不同夹芯结构对铝塑复合板性能的影响

罗静 崔飞

摘 要： 采用两面临空垂直燃烧的实验方法以及平压性能实验，对蜂窝形和梯形两种不同芯材结构的铝塑复合板的隔热保温性能和抗平压性能进行研究。结果表明：两种不同芯材结构的铝塑复合板的燃烧表面火焰最高温度都在450℃以上，且梯形结构的铝塑复合板最高温度比蜂窝形芯材结构高24.7℃;而且平压实验结果显示，蜂窝形结构的铝塑复合板的平均破坏载荷和平压强度分别为18910 N和5.25 MPa，是梯形结构铝塑复合板的3.5倍。这说明蜂窝形夹芯结构的铝塑复合板相比梯形结构结构铝塑复合板具有更好隔热保温性能和抗平压性能。

关键词： 蜂窝形结构;梯形结构;表面温度;平压性能

铝塑复合板由于其质轻、高比强度和隔热阻燃等优点，现已广泛用于航空航天、车辆交通和民用建筑等领域。[1]然而随着现代工业的快速发展，对铝塑复合板的应用提出了更高的要求。因此，对铝塑复合板的改性引起了更多研究者的重视。其中夹芯结构改性成为提升铝塑复合板隔热性能以及力学性能的关键。[2]

本文制备了蜂窝形和梯形两种不同夹芯结构的铝塑复合板，并通过两面临空垂直燃烧的实验方法以及平压性能实验，探讨了两种铝塑复合板的隔热性能和抗平压性能，为铝塑复合板的应用提供理论指导。

1 实验材料与方法

选用难燃级熟料芯材制备了不同芯材结构的铝塑复合板，首先选取尺寸为90mm×150mm×4mm规格的铝塑复合板进行燃烧实验，发现均无法完全燃烧并且点燃时难度较高。为了选取合适样品，随后选取其它规格的试样重复实验，最终发现60mm×150mm×4mm规格的铝塑复合板两种芯材结构的铝塑复合板都可以完全燃烧，因此选作本实验试样进行燃烧实验。根据国际规定，对于平压实验对试件尺寸要求为60mm×60mm×14mm，在进行平压实验中以此为标准。

燃烧实验平台自行设计，由外框架、接物盒与15cm长耙型固定钉、K型热电偶和石膏板壁面组成。其外框架为焊接成的112cm×100cm×82cm的立方体;在平台内放置一块尺寸为100cm×82cm的石膏板作为主墙，方向平行于外框架宽与高组成的切面。接物盒接住燃烧过程中的滴落物质，耙型固定钉固定材料，石膏板固定在外围，以此模拟材料在建筑物外两面临空垂直燃烧;K型热电偶从石膏板背部穿出均匀排布在材料3cm处，以检测铝塑复合板燃烧过程中的温度。先将实验材料引燃，当材料引燃完成后用耙型钉固定到石膏板上，用八通道无纸记录仪收集热电偶数据。实验结束后，导出八通无纸记录仪记录的数据，绘制温度随时间变化图。

平压实验步骤：打开压平试验机并且调零;按试验机的“上升”和“下降”键，使压块达到与试件上表面紧密接触;加载速率为1mm / min，开始运行;待刻度盘上的指针开始回落，停止加载。上升压块，取出试件;读出刻度盘上没有回落指针的数值，此数值就是铝塑复合板试件所能承受的破坏载荷。

2 实验结果与分析

2.1 隔热性能

为探究蜂窝形和梯形两种不同芯材结构对铝塑复合板燃烧表面火焰温度的影响，进行两面临空垂直燃烧实验，其实验结果如图1所示。可以明显看出蜂窝形和梯形两种不同芯材结构的铝塑复合板温度变化相差较大，其中在实验初期温度上升阶段，梯形夹芯结构升温速度明显高于蜂窝形夹芯结构铝塑复合板，且達到最高温度时间是蜂窝形的1 / 3，不仅如此，温度峰值比蜂窝形结构的铝塑复合板高24.7℃。由此可以推断，蜂窝形夹芯结构相比梯形结构具有更好的隔热保温性能。这可能是由于蜂窝形夹芯结构改变了铝塑复合板热传导机制，使得铝塑复合板整体材料的导热系数降低，从而使蜂窝形夹芯结构的铝塑复合板在相同火源燃烧条件下，具有很好的隔热保温性能。

不同夹芯结构的铝塑复合板温度变化曲线图

2.2 平压实验

抗平压性能是铝塑复合板的重要性能之一，平压实验的目的就是通过该性能试验，验证两种不同夹芯结构的铝塑复合板的力学性能，根据GB1453-1987，计算平压强度公式如以下公式所示。其具体测试结果如下表所示。可以看出蜂窝形结构的铝塑复合板的平均破坏载荷和平压强度分别为18910 N和5.25 MPa，是梯形结构铝塑复合板的3.5倍，这说明了蜂窝形结构的铝塑复合板相比梯形结构的铝塑复合板具有更好的抗压性能，可以更大限度的防止铝塑复合板在压压力条件下的失效破坏。这可能是由于蜂窝形夹芯结构具有的特殊六边形特点，使得样品受力均匀，不会发生受力偏移，单位面积可以承受更大的压应力。

σ= P F

式中：σ——平压强度（MPa）;P——破坏载荷（N）;F——试样的横截面积（mm2）

3 结论

1）梯形夹芯结构升温速度明显高于蜂窝形夹芯结构铝塑复合板，且温度峰值比蜂窝形结构的铝塑复合板高24.7℃。可以得出，蜂窝形夹芯结构相比梯形结构具有更好的隔热保温性能。

2）蜂窝形结构的铝塑复合板的平均破坏载荷和平压强度分别为18910 N和5.25 MPa，是梯形结构铝塑复合板的3.5倍，这说明了蜂窝形结构的铝塑复合板相比梯形结构的铝塑复合板具有更好的抗压性能，可以更大限度的防止铝塑复合板在压压力条件下的失效破坏。

参考文献：

[1]张晶，张轶.新型建筑装饰材料在我国的发展现状及前景[J].中国建材，2007（1）：50-54.

[2]郭鹿.防火铝塑复合板的研制[J].塑料工业，2007，35（7）：68-70.