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刚性聚氨酯泡沫和危险物质:运输和爆破能量吸收的应用www.3manbetx.net

克里斯·赫格加德,博士。

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介绍

自1957年引入以来,刚性聚氨酯泡沫(RPF)经历了许多配方变化,以满足不同的产品要求。虽然大多数RPF被用作低密度的保温(20001年的98%),但制定能力的进步和严格控制RPF性能的能力使这些材料可以用于更苛刻的应用。www.3manbetx.net改变泡沫的密度和化学以满足强度,抗冲击性,耐火和绝缘炭的要求。这里将讨论促进危险物质保护和隔离的RPF材料特性。

材料运输

危险材料容器设计需要考虑在使用过程中的减震,防火和条件。由于良好的性能组合,RPF已通过一般塑料安装在核材料容器中39年。2manbetx官方网站

设计用于保护其内容的容器通过冲击防止破坏需要了解必须在撞击中吸收的动能的大小,并且可以允许内容物忍受多少休克。集装箱设计还涉及在使用期间占用的非理想响应,安全因素和条件。选择
对于一种缓冲材料,需要了解材料在使用过程中所有条件下的性能。

通过调整密度,泡沫的性能可以以一种可预测的方式改变,可以精确地从4到40 lb/ft3(PCF)。图1显示了一些用于缓冲的不同密度RPF泡沫的动态抗压强度。注意,阻力先是增加,然后是一个平台区,在这个平台区中发生了不可逆的材料变形。高原之后,变形抗力又增加了一倍。当泡沫被压实到它开始作为一种固体材料时,就会发生第二次增长。泡沫吸收能量的能力正比于图1中每个曲线下的面积。一个质量冲击一个较低密度的泡沫材料,如5PCF材料,最初将经历更少的冲击(更低的G力),但在停止之前将通过更多的泡沫,相比于较高密度的泡沫。在图2中,每条曲线对应的是相同的能量吸收量。请注意,使用12PCF材料时,减速的初始应力会更低,但对于特定的能量吸收,最大冲击会更高。如果容器设计允许,如果负荷分散在更大的泡沫面积上,则较低密度泡沫的更恒定的变形抗力可以用于更高的负荷。

图1所示。用作缓冲材料的RPF泡沫材料的动态抗压强度。

图2。两种泡沫密度的动态抗压强度对应于相同的能量吸收。

其他选择的冲击限制材料包括柔性聚氨酯泡沫,木材,蜂窝材料,和其他较大的金属结构。在弹性和刚性泡沫之间的选择取决于对反弹的接受程度。在最初的冲击过程中,柔性泡沫中储存的大强度的力可能会导致泡沫的内容物在不可接受的方向上被重新定向,并会增加旅行的距离。RPF材料抵抗溶剂和水的影响。它们不是真菌的食物,将保持物质属性几十年。RPF是各向异性的,而蜂窝和其他金属结构的性能很大程度上取决于安装的方向,有时还取决于接头的构造。RPF可以注入复杂的容器设计,节省装配成本。

RPF还将防止极端热量和火灾的条件。在没有用于改变聚氨酯对火的反应的添加剂的情况下,有机材料具有的大的势能可能会产生负面影响。相反,配制的材料将使容器的内容物免于热量,吸收热能,并形成生长的炭(吹动)。炭层将提供额外的绝缘,防止氧气通过材料裂缝,并熄灭闷烧的火焰3。添加剂通过不同的机制完成这些任务。膨胀型焦炭用磷酸盐添加剂或酸处理的石墨生产。在通过Char和释放的气体产生的无氧环境中,在聚氨酯材料的崩解期间热能被吸收。在一些配方中,金属水合物添加剂也用于吸收热能并释放不燃的气体。

爆炸能量吸收

RPF也有能力通过破坏泡沫和其他机制耗散爆炸波能量4,5。库珀和库罗斯基在不同密度的RPF内放置了不同大小的炸药,并测量了爆炸产生的空腔。他们发现炸药重量的立方根、RPF密度和爆腔直径之间存在极好的相关性,如图3所示。图3中的所有直线都是由式14构建而成。然后将爆腔尺寸换算成等效重量的泡沫,并与炸药尺寸进行比较。图4中的图显示了破碎泡沫与炸药重量和RPF密度的比值,使用公式1创建。曲线中6到7PCF之间的最大位置对应于泡沫密度,在这里,通过破坏泡沫5吸收了最多的爆炸能量。该密度范围介于较高密度(气泡存在于聚合物基体中)和较低密度(聚合物基体由薄窗连接的支柱组成)之间。

图3.爆破腔直径与不同密度的RPF中的爆炸物质量。

等式1. RPF腔直径,电荷重量和RPF密度之间的实验确定的关系。

图4里。破坏的RPF泡沫与炸药装药的比率与RPF密度的比值。

目前使用由卢旺达爱国阵线和沙子制成的爆炸阻尼和密封结构来隔离弹药。卢旺达爱国阵线之所以被选中,主要是因为它的消防处理特性和产品寿命长。在这种应用中使用的RPF的密度为7PCF,这是通过泡沫破坏机制吸收冲击波的最佳密度。与传统的路障系统相比,这种结构的储存密度高达8倍。

这种泡沫还有其他几种用途,它们利用了能量吸收能力和固有的距离。这些措施包括保护船壳或车辆的底部不受地雷的伤害,以及保护诸如大梁等建筑结构。在一份给桑迪亚国家实验室的内部报告中,Woodfin得出结论,6到9英寸厚,6到8PCF泡沫有助于保护结构免受冲击波的破坏,并减少混凝土墙的碎片。

结论

可以配制刚性聚氨酯泡沫以满足火灾和热处理区域的设计要求,减震和爆炸波减少。RPF已用于若干危险材料处理应用,其中一些在此呈现。www.3manbetx.net已经提出了RPF材料特性和数据,以促进新的应用和设计危险物质处理。www.3manbetx.net