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图1-2 多孔泡沫铝的压缩应力-应变曲线示意图
从图2-1中可以看出, 其在经过一个短暂的弹性阶段之后, 就开始一段长长的屈服平台段, 该段的显著特征是: 应力基本保持不变, 而应变显著增加。这个基本保持不变的应力定义为坪应力以 表示。平台延续到“密实化应变” ( <1) , 过该点后, 多孔结构被压缩成密实结构, 此时泡沫铝传递的应力陡然上升, 而从应力应变曲线中可以看出, 在发生塑性坍塌吸收能量的过程中,泡沫铝所传递的应力不超过其坪应力.
对于多孔泡沫铝而言, 其在压缩过程中的塑性屈服平台段的坪应力 及其密实化应变 ( < 1)的大小, 在能量吸收应用中十分重要。 和 可看成表征多孔泡沫铝优异的能量吸收能力的指标, 该指标衡量的是单位体积的多孔泡沫铝材料被压损至密实化应变时所吸收的能量, 在图1的应力-应变曲线中就是曲线下面填充部分的面积。闭孔泡沫铝在动态压缩行为中, 其坪应力要高于开孔泡沫铝的坪应力, 因而导致平台段下方的面积(吸能量)增大, 所以闭孔泡沫铝的吸能性要好于开孔泡沫铝的吸能性。
正是由于闭孔泡沫铝在动态压缩下表现出来的这个特殊的力学性能, 使其作为夹芯层, 在用来对抗地雷爆炸冲击的防护装甲板领域具有重要而诱人的应用前景. 近几年来, 随着城市巷战和恐怖袭击中受到地雷等爆炸物威胁和攻击的几率大大增加了, 因此, 国外众多研究机构和相关工程技术人员都对由闭孔泡沫铝构成能量吸收层的复合装甲板给予了高度重视, 并开展了大量的研究工作。
2 芳纶复合材料
江苏大学杨小兵[5]等人[研究了不同结构的装甲钢/ 芳纶-IPN互贯网络聚合物（PMMA/ PMA/ PEA）复合材料对冲击波的衰减效果。他们分别对的4种结构：①10mm装甲钢板： ②10mm装甲钢板+ 10mm复合材料层压板(装甲钢面朝向爆炸源)；③10mm复合材料层压板+10mm装甲钢板(复合材料面朝向爆炸源)； ④5mm复合材料层压板+ 10mm装甲钢板+ 5mm复合材料层压板进行了抗爆震性能测试。试验装置如图1-3所示：
实验装置示意图
对测试结果的分析比对表明,在装甲钢上加装纤维复合材料板可提高其抗爆震性能,当材料按照波阻抗减小的顺序进行排列时,可更有效衰减冲击波,具有多层结构的材料比双层结构材料的衰减效果更优。
53所金子明[6]等人运用薄膜型PVDF压电传感器，对芳纶纤维增强SIS树脂(Kevlar/ SIS树脂) 、芳纶纤维增强高压聚乙烯树脂(Kevlar/ PE) 、芳纶纤维增强聚乙烯树脂(Kevlar/ PVC) 三种材料进行了冲击波传播的衰减特性实验，发现这三种材料中冲击波压力是随着传播距离的增长而呈现指数衰减形式, 同时得到了三种材料的冲击波压力的衰减系数。比较结果表明,Kevlar/ SIS树脂复合材料具有非常有效地衰减冲击波强度的特性, 可以将其应用于冲击波的防护领域。
美国最初将芳纶复合材料制成防弹头盔，不久之后又将芳纶层压板与陶瓷或钢板复合，用作坦克装甲。如美国MI主战坦克“钢+Kevlar+钢”型的复合装甲。它能防中子弹以及破甲厚度约700mm的反坦克导弹，还能减少因被破甲弹击中而在驾驶舱内形成的瞬时压力效应。在随后的改进型坦克MIAI上的主装甲也采用Kevlar复合材料制造，可防穿甲弹和破甲弹。日本90式坦克采用的多层复合装甲是采用冷轧含钛高强度钢的两层结构，中间使用了包有芳纶的蜂窝状陶瓷夹层，并在内侧罩有轻金属，为日本独特的复合装甲结构，其抗弹能力与美国MIAI主战坦克相当，而用Kevlar-29 、Kevlar-49 和玻璃纤维混杂的环氧或不饱和聚酯树脂复合材料模压制得的防护板，已用于M548弹药运输车的装甲防护。日本88式机械化步兵战车的炮塔也采用了由碳纤维和芳纶材料制成的复合装甲结构。