高聚物材料力學(xué)特性研究進展

Research progress on mechanical properties of polymer materials

LIU Lisheng （College of Water Conservancy and Transportation， Zhengzhou University，， Zhengzhou 450007 ）

Abstract：Polymer materials have theadvantages of fastcuring，high bondstrength，simple construction，waterproof and impermeability，etc.，and have obvious appication efects intherepairof highwaypavement subgrade，anti-seepage reinforcementofembankments，liftingofballstlesstracksofhigh-speedrailways，and preventionandcontrolofunderground pipeline hollowingdiseases.Through thequasi-staticcompresion test，itis known thatthe pavement deflectionvaluedecreasessignificantlyaftertherepairofthepolymergroutingmaterial，indicatingthattheroadtrengthandintegrityareimproved，andthe elastic modulus，compressve strengthandquasi-staticenergydisspationofthematerial increase withthe increaseof density.At present，，there have been manyexperimental studies onthe mechanical properties of polymer materials.In thisarticle，we willreview theresearch methods，achievements and future trends inthis field in detail.

Keywords：polymer materials；grouting technology；mechanical properties

1引言

有機高分子材料又稱聚合物或高聚物材料，是一類由一種或幾種分子或分子團（結(jié)構(gòu)單元或單體）以共價鍵結(jié)合成分子量高達(dá) 104～106 的具有多個重復(fù)單體單元的大分子，高聚物注漿材料是在非開挖工程修復(fù)中應(yīng)用注漿技術(shù)的一種新型材料，該材料主要成分為異氰酸酯和多元醇，由于兩種化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)速度極快，故常通過機器利用高壓氣流霧化法進行注漿。

聚合物灌槳材料的工程力學(xué)性質(zhì)引起了人們的廣泛關(guān)注，在其力學(xué)性能方面，如壓縮、拉伸和剪切等，在此基礎(chǔ)上，進一步研究不同改性工藝（溫度、密度等）對聚合物注漿材料力學(xué)性質(zhì)的影響。對于材料性能的深人研究和其優(yōu)良的工程適應(yīng)性使得高聚物注槳材料在高速公路、隧道、橋梁、堤壩等工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

目前，研究人員針對高聚物注漿材料的力學(xué)特性做了大量的研究工作，本文將材料力學(xué)特性分為動態(tài)和靜態(tài)，對其試驗方法以及結(jié)論進行整理和綜述，最后作簡要總結(jié)。

2高聚物材料靜態(tài)力學(xué)特性

2.1高聚物注漿材料單軸壓縮力學(xué)特性

鄭前坤[對不同密度和尺寸的高聚物注漿材料進行了單向壓縮實驗，并用高壓空氣噴霧法制備了樣品，參考規(guī)范（ ^′JGJ-T70-2009） 《建筑砂漿基本性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》[2]，選用模具尺寸分別為70.7mm 、 100mm 、 150mm 的立方體，試樣切割示意圖如圖1所示。要測定一個樣品的側(cè)向應(yīng)變，將應(yīng)變片粘貼在樣品的兩個互相垂直的面上，如圖2所示。

采用WAW-300型電液伺服通用試驗機對聚合物材料進行了單向拉伸實驗，利用60通道的靜止應(yīng)變試驗裝置DH3816N，對應(yīng)變片進行了應(yīng)力測量，信號采集頻率為 2Hz ，大致試驗過程如圖3所示。

圖1試樣切割方法

圖2試樣應(yīng)變片粘貼位置

圖3試驗過程示意圖

通過對實驗數(shù)據(jù)的處理，得出了不同密度條件下材料的軸壓、橫應(yīng)變與軸應(yīng)變之間的關(guān)系。

結(jié)合圖4（a），可知低密度（ 0.20～0.35g/cm³ 情況下，試樣應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系分為如下4個階段：初始壓縮 $$ 線彈性 $$ 屈服平臺 $$ 應(yīng)變硬化；與之相對，高密度試樣（ （0.35～0.60g/cm³ ）應(yīng)力-應(yīng)變曲線全過程可劃分為：初始壓縮 線彈性 $$ 應(yīng)力下降。

總體而言，大密度試樣的軸壓降低幅度更大，也就是說，當(dāng)試樣的密度增大時，其脆性會增大，試樣的屈服強度、彈性模量、峰值應(yīng)變呈增加趨勢。觀察圖4（b），實驗結(jié)果表明，聚合物灌漿料具有起始受壓階段和線性階段，其水平與縱向應(yīng)變之比均隨密度的增大而增大。

圖4不同密度的試樣軸向應(yīng)力與橫向應(yīng)變與軸向應(yīng)變的關(guān)系

高聚物材料在各種尺寸下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系隨時間的推移而發(fā)生較小的變化[3]，而在每一段時間內(nèi)，不同密度材料的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系均無顯著變化，高聚物注槳材料的體積對其力學(xué)性能的影響很小。Shi等[4]自行研制出一種受壓樣品注射模具，并在溫控箱內(nèi)對其進行了不同溫度下的單向壓縮實驗，探明了對高分子注漿材料抗壓強度受溫度的影響。本實驗裝置是一臺應(yīng)變控制式電子萬能試驗機（WAW-200），并使用溫控箱（WGD7003）以測試溫度對高分子注漿材料強度的影響。如圖5為試樣體積隨溫度變化關(guān)系，顯然，當(dāng)環(huán)境溫度升高或降低時，試件的體積會膨脹或收縮，特別地，高分子材料的體積變化（膨脹）在高溫環(huán)境下更為明顯。

通過多元回歸，得到了試樣在不同溫度條件下的抗壓強度－密度曲線，如圖6所示。由圖6可知，溫度變化對聚合物的抗壓強度有一定的影響，聚合物注漿材料抗壓強度隨溫度升高而增大，同時，隨著密度的增加，溫度的變化對其抗壓強度的影響也越來越大，其與密度之間存在著二次拋物線關(guān)系，其相關(guān)性大于0.98。

圖5不同溫度下的體積變化

圖6不同溫度下抗壓強度與密度的關(guān)系

2.2高聚物材料拉伸斷裂性能高聚物注漿材料是一種新興的工程材料，其抗拉強度是目前國內(nèi)外研究人員所關(guān)心的一個主要問題。李超5進行了高分子灌漿料的抗拉破壞實驗，獲得了其密度與抗拉強度的相關(guān)性。采用《塑料力學(xué)性能試驗方法總則》[6]、《硬質(zhì)泡沫塑料拉伸性能試驗方法》[7]為參照標(biāo)準(zhǔn)，對所用的試樣進行了測試。高聚物注漿材料拉伸試件采用啞鈴式試樣（如圖7），試件的制模及脫模工藝如圖8所示。

圖7拉伸試驗試件尺寸

根據(jù)《硬質(zhì)泡沫塑料拉伸性能試驗方法》，選用了WAW-200型微型計算機控制的電子萬能試驗機，并進行了應(yīng)力的測量，將測試的拉伸速率控制在 2mm/min ，如圖9（a）和（b）分別為試驗設(shè)備和夾具。

圖8試件的脫模

圖9試驗設(shè)備及夾具

聚合物灌漿材料的拉伸斷裂強度按公式（1）計算：

式中： σ_t 為抗拉強度； F 為斷裂荷載； d 為試件的斷裂面尺寸的半徑。斷裂伸長率的計算如公式（2）所示。

式中： L₀ 為試件原長度； L 為試樣斷裂后長度。

當(dāng)試件發(fā)生裂紋時，裂紋發(fā)生在其中部，并伴隨著“啪”地一聲脆響，斷裂試件及斷口如圖10（a）和（b）所示。高分子灌漿材料在各種密度情況下的胞體的SEM圖像如圖11所示，從圖中可以看出，聚合物灌漿體的胞體直徑隨其密度的增加而減小。通過對實驗數(shù)據(jù)的分析，得到了高聚合物灌漿料在不同密度情況下的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系圖。

從圖12可知，在拉伸階段，隨著拉應(yīng)變的增加，材料早期的拉應(yīng)力迅速增加，晚期則逐漸增加，直到試樣破裂，沒有一個顯著的屈服點，表明高分子材料的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系并非線性彈性。

相同區(qū)域內(nèi)胞體的數(shù)量增多，相互接觸面積增加，比表面積增加，此有助于提高注漿材料的強度。由圖13可知，聚合物灌漿料的抗拉強度隨其密度的增加而增加，并與之成正比。

圖10 破壞后的試件

圖11不同密度高聚物注漿材料泡孔大小

圖12高分子材料在不同密度條件下的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系

圖13聚合物灌漿料抗拉強度-密度關(guān)系

2.3 高聚物材料剪切性能

為系統(tǒng)研究發(fā)泡高聚物注漿材料的剪切性能，鄭勇等[8選擇以下三種方法：采用圓筒扭轉(zhuǎn)法、圓板 0^° 加載法和軌道剪切法，對不同密度聚合物灌漿材料進行了實驗研究。首先是原材料的制作，選用雙組份發(fā)泡型聚氨酯材料，由兩種組分按質(zhì)量比1：1反應(yīng)生成。在三種試驗中高聚物注漿后需要設(shè)計專門的模具脫模成型，對于圓筒扭轉(zhuǎn)試驗，為使試件內(nèi)部產(chǎn)生純剪應(yīng)力場，對預(yù)先制備的圓筒形狀的試件兩端施加扭轉(zhuǎn)力，制樣模具如圖14所示，內(nèi)部為啞鈴狀，把試件兩端的夾持區(qū)切除，這種方法不但減小了夾緊力對試樣的應(yīng)力分配，還有利于試驗機的夾緊，如圖15所示。

圖14制樣模具

圖15圓筒扭轉(zhuǎn)試樣示意

試驗設(shè)備選用具有雙向轉(zhuǎn)動、最大轉(zhuǎn)矩500N?m 的微型計算機控制扭力試驗機（RNJ500）。其次是圓板 0^° 加載試驗，此試驗?zāi)＞咄ㄟ^螺栓將兩塊 10mm 厚的鋼板拼接而成，作為試樣成型區(qū)，如圖16所示。待灌漿完畢，冷卻脫模，取出試樣，用刻刀將薄片體試件壓出如圖4所示的外形和大小，將試件A1、A2處轉(zhuǎn)角保留一定弧度，減小加載時應(yīng)力集中造成的影響。示意圖如圖17所示。以MUF-1050型單向拉伸試驗機作為實驗裝置。

最后是軌道剪切試驗，如圖18所示，其制樣鋼板內(nèi)部為長方體凹槽，尺寸為 250mm×50mm× 25mm （長 × 寬 × 高）。本試驗機為WE-600B通用測試機，其最大施加張力和壓力 600kN ，精確度0.01kN 。試驗裝置如圖19所示。

三種試驗結(jié)果分析如下：

首先是圓筒扭轉(zhuǎn)試驗，由公式（3）求出最大剪應(yīng)力q_max：

圖16制樣模具

圖17圓板試樣尺寸示意

圖18試驗?zāi)＞?/p>

式中： T 為扭矩， N?M ； D 、 d 為試件外徑、內(nèi)徑， mm 。

由圖20可知，高聚物注漿材料剪切強度和剪切模量隨密度增大而增大，得益于高密度高聚物體系更穩(wěn)定，表現(xiàn)出更好的抗剪性能。

在圓板 0^° 加載試驗中，剪切強度 τ 和剪切模量G 計算分別見式（4）和（5）：

式中： A 為 _A1 、 A2 截面面積； P_m 為破壞荷載;P 為荷載增量； ε₁+ε₂ 為 0^° 加載時與荷載方向成 ± 45^° 角兩方向應(yīng)變增量絕對值之和。

類似地，高分子材料的剪切模數(shù)和抗剪強度與其密度成正比，如圖21所示，且與圓筒扭轉(zhuǎn)試驗剪切模數(shù)比較，此測試所得剪切模量偏小，抗剪強度偏大。

圖20圓筒扭轉(zhuǎn)試驗聚合物剪切強度和剪切模量同密度相關(guān)性

圖21圓板 0^° 加載試驗聚合物剪切強度和剪切模量同密度相關(guān)性

對于軌道剪切試驗，高聚物材料的剪切強度和剪切模量計算公式分別為（6）和（7）：

式中： q 為剪切強度， kPa ； F_m 為極限荷載，N; 分別為試件長、寬， mm 。

式中： G 為剪切模量， kPa ； χ_t 為試件厚度，mm k 為斜率， N/mm 。

此試驗方法存在較大缺陷，大量試件因膠結(jié)劑的黏結(jié)力不足而導(dǎo)致數(shù)據(jù)失效，試驗成功率較低，數(shù)據(jù)較為離散，因而選擇試驗結(jié)果較好的試樣繪制關(guān)系圖，如圖22所示。可見，聚合物漿液的抗剪強度和模量也是隨其密度增加而增加的。

將上述三種實驗方法進行全面比較后發(fā)現(xiàn)，圓筒扭轉(zhuǎn)試驗試樣具有制作簡便、易于掌握、密度易于控制、計算結(jié)果較為保守等優(yōu)點，適用于高分子材料的剪切特性測定。不同試驗方法比較如表1所示。

表1不同試驗方法比較

圖22軌道剪切試驗聚合物剪切強度和剪切模量同密度相關(guān)性

3高聚物材料動態(tài)力學(xué)特性

3.1聚氨酯高聚物注漿材料膨脹力學(xué)特性

高膨脹性是發(fā)泡性聚氨酯高聚物注槳材料的特征之一。注漿材料的高膨脹性在公路工程脫空病害的修復(fù)加固方面具有明顯的效果，在高聚物注漿修復(fù)的過程，待修復(fù)位置周圍的土體或構(gòu)筑物會產(chǎn)生與膨脹方向相反的作用力，進而阻礙高聚物的膨脹。另外，工程所需膨脹壓力的大小跟高聚物注漿量有直接的關(guān)系，因而開展高聚物注漿量與膨脹壓力之間關(guān)系的研究尤為重要。

鄭州大學(xué)許勝捷利用密閉容器來模擬公路施工中的施工環(huán)境，壓力傳感器設(shè)置在密閉容器底部以測試不同注漿量材料的膨脹壓力，為模擬不同情況下的環(huán)境溫度，將容器放在不同溫度下的溫度倉內(nèi)，通過數(shù)據(jù)采儀將壓力電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，最終可得到膨脹壓力關(guān)于時間的數(shù)據(jù)曲線。在求出最大膨脹壓力基礎(chǔ)上，還可求出膨脹壓力的增長率，試驗原理如圖23所示，實驗裝置如圖24所示。

圖23 膨脹壓力測試原理

圖24實驗裝置圖

試驗設(shè)備中的應(yīng)力－應(yīng)變測試機如圖25所示，可以對試驗數(shù)據(jù)進行存儲，并將其電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。該試驗箱如圖26所示，是一個高 30cm 、直徑 15cm 的圓筒形空腔，其壁厚是 1cm ，一個壓力傳感器安裝在底部基座上，為了便于重復(fù)利用，同時也避免了對壓力傳感器產(chǎn)生粘性，在換能器的上方設(shè)置了一塊 2mm 厚的軟硅膠片。

通過控制材料密度和溫度的變化，此次試驗得到了膨脹力關(guān)于時間的變化曲線，部分如圖27和圖28所示。

研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)周邊存在一定的變形限制時，在

圖25應(yīng)力應(yīng)變測試儀

圖26測試倉

圖27 0.3g/cm³ 材料膨脹力與時間的函數(shù)關(guān)系

圖28 0.4g/cm³ 材料膨脹力與時間的函數(shù)關(guān)系

30～50 s內(nèi)，材料膨脹壓力可達(dá) 85% ，且膨脹壓力增加迅速，能滿足工程快速修補的需要；其最大膨脹力與其密度、溫度成正比；大密度材料在較高溫條件下的膨脹壓力增長速度較快，其關(guān)系圖如圖29所示。

李曉龍等[]設(shè)計高聚物膨脹性能測試裝置，如圖30所示，用來測試高聚物膨脹特性，測試裝置為圓柱筒型，外部由加載托盤和固定螺帽組成，內(nèi)部活塞連桿連接托盤與活塞，裝置底部設(shè)置漿液腔和注槳孔。還得出了高聚物膨脹力與時間的關(guān)系曲線，如圖31所示。

圖29不同條件下的最大膨脹壓力

圖30高分子材料溶脹特性測試儀

調(diào)查顯示：隨著漿液化學(xué)反應(yīng)的進行，漿液膨脹力上升速度呈現(xiàn)出升高，快速升高，逐漸減慢三個階段，最終漿液化學(xué)反應(yīng)接近終止，膨脹力值趨于穩(wěn)定。由圖31可知，漿液最終膨脹力計算值和試驗值吻合較好，且結(jié)合圖31和圖32可知高聚物膨脹力變化趨勢與化學(xué)反應(yīng)過程和氣體生成量的變化過程基本一致。

鄭新國[在反向壓力機的鋼筒中注射了一批聚合物灌漿料，再利用電子萬能試驗機測試其膨脹力，其中反壓裝置由鋼桶、法蘭盤和螺栓組成，它是一種底部密封，頂部自由運動的半閉孔結(jié)構(gòu)。在完成灌漿3h后，當(dāng)注槳體的膨脹力趨于平穩(wěn)時，進行脫模，并在養(yǎng)護箱內(nèi)進行7d的養(yǎng)護，以備下一次的測試。

圖31高分子材料的溶脹強度-時間關(guān)系

圖32漿料中氣態(tài)物料的含量與時間的關(guān)系

研究發(fā)現(xiàn)，隨著注漿量的增加，高聚物漿液膨脹力的發(fā)展趨勢大致相同，表現(xiàn)為：槳液與漿液進行了化學(xué)反應(yīng)，但其生成的產(chǎn)物尚不能充分填充漿液的空隙，因而沒有產(chǎn)生膨脹力；第二個時期，槳液發(fā)生強烈的化學(xué)反應(yīng)，使?jié){液的體積迅速膨脹，在反壓設(shè)備的作用下，漿液的膨脹力急劇增大；第三個時期，聚合物灌漿材料的化學(xué)作用逐漸結(jié)束，聚合物灌漿材料成為一種固結(jié)體，其膨脹力逐漸達(dá)到一個穩(wěn)定狀態(tài)。

反壓成型的不同密度高聚物注漿固化體的壓縮應(yīng)力一應(yīng)變表現(xiàn)出三個特點。即隨著應(yīng)變的增加，固結(jié)體的壓縮應(yīng)力變化階段為線性增加 $$ 屈服不增 $$ 緩慢增加，且固結(jié)體壓縮應(yīng)力的增長速率同密度大小具有正相關(guān)。

高分子灌漿材料的膨脹效應(yīng)已經(jīng)在國內(nèi)外眾多的民用建筑、道路地基的加固、提升等工程中得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了很好的效果[12-13]。尤其是，在無砟道軌道結(jié)構(gòu)的下層，灌注灌槳材料后，通過擴張力提升上覆無砟軌道結(jié)構(gòu)，并在反壓力下形成一種具有一定力學(xué)性質(zhì)的固結(jié)體，實現(xiàn)了抬升后軌道結(jié)構(gòu)的支撐穩(wěn)定[14]

3.2高聚物注漿材料動力特性

李嘉[5]對聚合物灌漿材料的動態(tài)力學(xué)性能進行了實驗研究，提出了一種新型的聚合物灌漿材料的彎曲元動態(tài)剪切模量測試方法，由于聚合物灌漿材料是一種典型的彈性體，而彎曲單元法是建立在彈性理論基礎(chǔ)上的，因此，應(yīng)用彎曲單元法對聚合物灌漿材料的動態(tài)性能進行了研究。

動態(tài)剪切模量是衡量材料動態(tài)特性的一個主要參數(shù)。作者利用壓電式彎曲單元法測定聚合物灌漿料的動剪切模量，圖33和圖34分別是壓電式彎曲單元工作原理和彎曲元檢測剪切波速系統(tǒng)。壓電式彎曲元是一種多功能的傳感器，由兩片或多片壓電陶瓷構(gòu)成。壓電陶瓷可分為兩種類型，其中發(fā)射器將電能轉(zhuǎn)化為機械能，接收器則將機械能重新轉(zhuǎn)化為電能。

圖33壓電陶瓷彎曲單元傳感器示意圖

圖34彎曲單元測試剪切波速系統(tǒng)

研究表明，高聚物注漿材料的剪切模量與其密度具有線性關(guān)系，且呈正相關(guān)，即剪切模量隨密度的增大而增大，材料的整體剛度也越大，具體關(guān)系如圖35所示。

圖35聚合物灌漿材料動態(tài)剪切模量與密度關(guān)系

實驗結(jié)果也表明，在同一密度下，在中高頻率激勵下，剪切波速隨頻率的增加而增大，也就是說，當(dāng)激勵頻率較高時，剪切波速也會隨之增大；通過彎曲元設(shè)備測試粉質(zhì)粘土的動剪切模量，所計算模量值與高聚物注漿材料動剪切模量十分相近，因此可預(yù)期：地震作用下，相對于傳統(tǒng)的剛性隔離墻-混凝土隔離墻，高分子灌漿材料構(gòu)筑的隔離墻與大壩具有更好的協(xié)同變形能力。

石明生[6]等利用三點加載公式，對聚合物灌漿料的抗彎特性進行了實驗研究。試樣為 120mm ×20mm×25mm （長 × 寬 × 厚）的長方體，采用模內(nèi)灌漿法，實驗裝置是一種使用應(yīng)變控制的微型計算機電子萬能試驗機，如圖36所示。

在測試期間，隨著試樣密度的降低，試樣載荷逐漸增加，垂直位移逐漸增加，試樣底部出現(xiàn)顯著的裂紋，裂縫開裂深度隨密度的增加而增大，裂紋的擴展深度逐漸加大，但未徹底斷裂，試樣呈現(xiàn)塑性破壞，且在破壞過程中產(chǎn)生了很大的位移。

在試樣密度高的情況下，載荷隨垂直位移的增長而增加，并在一定范圍內(nèi)達(dá)到一定的值，試樣的底面出現(xiàn)了裂紋，并快速破裂，呈現(xiàn)出一種脆性的破壞形式，并且在失效過程中產(chǎn)生了很小的位移。在此基礎(chǔ)上，對26種不同密度的高分子材料進行了抗彎實驗，獲得了其典型的受彎力－位移曲線，如圖37所示。

匯總試驗結(jié)果，得到兩種關(guān)系曲線，如圖38和圖39所示。由圖37可知，高聚物注漿材料的強

度隨著密度的增加而增大；觀察圖38和圖39，高聚物注漿材料的最大抗彎強度隨其密度的增大而提高，其破壞變形隨其密度的增大而降低。

圖38密度與彎曲強度關(guān)系曲線

圖39密度與斷裂時形變關(guān)系曲線

無約束共振法是一種無損檢測試驗方法，常用于獲取瀝青混合料的阻尼比和動彈性模量[17-19] 。

馬雪[20]首次利用無約束共振法獲取高聚物材料的阻尼比和動態(tài)彈性模量，試驗設(shè)備如圖40所示，試驗準(zhǔn)備了未浸水試件和浸水試件，不同時長的鹽水浸泡和不同鹽水壓浸泡的試件為高聚物應(yīng)用于不同的工程環(huán)境提供參數(shù)參考。

阻尼比計算采用半帶寬法，如圖41所示，計算公式如公式（8）所示。

式中， ξ 是阻尼比， f_d 是衰減頻率（ Hz ， f₁ ，f₂ [19]是 倍衰減頻率的幅值與頻譜曲線交點所對應(yīng)的頻率值（ [Hz） 。

圖40無約束共振裝置設(shè)備

圖41半帶寬法示意圖

動彈性模量計算如公式（9）所示[21]：

式中， E^' 是動彈性模量， MPa ; R 是試件半徑，m； ρ 是試件密度， kg/m³ ; ω 是材料泊松比及圓柱體厚度比相關(guān)參數(shù)， f_n 是固有頻率（ Hz ），計算方法如公式（10）所示。

通過無約束共振試驗獲得在 1m 水壓和 7m 水壓海水條件下的第一振型、第二振型的阻尼比，不同浸泡試件高聚物阻尼比與水壓關(guān)系圖如圖42所示，隨著浸入海水溶液齡期的增加，試件的阻尼比均呈增加的趨勢。

不同頻率下所對應(yīng)的動態(tài)模量曲線如圖43所示，試驗結(jié)果顯示，第一振型和第二振型的彈性模量分別為 ， 128.5mpa ，該結(jié)果與李嘉，劉志遠(yuǎn)[21-22]運用彎曲元測試同密度聚氨酯高聚物的動態(tài)彈性模量在數(shù)值上十分接近，說明運用無約束共振法測試此高聚物的可行性。

圖42不同水壓、不同浸泡試件高聚物的阻尼比

圖43動態(tài)模量曲線

WChen等[23]采用改進的分離式霍普金森壓桿（SHPB）對聚氨酯泡沫進行動態(tài)壓縮實驗，研究結(jié)果表明動力試驗的應(yīng)力應(yīng)變曲線和靜力應(yīng)力應(yīng)變曲線相似，應(yīng)力－應(yīng)變曲線具有典型的彈塑性特點。

4結(jié)語

當(dāng)聚合物材料的密度增大時，其脆性會增大，試樣的屈服強度、彈性模量、峰值應(yīng)變呈增加趨勢，材料的體積對其力學(xué)性能的影響很小。

隨著拉應(yīng)變的增加，材料早期的拉應(yīng)力迅速增加，晚期則逐漸增加，直到試樣破裂，沒有一個顯

著的屈服點，表明高分子材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系并非線性彈性。

高聚物注漿材料剪切強度和剪切模量隨密度增大而增大，得益于高密度高聚物體系更穩(wěn)定，表現(xiàn)出更好的抗剪性能。

高膨脹性是發(fā)泡性聚氨酯高聚物注漿材料的特征之一，最大膨脹力與其密度、溫度成正比；大密度材料在較高溫條件下的膨脹壓力增長速度較快。

通過彎曲元動態(tài)剪切模量測試可知，高聚物注漿材料的剪切模量隨密度的增大而增大，材料的整體剛度也越大。

高聚物注漿材料的強度隨著密度的增加而增大，最大抗彎強度隨其密度的增大而提高，其破壞變形隨其密度的增大而降低。

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