泡沫塑料的最大優(yōu)點是質(zhì)輕、隔熱保溫、吸音及緩沖抗震性優(yōu)良，故得到廣泛的應用，但作為結(jié)構(gòu)材料的配套材料，還缺乏一定的強度和剛度。

　　纖維增強泡沫塑料為樹脂基體、纖維及氣體所組成的一種三相復合材料。利用玻璃纖維增強泡沫塑料進入結(jié)構(gòu)材料的應用，是技術領域的一個新趨勢，也是泡沫塑料的一個重要研究課題。以纖維增強泡沫塑料，使原泡沫基體的強度、蠕變阻尼、變形、熱扭曲溫度及其它物理性能有明顯的改善<1>。因此，很有必要對其物理機械性能拉伸破壞機理進行探索和研究。

　　本文作者根據(jù)國內(nèi)的灌注成型的聚氨酯泡沫，利用短切玻璃纖維增強，考察了其物理機械性能拉伸破壞機理。

1．實     驗

      1.1．    原料

      樹脂：組合聚醚（ρ0.04/50，含發(fā)泡劑）、PAPI（均由常州向陽化工廠提供）
      玻璃纖維：中堿45 s

      1.2．    玻璃纖維的預處理

       將纖維切短為12 mm，干燥待用。

       1.3．    發(fā)泡工藝

      將預熱的PAPI和配比量的組合聚醚高速攪拌混合，然后馬上加入玻璃纖維混合，觀察有氣泡發(fā)出，發(fā)白，注入模具發(fā)泡，經(jīng)脹定、脫模和后固化，最后得到成品，即玻璃纖維增強聚氨酯泡沫塑料。

      1.4．    實驗樣品、儀器和測試方法

       結(jié)構(gòu)樣品乃以鋒利刀片一次切取試樣而得。
       結(jié)構(gòu)形態(tài)研究采用顯微鏡、攝影顯微鏡和折反鏡顯微鏡。材料拉伸、壓縮破壞行為的研究在自制夾具上進行。

2．    結(jié)果和討論

      2.1．增強泡沫材料的拉伸特性及破壞

      隨著纖維含量增加，拉伸強度逐漸上升，當纖維含量為6 wt%時，達到最大值；隨后，逐漸下降。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因與纖維在體系內(nèi)的分散狀態(tài)有關。在纖維含量低于6 wt%時，纖維可以在體系內(nèi)很好地分散，故泡沫體系的強度明顯提高。當纖維含量大于6 wt%時，隨含量的增加，纖維在體系內(nèi)的分散變差，分布不均，影響增強強度，故體系強度反而下降。

       未增強泡沫體，在應力作用下，一旦樹脂支柱斷裂，與其相連的泡壁薄膜也即刻開裂，裂紋迅速延伸到下一個樹脂柱或樹脂交點上。如同魚網(wǎng)的拉伸破壞。乃跳躍式的選擇薄弱支柱逐個破壞。

     （a）    裂紋遇小纖維發(fā)生偏向，沿應力剪切帶擴展；
     （b）    單纖維的脫膠拉出及帶膠拉出；
     （c）    小束纖維的帶膠拉出；
     （d）    增強泡沫拉伸進的纖維斷裂。

　　增強泡沫體在應力下的破壞與未增強的泡沫體是不同的。實驗表明：材料在應力作用下，裂紋產(chǎn)生的難易、裂紋擴展的速度與纖維在體系內(nèi)的存在有關。首先纖維的存在，強化了支柱，提高了產(chǎn)生裂紋的應力值；其次，在裂紋產(chǎn)生后，其擴展有兩種可能性：（1）裂紋擴展遇到纖維或纖維束時，裂紋終止，而材料的破壞需在它薄弱環(huán)節(jié)出現(xiàn)新的裂紋；（2）裂紋遇到纖維或纖維束時，發(fā)生偏轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向平行于纖維的軸向，并順著纖維和纖維束的應力剪切帶向前延伸或直至其端部發(fā)生如同未增強泡沫體的局部破壞。

鑒于上述兩種原因，材料的拉伸破壞可能有下述的四種情況：

     （1）    裂紋擴展繞過纖維，使局部未增強區(qū)域破壞，從而組合為材料破壞，此時強度接近未增強的。

     （2）    裂紋與纖維方向垂直，但纖維的一端距裂紋不遠，導致纖維的脫膠拉出。

     （3）    裂紋與纖維垂直，但距纖維兩端部均有一定距離。在此長度范圍內(nèi)，纖維與基體有一定的粘結(jié)界面，故拉伸時不致脫膠，但粘結(jié)較差或長度稍短的一端產(chǎn)生纖維或纖維束的帶膠拉出。此時，乃由于纖維周圍剪切帶上，由樹脂基體到纖維傳遞應力的有效傳遞面積上的逐個樹脂支柱剪切破壞或數(shù)個支柱同時破壞，一直持續(xù)至纖維的帶膠拉出。

     （4）    當裂紋垂直并相遇于纖維，且纖維兩端距裂紋均有足夠長度，且具有良好的粘結(jié)，使纖維不能發(fā)生脫膠或帶膠拉出，在應力作用下，導致纖維的拉斷。

　　實際增強泡沫體的破壞，往往是上述幾種形式的綜合。而破壞時，以哪種形式為多，決定了增強效應的優(yōu)劣。
總多，增強材料的拉伸破壞，伴隨有裂紋產(chǎn)生及其終止、轉(zhuǎn)移，纖維的拉出、拉斷，它是一個樹脂支柱、薄膜的變形、破壞的綜合效應。因此，纖維對泡沫體的增強效果是顯而易見的。

      2.2．增強泡沫材料的壓縮特性及破壞

      實驗表明：增強泡沫塑料的壓縮破壞，主要是由支柱的彎曲、扭轉(zhuǎn)變形引起的。在應力作用下，依次導致泡壁及支柱的失穩(wěn)破壞。

      纖維增強泡沫體的壓縮強度及彈性模量的提高，可以由纖維對支柱的增強及減弱孔變形得到滿意的解釋。實驗中的應力應變曲線得以清晰的表達。

3、結(jié)論

    （1)增強泡沫塑料的拉伸破壞，伴隨著裂紋產(chǎn)生及其終止、轉(zhuǎn)移、纖維的拉出（脫膠拉出和帶膠拉出）、拉斷。它是一個樹脂支柱、薄膜變形、破壞的綜合效應。

    （2)增強泡沫塑料的壓縮破壞，主要是由支柱的彎曲、扭轉(zhuǎn)變形引起的。在應力作用下依次導致泡壁及支柱的失穩(wěn)破壞。