jī)制，使得鋁塑復(fù)合板整體材料的導(dǎo)熱系數(shù)降低，從而使蜂窩形夾芯結(jié)構(gòu)的鋁塑復(fù)合板在相同火源燃燒條件下，具有很好的隔熱保溫性能。

不同夾芯結(jié)構(gòu)的鋁塑復(fù)合板溫度變化曲線圖

2.2 平壓實(shí)驗(yàn)

抗平壓性能是鋁塑復(fù)合板的重要性能之一，平壓實(shí)驗(yàn)的目的就是通過(guò)該性能試驗(yàn)，驗(yàn)證兩種不同夾芯結(jié)構(gòu)的鋁塑復(fù)合板的力學(xué)性能，根據(jù)GB1453-1987，計(jì)算平壓強(qiáng)度公式如以下公式所示。其具體測(cè)試結(jié)果如下表所示。可以看出蜂窩形結(jié)構(gòu)的鋁塑復(fù)合板的平均破壞載荷和平壓強(qiáng)度分別為18910 N和5.25 MPa，是梯形結(jié)構(gòu)鋁塑復(fù)合板的3.5倍，這說(shuō)明了蜂窩形結(jié)構(gòu)的鋁塑復(fù)合板相比梯形結(jié)構(gòu)的鋁塑復(fù)合板具有更好的抗壓性能，可以更大限度的防止鋁塑復(fù)合板在壓壓力條件下的失效破壞。這可能是由于蜂窩形夾芯結(jié)構(gòu)具有的特殊六邊形特點(diǎn)，使得樣品受力均勻，不會(huì)發(fā)生受力偏移，單位面積可以承受更大的壓應(yīng)力。

σ= P F

式中：σ——平壓強(qiáng)度（MPa）;P——破壞載荷（N）;F——試樣的橫截面積（mm2）

3 結(jié)論

1）梯形夾芯結(jié)構(gòu)升溫速度明顯高于蜂窩形夾芯結(jié)構(gòu)鋁塑復(fù)合板，且溫度峰值比蜂窩形結(jié)構(gòu)的鋁塑復(fù)合板高24.7℃。可以得出，蜂窩形夾芯結(jié)構(gòu)相比梯形結(jié)構(gòu)具有更好的隔熱保溫性能。

2）蜂窩形結(jié)構(gòu)的鋁塑復(fù)合板的平均破壞載荷和平壓強(qiáng)度分別為18910 N和5.25 MPa，是梯形結(jié)構(gòu)鋁塑復(fù)合板的3.5倍，這說(shuō)明了蜂窩形結(jié)構(gòu)的鋁塑復(fù)合板相比梯形結(jié)構(gòu)的鋁塑復(fù)合板具有更好的抗壓性能，可以更大限度的防止鋁塑復(fù)合板在壓壓力條件下的失效破壞。

參考文獻(xiàn)：

[1]張晶，張軼.新型建筑裝飾材料在我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀及前景[J].中國(guó)建材，2007（1）：50-54.

[2]郭鹿.防火鋁塑復(fù)合板的研制[J].塑料工業(yè)，2007，35（7）：68-70.