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聚合物泡沫材料中低应变率压缩力学性能研究

王文康;廖瑜;王高胜

【摘要】通过万能试验机和高速试验机获得了EPE泡沫和EVA泡沫0.0048/s～

100/s应变率范围内恒定应变率情况下的应力-应变曲线,通过数值模拟方法得到了

EPS泡沫相同应变率下的压缩应力-应变曲线.在此基础上,对EPE泡沫、EVA泡沫

和EPS泡沫的压缩力学性能进行了分析和比较,结果表明,应变率和密度对泡沫材料

的压缩力学性能影响很大.

【期刊名称】《合成材料老化与应用》

【年(卷),期】2018(047)006

【总页数】6页(P26-30,50)

【关键词】聚合物泡沫;中低应变率;应变率效应;密度

【作者】王文康;廖瑜;王高胜

【作者单位】陆军勤务学院军事设施系,重庆401311;陆军勤务学院军事设施系,重

庆401311;63926部队,北京100000

【正文语种】中文

【中图分类】TB301

聚合物泡沫材料具有轻质、价格低廉、吸能效果好等优点，被广泛应用于电子产品、

精密仪器、贵重物品等产品的包装材料[1]，其中使用较多的有：发泡聚苯乙烯

(ExpandedPolystyrol，简称EPS)泡沫、发泡聚乙烯(ExpandedPolyethylene，

简称EPE)泡沫和乙烯-醋酸乙烯共聚物(Ethylene-VinylAcetateCopolymer，简

称EVA)泡沫等。近年来，国内外研究人员对聚合物泡沫材料的压缩力学性能进行

了大量的试验和数值模拟研究。Nagy等[2]提出泡沫材料的力学性能具有明显的

应变率相关性；Zhang等[3]提出泡沫材料的压缩力学性能还与密度和温度有关；

Viot等[4]提出泡沫材料的压缩应力-应变曲线可以划分为线弹性段、平台屈服段和

压实段；叶晨炫等[5]通过落锤试验获得了EVA泡沫在应变率195.1/s～374.8/s

之间的多条应力应变曲线；Chen等[6]通过高速试验机获得了EPS泡沫在

0.0011/s～280/s范围内恒定应变率下的应力-应变曲线；Vivek等[7]发现考虑应

变率效应的*Mat_Fu_Chang_Foam模型比*Mat_Low_Density_Foam模型在泡沫

动态压缩数值模拟中更有效。当前，EPE泡沫和EVA泡沫中低应变率下动态压缩

多是通过落锤试验进行，试验过程中应变率很难保持恒定，在此基础上分析的结果

误差较大。

本文通过万能试验机和高速试验机获得了EPE泡沫和EVA泡沫0.0048/s～100/s

应变率范围内恒定应变率情况下的应力-应变曲线，通过数值模拟方法得到了EPS

泡沫相同应变率下的压缩应力-应变曲线。在此基础上，对EPE泡沫、EVA泡沫和

EPS泡沫的中低应变率下的压缩力学性能进行了分析和比较，可为三种泡沫在包装

工程中的应用提供参考。

1EPE泡沫和EVA泡沫压缩试验

压缩试验在INSTRON®3365万能试验机和INSTRON®VHS160/100-20高速

试验机上进行。INSTRON®3365万能试验机可进行材料的拉伸和压缩试验，加

载量程为5kN，最大加载速率为1000mm/min。INSTRON®VHS160/100-20

高速试验机通过液压伺服控制，可以进行恒定应变率下的高速拉伸和压缩试验，加

载速度范围为0.1m/s～25m/s。EPE泡沫和EVA泡沫的压缩速率分别为

10mm/min、210mm/min、0.035m/s、0.35m/s和3.5m/s，其中10mm/min

和210mm/min的压缩试验在INSTRON®3365万能试验机上进行，0.035m/s、

0.35m/s和3.5m/s的压缩试验在INSTRON®VHS160/100-20高速试验机上进

行。

EPE泡沫和EVA泡沫的压缩试样为直径70mm、高度35mm的圆柱体。试验选

用的EPE泡沫的密度分别为18kg/m3和28kg/m3，以下简称EPE18和EPE28；

EVA泡沫的密度分别为81kg/m3和