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在节能降耗趋势下,新型材料逐渐向轻量化、高性能化和环保化方向发展。夹芯复合材料具有比强度高、比刚度高、吸能减振和隔音隔热等优势,在航空、建筑和民用基础等领域均有较高应用价值。本研究以玻璃纤维增强聚氨酯(GF/PU)复合材料为上下面层,聚氨酯硬泡(PUR)为芯层,并采用结构肋辅助连接,以提升力学性能,较传统夹层复合材料的胶接或机械连接方式制备工艺简便,强度可靠性更高;然后利用芯层PUR携带二氧化硅包覆相变温度为28℃的十八烷微胶囊相变粒子(MEPCMs),形成MEPCMs/PUR芯层,一体化成型制备夹层结构复合材料并赋予其调温控温功能。主要内容及结论如下:1.采用预聚体法制备面层GF/PU复合材料,当预聚体合成温度为50℃,异氰酸酯—NCO%含量为10%,玻璃纤维(GF)含量为55 wt%时综合性能最优,拉伸强度、弯曲强度和冲击韧性分别为794 MPa、846 MPa和228 kJ/m~2,损耗因子tanδ为0.59;采用环保型物理发泡剂正戊烷制备PUR硬泡芯层,当发泡剂用量为6 wt%时,压缩比强度为15.1,泡孔性能最优。2.在面层GF/PU复合材料和PUR最优工艺基础上,一体化成型制备夹芯结构复合材料,并设计肋结构以提升力学性能,其中采用四周、横向和纵向设计的肋结构性能最优,较无肋夹芯复合材料的抗弯曲和抗剪切性能提高近3倍;在5.9 kN的极限载荷时,仅6 mm挠度的变形,夹层结构复合材料的强度可靠性高。3.采用化学沉淀法制备微胶囊相变粒子(MEPCMs),重点研究了芯层十八烷/壳层硅源用料比例和乳化剂用量对相变焓值及形貌影响。芯层和硅源用料比例为1:2.5,乳化剂用量为15 wt%时,MEPCMs的熔融和结晶焓值最优,熔融焓105.4 J/g,熔融温度31.9℃,结晶焓106.8 J/g,结晶温度23.1℃,包覆率为48.1%,且有清晰的微胶囊球形轮廓。MEPCMs热稳定性较纯十八烷的初始分解温度提升近30℃,150℃时开始分解,300℃完全失重,有效提升相变材料的热稳定性。4.添加MEPCMs粒子于PUR中提高其相变焓值,添加量对发泡料体系黏度有较大影响,甚至发泡失效;MEPCMs添加量为50 wt%时最适宜,在不影响发泡工艺的前提下,且有较高相变焓值,熔融焓和结晶焓分别为56.3 J/g和53.1J/g,在此工艺参数下,PUR有效携带MEPCMs制备夹层复合材料的芯层。5.采用四周、横向和纵向的肋结构设计,在芯层PUR中添加50wt%MEPCMs后对夹层复合材料的力学性能影响较小。对泡芯相变夹层复合材料进行调温控温效率测试,在升温过程中,使环境温度维持在28℃以内的时间为1110 s,较未添加的夹层复合材料提高3倍;降温过程中,使环境温度维持在28℃以上的时长为1470 s,控温效果优异,这种新型结构材料兼具轻质高强的性能和调温控温的功能。