树脂／空心玻璃微珠复合泡沫塑料研究进展

树脂／空心玻璃微珠复合泡沫塑料研究进展

徐久升

摘要：介绍了树脂／空心玻璃微珠复合泡沫塑料国内外研究现状，概述了其力学性能、介电性能、热性能和吸水性能等主要性能，对其在浮力材料、航空航天用材料、隔热材料、雷达天线罩等方面的应用进行了总结，在此基础上展望了树脂／空心玻璃微珠复合泡沫塑料的发展方向。

关键词：树脂基复合泡沫塑料；空心玻璃微珠；性能；应用

 

Development of Resin／Hollow Glass Microsphere Syntactic Foams

Xu Jiusheng

Abstract ：The research situation of resin／hollow glass microspheres syntactic foams both at home and abroad was introduced.The mechanical properties，dielectric properties，thermal properties，water absorption performance were summarized，andapplications as buoyancy materials，aerospace materials，insulation materials，radar antenna mask materials，et al were summarized.On the basis，the development trend of resin／hollow glass microspheres syntactic foam was prospected.

Keywords ：resin matrix syntactic foam ； hollow glass microsphere ； property ； application

 

复合泡沫塑料出现于20 世纪60 年代，因空心微球在基体中的增强作用而被人们熟知。由于空心微球在材料中的填充而导致材料出现泡孔，树脂基体不产生化学发泡，因此复合泡沫塑料属于物理泡沫材料，复合泡沫塑料的密度范围跨度比较大。复合泡沫塑料的基体可以是聚合物、金属或陶瓷，笔者主要介绍了聚合物基复合泡沫塑料中的树脂／空心玻璃微珠复合泡沫塑料，其凭借优异的力学性能、热性能、电性能等在海洋、航空等领域中发挥着巨大作用。笔者对国内外树脂／空心玻璃微珠复合泡沫塑料性能和应用进行了系统的总结。

1　树脂／空心玻璃微珠复合泡沫塑料的研究现状

空心玻璃微珠填充基体树脂制得的复合泡沫塑料属于闭孔结构，相比于开孔结构，具有更好的强度和更低的吸水率。采用的基体树脂密度分布在1.0～1.2 g／cm3 之间，而填充的空心玻璃微珠密度较低，一般为0.1～0.6 g／cm3，对复合泡沫塑料的密度起着决定性的作用，但是复合泡沫塑料密度的降低会对材料的强度产生不利影响，因此需要控制空心玻璃微珠的填充量，以平衡材料的密度和强度。

数对材料泊松比的影响，发现复合泡沫塑料的泊松比要低于乙烯基酯基体。F. Grosjean 等采用密度为0.38 g／cm3 的空心玻璃微珠( 体积分数为55%) 增强环氧树脂得到环氧复合泡沫塑料，进行了80℃条件下去离子水、海水以及90% 湿度环境的老化试验，并对压缩性能进行了研究。

从20 世纪90 年代中期开始研制树脂／空心玻璃微珠复合泡沫塑料，现已制备出密度为0.68～0.70 g／cm3，耐静水压强度为112 MPa，极限破坏强度为140 MPa 的材料。

2　树脂／空心玻璃微珠复合泡沫塑料的性能

相比于化学发泡法制备的泡沫塑料，树脂／空心玻璃微珠复合泡沫塑料具有质轻、力学性能优异的优势，其力学性能主要体现在高压缩强度和模量、高剪切强度和模量、不变形等。目前国内外对树脂／空心玻璃微珠复合泡沫塑料的力学性能研究很多，对其已有了较为充分的认识和应用。E. Barber 于20 世纪70 年代率先开展了三相复合泡沫塑料的力学性能研究，将空心玻璃微珠填充到氨基硬质泡沫塑料中，研究了复合材料的压缩强度和压缩弹性模量、弯曲强度和弯曲弹性模量、冲击强度等力学性能。M. Narkis 等对两相及三相复合泡沫塑料的力学行为进行了一系列的研究，为复合材料的制备提供了基础。N. Gupta 等研究了玻璃微珠的内径、体积比对填充树脂基体复合泡沫塑料的密度、弹性模量、强度等力学性能的影响，研究了材料压缩失效机理与剪切失效机理等。A.V. Plastinin 等研究了空心玻璃微珠泡沫塑料的动态和静态力学性能，发现材料的动态失效主要为基体的破坏，而静态失效主要为空心玻璃微珠的破坏。卢子兴等对复合泡沫塑料的力学性能从试验到模拟进行了较为系统的研究。辛美娟等、陈卓等利用有限元方法对复合泡沫塑料进行了模拟和性能的预测。

3　复合泡沫塑料的应用

与传统的泡沫材料相比，树脂／空心玻璃微珠复合泡沫塑料因其具有密度跨度比较大，易成型，可加工成各种需要的形状，力学性能优异等，因此复合泡沫塑料应用广泛，贵梁小杰，等：树脂／空心玻璃微珠复合泡沫塑料研究进展 123重物品的包装材料、汽车、航空航天、深海设备等都可应用。

4　结语

随着国内外对海洋探索和开发力度的增大，树脂／空心玻璃微珠复合泡沫塑料在海洋中的应用日益增长，尤其是在海洋石油、天然气开采领域，以及深海载人潜器领域，但是目前国内研制的树脂／空心玻璃微珠复合泡沫塑料性能还不能完全满足这些领域的应用需求，尚需深入对工艺和结构的研究，制备结构均一，性能优异的材料。另一方面，随着追求航空航天领域材料轻质化，复合泡沫塑料在航空航天中的应用日益增多，但是目前对其电性能、声学性能等方面的研究较少使其应用范围较窄，因此树脂／空心玻璃微珠复合泡沫塑料的研究任务还很艰巨。