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聚苯乙烯泡沫(EPS)力学行为的实验研究

熊志远  
【摘要】: 聚苯乙烯泡沫(Expanded polystyrene简称EPS)是最轻的包装材料,由于具有一定的耐压性能可用于一系列土木工程,并可用来作保温隔热材料,是一种很有发展前景的新型材料。 本文采用实验研究和理论分析相结合的方法,研究了EPS的压缩力学性能及其粘弹性能。主要包括如下内容: 简要介绍了EPS的定义、分类、发展、制备、特性及应用。 介绍了泡沫聚合物的结构形态,给出几个评价泡沫聚合物结构的参数,并总结了胞体结构参数对泡沫聚合物力学性能的影响。此外,简要介绍了泡沫聚合物的基本力学性质及EPS的国内外研究现状。 对EPS进行了一系列的准静态压缩力学性能的测试。在实验研究的基础上,分析了密度、应变率对EPS压缩力学性能的影响。实验表明:密度对EPS压缩力学性能有很大影响,其压缩弹性模量、屈服强度随密度的增大而增大;在实验应变率范围内,同一密度的EPS在不同加载速率下其线弹性模量基本没有变化,而压缩屈服强度随加载速率的增加而显著增加。另外,还研究了EPS在准静态压缩条件下的吸能特性。结果表明:室温下,同种密度的EPS其吸收能随应变量的增大而增大;同应变量下,高密度EPS吸收的能量比低密度EPS吸收的多;且EPS吸能效率(E)的最大值为38.1%,而理想吸能效率(I)的最大值在较宽的应变范围内均高达85.0%。同时作了Gibson与Ashby经验公式在EPS中的运用与验证工作,求得EPS的棱边聚合物分数Φ和理论的弹性屈服应力σ_(el)~*。 对EPS进行了一系列单轴拉伸蠕变和单轴压缩松弛实验。实验表明:同密度的EPS其蠕变量值随着应力水平的增大而增大,同应力水平下的EPS其蠕变量值随着密度的增大而减小。并认真分析了一系列松驰实验曲线,建立了包含密度影响的EPS松弛模型并对该模型进行了验证。


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