聚甲基丙烯酰亚胺泡沫平面断裂韧性实验研究

杨 洋，陈新文，王 翔，马思奇，郭 宁

（中国航发北京航空材料研究院，北京100095；航空材料检测与评价北京市重点实验室，北京100095；中国航空发动机集团材料检测与评价重点实验室，北京100095）

聚甲基丙烯酰亚胺（Polymethylimide，PMⅠ）泡沫是一种轻质交联的多孔硬质泡沫塑料，具有密度低、比强度高、比模量高、热稳定性良好、易于加工等特点。同时，PMⅠ泡沫可与各种夹层面材复合，能承受高温复合材料固化工艺，能够适应各种成型方法[1-4]。由于其优异的性能，PMⅠ泡沫在航空航天、船舶兵器、能源动力、交通运输、医疗体育器材等领域得到广泛应用[5-7]。而PMⅠ泡沫的平面断裂韧性作为一项重要韧性指标，对于结构强度设计具有重要意义。工程结构的突然断裂通常是由于裂纹的快速扩展或失稳扩展造成的。平面应变断裂韧性KⅠC表征材料在线弹性范围内，带裂纹工作时抵抗裂纹的能力，是材料的一种固有力学属性，不仅能正确反映材料抵抗低应力破坏的能力，而且还能预判断裂应力[8-10]。

本文通过针对含有预制裂纹的PMⅠ泡沫CT 试样，开展了平面断裂韧性实验，并获得了相应载荷-位移曲线。随后通过超景深三维显微镜获得了CT 试样断口的显微图和三维形貌，标定了裂纹前缘，并精确测量了裂纹长度。最终通过计算获得PMⅠ泡沫的平面断裂韧性KⅠC大小和离散系数，证明了实验的可行性和可靠性。

1 实验材料与方法

1.1 实验材料及试样

实验所用材料为未经热处理的PMⅠ泡沫板材，密度为110 kg/m3。参考ASTM D 5045 标准[11]，切割为如图1 所示的紧凑拉伸（Compact Tension，CT）试样。……