不同夾芯結構對鋁塑復合板性能的影響

羅靜 崔飛

摘 要： 采用兩面臨空垂直燃燒的實驗方法以及平壓性能實驗，對蜂窩形和梯形兩種不同芯材結構的鋁塑復合板的隔熱保溫性能和抗平壓性能進行研究。結果表明：兩種不同芯材結構的鋁塑復合板的燃燒表面火焰最高溫度都在450℃以上，且梯形結構的鋁塑復合板最高溫度比蜂窩形芯材結構高24.7℃;而且平壓實驗結果顯示，蜂窩形結構的鋁塑復合板的平均破壞載荷和平壓強度分別為18910 N和5.25 MPa，是梯形結構鋁塑復合板的3.5倍。這說明蜂窩形夾芯結構的鋁塑復合板相比梯形結構結構鋁塑復合板具有更好隔熱保溫性能和抗平壓性能。

關鍵詞： 蜂窩形結構;梯形結構;表面溫度;平壓性能

鋁塑復合板由于其質輕、高比強度和隔熱阻燃等優(yōu)點，現(xiàn)已廣泛用于航空航天、車輛交通和民用建筑等領域。[1]然而隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，對鋁塑復合板的應用提出了更高的要求。因此，對鋁塑復合板的改性引起了更多研究者的重視。其中夾芯結構改性成為提升鋁塑復合板隔熱性能以及力學性能的關鍵。[2]

本文制備了蜂窩形和梯形兩種不同夾芯結構的鋁塑復合板，并通過兩面臨空垂直燃燒的實驗方法以及平壓性能實驗，探討了兩種鋁塑復合板的隔熱性能和抗平壓性能，為鋁塑復合板的應用提供理論指導。

1 實驗材料與方法

選用難燃級熟料芯材制備了不同芯材結構的鋁塑復合板，首先選取尺寸為90mm×150mm×4mm規(guī)格的鋁塑復合板進行燃燒實驗，發(fā)現(xiàn)均無法完全燃燒并且點燃時難度較高。為了選取合適樣品，隨后選取其它規(guī)格的試樣重復實驗，最終發(fā)現(xiàn)60mm×150mm×4mm規(guī)格的鋁塑復合板兩種芯材結構的鋁塑復合板都可以完全燃燒，因此選作本實驗試樣進行燃燒實驗。根據(jù)國際規(guī)定，對于平壓實驗對試件尺寸要求為60mm×60mm×14mm，在進行平壓實驗中以此為標準。

燃燒實驗平臺自行設計，由外框架、接物盒與15cm長耙型固定釘、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;在平臺內放置一塊尺寸為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。接物盒接住燃燒過程中的滴落物質，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，以檢測鋁塑復合板燃燒過程中的溫度。先將實驗材料引燃，當材料引燃完成后用耙型釘固定到石膏板上，用八通道無紙記錄儀收集熱電偶數(shù)據(jù)。實驗結束后，導出八通無紙記錄儀記錄的數(shù)據(jù)，繪制溫度隨時間變化圖。

平壓實驗步驟：打開壓平試驗機并且調零;按試驗機的“上升”和“下降”鍵，使壓塊達到與試件上表面緊密接觸;加載速率為1mm / min，開始運行;待刻度盤上的指針開始回落，停止加載。上升壓塊，取出試件;讀出刻度盤上沒有回落指針的數(shù)值，此數(shù)值就是鋁塑復合板試件所能承受的破壞載荷。

2 實驗結果與分析

2.1 隔熱性能

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

不同夾芯結構的鋁塑復合板溫度變化曲線圖

2.2 平壓實驗

抗平壓性能是鋁塑復合板的重要性能之一，平壓實驗的目的就是通過該性能試驗，驗證兩種不同夾芯結構的鋁塑復合板的力學性能，根據(jù)GB1453-1987，計算平壓強度公式如以下公式所示。其具體測試結果如下表所示?？梢钥闯龇涓C形結構的鋁塑復合板的平均破壞載荷和平壓強度分別為18910 N和5.25 MPa，是梯形結構鋁塑復合板的3.5倍，這說明了蜂窩形結構的鋁塑復合板相比梯形結構的鋁塑復合板具有更好的抗壓性能，可以更大限度的防止鋁塑復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構具有的特殊六邊形特點，使得樣品受力均勻，不會發(fā)生受力偏移，單位面積可以承受更大的壓應力。

σ= P F

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

3 結論

1）梯形夾芯結構升溫速度明顯高于蜂窩形夾芯結構鋁塑復合板，且溫度峰值比蜂窩形結構的鋁塑復合板高24.7℃。可以得出，蜂窩形夾芯結構相比梯形結構具有更好的隔熱保溫性能。

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

參考文獻：

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

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