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樹脂-泡沫鋁復(fù)合材料制備及性能研究（四）

1.2.2泡沫鋁的應(yīng)用

泡沫鋁作為一種功能多樣的新型材料，在汽車、船舶、航空航天、管道減震等多個(gè)領(lǐng)域有大量應(yīng)用。

(1)泡沫鋁在緩沖吸能減震方面的應(yīng)用

在不同程度的荷載下，泡沫鋁獨(dú)特的孔洞結(jié)構(gòu)可以變形塌陷從而吸收大量能量，這使得泡沫鋁在變形吸能和減震緩沖方面表現(xiàn)出極強(qiáng)的能力。在汽車行業(yè)，泡沫鋁被用作保險(xiǎn)杠的組成材料，在汽車防撞結(jié)構(gòu)上應(yīng)用較多，這些可以滿足汽車的減重需求。在航空航天領(lǐng)域上，泡沫鋁被用在航天器的起落架和保護(hù)外殼上。除了這些應(yīng)用場景以外，泡沫鋁還在機(jī)械緊固裝置，磨床的防護(hù)結(jié)構(gòu)，氣體液體的管道防震上有很多應(yīng)用。

(2)泡沫鋁在吸聲方面的應(yīng)用

泡沫鋁特殊的孔洞結(jié)構(gòu)可以對(duì)聲波進(jìn)行很好的反射和吸收，實(shí)現(xiàn)隔聲的效果。當(dāng)聲波進(jìn)入泡沫鋁時(shí)，泡沫鋁內(nèi)的空氣發(fā)生周期性振動(dòng)，產(chǎn)生摩擦效應(yīng)，同時(shí)空氣發(fā)生擠壓和碰撞，最后以熱能的形式釋放。一般來講，泡沫鋁在低頻下的吸聲效果要低于高頻，這是由于聲波和孔壁的非彈性碰撞造成的。泡沫鋁相比其他吸聲材料，擁有耐候，容易清洗，耐高溫，無污染等特點(diǎn)，這使得泡沫鋁在隔音吸聲領(lǐng)域有著很多應(yīng)用。在道路和高架橋上，隧道，室內(nèi)天花板，泡沫鋁作為優(yōu)秀的隔音材料，可以顯著阻止噪音的傳播。Opiela K C對(duì)閉孔泡沫鋁進(jìn)行鉆孔使其多孔內(nèi)部開放，利于聲波穿透，從而增加穿孔介質(zhì)孔隙內(nèi)的波能耗散，并研究了聲波在具有不規(guī)則形狀原始封閉孔隙的工業(yè)穿孔非均勻材料中的傳播和衰減規(guī)律。將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與穿孔固體樣品的相應(yīng)結(jié)果進(jìn)行了比較，證明泡沫中初始封閉多孔結(jié)構(gòu)可以顯著阻礙聲波的傳播。

(3)泡沫鋁在電磁屏蔽方面的應(yīng)用

電磁屏蔽技術(shù)對(duì)于各行各業(yè)都有重要作用。在電子設(shè)備廣泛使用的現(xiàn)代化社會(huì)，不同頻率的電磁波互相干擾作用可能會(huì)導(dǎo)致電子設(shè)備出現(xiàn)故障。尤其在航空航天領(lǐng)域，衛(wèi)星受到宇宙中的電磁波影響可能會(huì)出現(xiàn)儀器失靈甚至破壞的情況，需要電磁屏蔽材料對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。長期處在電磁輻射下也會(huì)對(duì)人體造成損害，導(dǎo)致高血壓、白血病、敗血癥等疾病的發(fā)生。電磁屏蔽的原理是當(dāng)電磁波進(jìn)入電磁屏蔽材料時(shí)發(fā)生反射、吸收和多次反射的現(xiàn)象，從而減弱電磁波的傳播，實(shí)現(xiàn)電磁屏蔽功能。常用的電磁屏蔽材料包括金屬材料、高分子材料和纖維織物復(fù)合材料。金屬材料通過自由電子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的反向渦流磁場，實(shí)現(xiàn)電磁屏蔽功能，在靜電較多、需要散熱的設(shè)備上金屬材料可以更加高效地保護(hù)設(shè)備免受電磁波干擾。泡沫鋁也屬于金屬材料，而且泡沫鋁的孔洞結(jié)構(gòu)可以提高電磁波的傳播距離，在很大程度上提高對(duì)電磁波進(jìn)行吸收的能力。對(duì)于電磁屏蔽材料，通用的屏蔽效能計(jì)算公式為：

SE_T=SE_R+SE_A+SE_M                                (1-1)

A+R+T=1                                      (1-2)

SE_T為總電磁屏蔽效能，SE_R為反射屏蔽效能，SE_A為吸收屏蔽效能，SE_M為多次反射屏蔽效能，這些參數(shù)是從電磁能量的方面分析電磁屏蔽的。A代表吸收系數(shù)，R代表反射系數(shù)，T代表透射系數(shù)，這些參數(shù)是從電磁功率的方面分析電磁屏蔽的。

許正斌通過熔體發(fā)泡法制備泡沫鋁并研究其電磁屏蔽性能，發(fā)現(xiàn)在130MHz-1800 MHz的測試頻率范圍內(nèi)，泡沫鋁電磁屏蔽效率在25dB到75dB之間。泡沫鋁的電磁屏蔽性能與反射損耗、吸收損耗、多次反射損耗和渦流損耗有關(guān)，反射損耗和多次反射損耗在泡沫鋁的電磁屏蔽中占據(jù)主要作用，而在較高頻率范圍，吸收損耗和渦流損耗起到主要作用。李慧劍進(jìn)行了泡沫鋁孔徑為1mm和2mm，厚度為5mm、10mm和15mm的環(huán)氧樹脂-泡沫鋁互穿相復(fù)合材料的電磁屏蔽測試。發(fā)現(xiàn)當(dāng)保持泡沫鋁厚度不變，頻率為10-300 MHz的時(shí)候，孔徑增大可以使得屏蔽效果增強(qiáng)，頻率為300MHz-1.5 GHz的時(shí)候，孔徑的大小對(duì)屏蔽效果的影響不大。當(dāng)保持泡沫鋁孔徑不變，頻率為10-300 MHz的時(shí)候，厚度增大可以增強(qiáng)屏蔽效果，頻率為300 MHz-1.5 GHz的時(shí)候，厚度對(duì)屏蔽效果的影響不大。郭賽使用滲流鑄造法制備泡沫鋁，分析了泡沫鋁內(nèi)部連通性、表面結(jié)構(gòu)和泡沫鋁孔徑對(duì)電磁屏蔽性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，較小孔徑的泡沫鋁的電磁屏蔽效果更好，當(dāng)泡沫鋁孔徑為0.3 mm的時(shí)候，屏蔽值為70-110dB。增大泡沫鋁的表面積可以提高低頻電磁波(頻率低于1000MHz)的屏蔽值，而提高泡沫鋁內(nèi)部連通性可以增大中頻電磁波(頻率在1000 MHz-2000 MHz之間)的屏蔽值。

(4)泡沫鋁的其他應(yīng)用

通孔泡沫鋁由于其通孔特性，也可作為過濾材料，當(dāng)氣體和液體通過通孔泡沫鋁，固體雜質(zhì)保留在了泡沫鋁結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)過濾的功能。在化學(xué)反應(yīng)領(lǐng)域，通孔泡沫鋁可以作為催化劑的載體，增大反應(yīng)物之間的接觸面積。 通孔泡沫鋁也可作為電極材料，用在蓄電池，燃料電池和太陽能電池中。通孔泡沫鋁也是優(yōu)秀的熱交換材料，當(dāng)在對(duì)流條件下，氣體和液體通過泡沫鋁孔洞可以帶走大量熱量，表現(xiàn)出較強(qiáng)的散熱能力。

雖然泡沫鋁在諸多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，但是不能忽視的是，泡沫鋁材料自身的強(qiáng)度仍然有限，這使得泡沫鋁在惡劣環(huán)境下容易變形失效，極大限制了泡沫鋁材料在上述應(yīng)用場景中的使用，如何增強(qiáng)泡沫鋁的強(qiáng)度從而增加其應(yīng)用前景成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。